孫西方，梁 英

（臨汾供電分公司，山西 臨汾 041000）

基于電磁波檢測的局部放電檢測技術探討

孫西方，梁 英

（臨汾供電分公司，山西 臨汾 041000）

高壓開關柜是電力系統(tǒng)中重要的電氣設備，隨著傳感器技術、信號處理技術、計算機技術、人工智能技術的發(fā)展，使得高壓開關柜的運行狀態(tài)進行檢測，及時發(fā)現故障隱患，并對累計性故障預測成為可能，提出一種基于電磁波檢測的暫態(tài)對地電壓檢測法，探討了高壓開關柜局部放電檢測的方法及定位。

開關柜；局部放電；檢測

0 引言

高壓開關柜是城市配電網中重要的基礎設施，其運行的穩(wěn)定性直接影響到城市供電的可靠性，因此，對高壓開關柜的可靠性提出了更高的要求。

高壓開關柜設備內部絕緣部分的缺陷或劣化，導電連接部分的接觸不良都使其安全運行受到威脅。根據1989年—1992年間全國電力系統(tǒng)6～10kV開關柜事故統(tǒng)計，絕緣和載流引起的故障占總數的40.2%，其中由于絕緣部分的閃絡造成的事故占絕緣事故總數的79.0%，而由于隔離插頭接觸不良造成的事故占載流事故總數的71.1%[1]。由此可見，迫切需要對電力設備運行狀態(tài)進行定期的在線檢測或者長期的在線監(jiān)測，及時反映電力設備運行狀況，如絕緣等的劣化程度，以便采取預防措施，避免停電事故發(fā)生。

1 高壓電力設備局部放電現象

電力設備絕緣介質在足夠強的電場作用下局部范圍內發(fā)生的放電稱為局部放電。這種放電以僅造成導體間的絕緣局部短接而不形成導電通道為限。局部放電可能發(fā)生在固體絕緣的空穴中、液體絕緣的氣泡中、具有不同特性的絕緣層之間，以及金屬（或半導電）電極的尖銳邊緣處。

當材料中含有氣隙時，由于其介電常數和電導率都很小，氣體中的電場強度會比固體介質中高，而通常情況下氣體的擊穿場強比固體介質低得多。因此，往往在氣隙的部位產生局部放電。電力設備中的局部放電雖然僅限于局部范圍，但每一次放電對絕緣介質都會有一些影響，這樣就會造成電介質絕緣強度逐步下降。通常，輕微的局部放電對介質的影響較小，絕緣強度的下降過程較緩慢；而強烈的局部放電對介質的影響較大，絕緣強度很快下降，這是造成高壓絕緣損壞的重要因素。

設計高壓電力設備絕緣時，要考慮在長期工作電壓的作用下，不允許絕緣結構內發(fā)生較強烈的局部放電。運行中的電力設備同樣要加強監(jiān)測，當局部放電超過一定程度時，應將設備退出運行，進行檢修或更換。

2 開關柜局部放電檢測

開關柜產生局部放電會發(fā)生聲、光、電、熱等物理和化學變化。這些特征都可作為局部放電檢測信號的傳感對象。目前，國內外傳統(tǒng)的檢測方法有以下兩種。

脈沖電流法。通過檢測阻抗接入到測量回路中來檢測。檢測開關柜接地線由于局部放電引起的脈沖電流，獲得視在放電量。脈沖電流法是研究最早、應用最廣泛的一種檢測方法，但其自身存在很多問題，如抗干擾能力差、測量頻率低、頻帶窄、包含的信息量少等。

光測法。利用局放產生的光輻射進行檢測，但是由于光測法設備復雜昂貴、靈敏度低，且需要被檢測物質對光是透明的，因而在實際中無法應用。

鑒于以上方法的種種缺陷，在生產實踐中并不能得到廣泛應用。本文提出一種基于電磁波檢測的暫態(tài)對地電壓TEV（Transient Earth Voltage）檢測法。

2.1 TEV檢測法

當高壓電氣設備發(fā)生局部放電時，放電電量先聚集在與放電點相鄰的接地金屬部分，形成電磁波并向各個方向傳播，對于內部放電，放電電量聚集在接地屏蔽的內表面，如果屏蔽層是連續(xù)時無法在外部檢測到放電信號。實際上，屏蔽層通常在絕緣部位、墊圈連接處、電纜絕緣終端等部位出現破損而導致不連續(xù)，這樣，高頻電磁信號就會傳輸到設備外層。

