李文明 李佩佩 張 峰

（許昌許繼軟件技術(shù)有限公司，河南 許昌461000）

0 引言

隨著我國社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定、高效經(jīng)濟運行都提出了更高的要求，促進了開關(guān)柜、智能變壓器、光學(xué)互感器等智能電氣設(shè)備在電網(wǎng)中的大規(guī)模應(yīng)用。其中，開關(guān)柜是向用戶供電的最直接設(shè)備，其工作可靠性直接關(guān)系到供電質(zhì)量和供電可靠度。

由于施工或生產(chǎn)工藝等原因，開關(guān)柜在長期運行過程中會逐漸出現(xiàn)絕緣劣化現(xiàn)象，最終可能導(dǎo)致絕緣擊穿，引起事故。相關(guān)資料顯示，引發(fā)開關(guān)柜故障的原因中絕緣故障占了整個故障中的46.47%［1］。而絕緣故障與開關(guān)柜內(nèi)局部放電有著非常緊密的聯(lián)系，一般出現(xiàn)局部放電現(xiàn)象，就意味著電力設(shè)備的安全開始存在隱患了。通過對開關(guān)柜內(nèi)部的局部放電進行準(zhǔn)確檢測可以有效判斷開關(guān)柜的絕緣狀態(tài)，大幅度提高開關(guān)柜絕緣檢測的效率和水平。

1 局部放電的種類和特點

開關(guān)柜局部放電主要有5種放電形式，分別為自由金屬顆粒放電、懸浮電位體放電、沿面放電、絕緣件內(nèi)部氣隙放電、金屬尖端放電［2］。

（1）自由金屬顆粒放電，放電幅值分布較廣、放電時間間隔不穩(wěn)定，其極性效應(yīng)不明顯，在整個工頻周期相位均有放電信號分布。

（2）懸浮電位體放電，放電脈沖幅值穩(wěn)定，且相鄰放電時間間隔基本一致；當(dāng)懸浮金屬體不對稱時，正負(fù)半波檢測信號有極性差異。

（3）沿面放電，幅值分散性較大，放電時間間隔不穩(wěn)定，極性效應(yīng)不明顯。

（4）絕緣件內(nèi)部氣隙放電，放電次數(shù)少，周期重復(fù)性低。放電幅值也較分散，但放電相位較穩(wěn)定，無明顯極性效應(yīng)。

（5）金屬尖端放電，放電次數(shù)較多，放電幅值分散性小，時間間隔均勻。放電的極性效應(yīng)非常明顯，通常僅在工頻相位的負(fù)半周出現(xiàn)。

2 局