通過放電產生的電磁波通過金屬箱體的接縫處或氣體絕緣開關的襯墊傳播出去，同時，產生一個暫態(tài)電壓，通過設備的金屬箱體外表面而傳到地下去。這些電壓脈沖是由Dr John Reeves首先發(fā)現，并把它命名為暫態(tài)對地電壓TEV（Transient Earth Voltage）。TEV檢測法原理如圖1所示。

圖1 TEV檢測原理圖

2.2 定位方法

研究發(fā)現，局部放電產生的TEV信號的大小與局部放電的激烈程度及放電點的遠近有直接關系。可以利用專門的傳感器進行檢測。為了簡單明了，用相對讀數（dB）來描述局部放電活動程度。通過檢測局部放電產生的TEV信號，不僅可以對運行中的開關柜內的設備局部放電狀況進行定量測試，而且可以通過同一放電源到不同探測器的時間差異對局部放電源進行定位。

2.3 數據判斷方法

檢測“暫態(tài)對地電壓”在原理上是一種比較性的檢測技術。某個開關柜上的檢測結果應與其他同類型的開關柜所檢測的數據進行比較，或與開關柜本身以前的檢測數據進行比較。如果檢測的數據比其他同型號開關柜大，或者比以前的結果大，就說明該開關柜存在放電活動，進而推斷故障的可能性。推斷需要了解開關柜的故障統(tǒng)計分析，尤其是這種故障形成的機理。例如，如果檢測到某開關柜的放電活動逐步加強，就必須開始采取相應的措施；如果發(fā)現放電活動使開關柜運行狀況急劇惡化，就必須馬上對其停電檢查，如果該開關柜不需立即送電，應馬上更換存在缺陷的部分才能送電。

不要將開關柜長時間轉冷備用狀態(tài)，盡管已斷開高壓電源，但故障設備絕緣材料會吸入潮氣，造成熱不穩(wěn)定性，可能在下次送電的時候發(fā)生故障。

如果開關柜從未發(fā)生過故障或根本無故障歷史數據可參考，可根據其他相同類型設備的數據幫助分析。

每當出現開關柜由于放電活動而導致故障的情況時，就有必要對其他所有類似開關柜進行檢查。由于開關柜局部放電檢測定位技術可帶電進行測量，操作快速簡便，很適合進行這樣的試驗，有助于判斷開關柜運行情況并以此安排檢修計劃。要有效做到這一點，還須滿足以下條件，即故障是由放電活動引起的，放電信號強度應大于環(huán)境背景噪聲，設備開始放電到發(fā)生故障是經過一定的時間的，測量時設備還在發(fā)生放電活動，放電測量結果與實際故障相吻合。

開關柜局部放電檢測定位技術主要用于進行比較性的測量。因此，需要有相當的設備運行經驗才能根據該技術檢測結果分析出設備絕緣材料還能維持運行多長時間。記錄下每次設備故障的詳細情況，有助于分析判斷放電活動對設備的影響。

現場主要使用以下三種方法來對開關柜是否存在局部放電現象進行判斷。

橫向比較法。是對同一個開關室內同類開關柜的測試結果進行比較，當某一開關柜個體的測試結果比其他同類開關柜的測試結果及現場背景值均大時，此設備就具有存在缺陷的可能性。這種方法也稱為曲線法，是最為常用的一種方法。

縱向比較法。就是對同一開關柜不同時間的測試結果進行分析，從而比較分析得出開關柜的運行狀況。需要電力工作人員周期性地對開關室內開關柜進行檢測，并將每次檢測的結果存檔備份，以便于分析不同時間內設備局部放電狀態(tài)的變化，從而判斷設備的運行狀況。

數據判斷法。根據大量的實驗及現場的測試經驗，得出了開關柜局部放電檢測數據判斷閥值。數據判斷法詳見表1。其中，PDL為檢測開關柜局部放電所使用的檢測終端，P為使用開關柜局部放電檢測終端所檢測到的開關柜局部放電數值。

表1 測試數據判斷法

3 檢測實例

2009年10月26日—27日，臨汾供電分公司利用該檢測技術分別對110kV隆化、220kV赤鄧、220kV明姜變電站內35kV高壓室內開關柜進行了局放檢測，測試與判斷如下。

3.1 檢測部位

測試過程中選擇局部放電容易發(fā)生的位置進行檢測，如母排（連接處、穿墻套管，支撐絕緣件）、開關刀閘，電纜接頭等位置，主要位置如開關柜前面板中部及下部，后面板、側面板的上部、中部及下部。如有條件，則會對開關室內母線橋架進行檢測。

3.2 檢測結果

3.2.1 110 kV隆化變電站35 kV開關柜

110 kV隆化變電站共測試了9面3 5 k V開關柜，局放檢測圖譜如下圖2所示。

圖2 110 kV隆化變電站35 kV開關柜局放測試圖譜

測試發(fā)現400柜的暫態(tài)地電壓檢測數據非常明顯，最大幅值為58dB。初步判斷為該柜上部母線積灰過多產生局部放電。473柜的暫態(tài)地電壓檢測數據偏大，最大幅值為54dB，后用局部放電定位儀進行定位，最終定位于該柜的中下部，C相避雷器處。

由于該站的高壓柜暫態(tài)地電壓信號幅值普遍偏大，并且400局放信號明顯。建議先對該柜上部母線進行停電檢修、清污。對400柜進行檢修后，再對整個站進行復測，確定473柜的幅值大小，然后根據檢測結果再確定檢測策略。

3.2.2 220 kV赤鄧變電站35 kV開關柜

220kV赤鄧變電站共測試了8面35kV開關柜，局放檢測圖譜如圖3所示。

圖3 220kV赤鄧變電站35kV開關柜局放測試圖譜

從圖3中可以看出，整個高壓室局放測試幅值在0～25之間波動，并無明顯波動，判斷沒有局部放電現象。建議下個檢測周期到來時再進行檢測。

3.2.3 220 kV明姜變電站35 kV開關柜

220kV明姜變電站共測試了19面35kV開關柜，局放檢測圖譜如圖4所示。

測試發(fā)現315柜后暫態(tài)地電壓檢測數據相對其他柜略大，最大幅值為36dB。初步判斷該柜中可能存在放電。建議在日常工作中對315柜加強巡檢，縮短檢測周期，確定發(fā)展趨勢。

圖4 220kV明姜變電站35kV開關柜局放測試圖譜

3.2.4 烏魯木齊電業(yè)局220 kV八戶梁變電站開關柜

2008年5月21日，在對該站檢測過程中發(fā)現10kV開關室八加線1016開關柜后面板上局部放電檢測值最大（幅值31dB），經定位后發(fā)現，放電位于該開關柜后面板左下側。

2008年7月10日，烏魯木齊檢修工區(qū)對該開關柜局放檢測缺陷在設備停電狀況下進行了核實。該開關柜后面板左下側C相電纜頭螺絲松動，產生了一定的局部放電，檢修時已對此設備的螺絲進行緊固，檢修后再次進行測試，該開關柜幅值由31dB降到10dB以下，證明了該檢測定位技術的正確性。

4 結束語

a）在線檢測開關柜局部放電對于電網的安全運行有著重要的意義，此項技術可在不停電狀態(tài)下實現對現場設備的絕緣故障狀況進行檢測（傳統(tǒng)方法需停電），快速檢測開關設備的運行狀況，避免意外停電事故的產生，減少檢修停電時間，提高設備供電可靠性和連續(xù)性。

b）一旦確定開關柜內部確實存在局部放電現象，就必須定位局部放電源的所在位置，從而消除故障隱患。局部放電源的定位準確性關系到檢修工作的效率，可以減少不必要的停電檢修時間，減少電能的損失，提高經濟效益。

c）在檢測過程中要注意干擾的排除問題。

［1］ 田勇，田景林.6～1 0 kV開關柜事故統(tǒng)計分析與改進意見［J］.東北電力技術，1 9 9 6（8）：5-1 0.

Research on Partial Discharge Detection Methods Based on Electromagnetic Wave

SUN Xi-fang，LIANG Ying
（Linfen Power Supply Company，Linfen，Shanxi041000，China）

High-voltage switchgear is an important electrical equipment of power system.With the development of the sensor technology,signal processing technology，computer technology and artificial intelligence technology，it is possible to realize the detection of the operation status of switchgear in order to detect hidden faults and to predict cumulative failures.In this paper，it puts forward the transient earth voltage inspection technology based on electromagnetic waves，and the on-line detecting method for highvoltage switchgear partial discharge and its localizing methods are explored.

switchgear；partial discharge；detection

TM855+.1

B

1671-0320（2012）01-0016-04

2011-10-10，

2011-11-16

孫西方（1967-），男，河南三門峽人，1997年畢業(yè)于太原電力高等?？茖W校電力系統(tǒng)自動化專業(yè)，工程師，從事電氣試驗工作；

梁 英（1971-），女，河北邢臺人，1996年畢業(yè)于山西師范大學電子技術專業(yè)，助理工程師，從事電氣試驗工作。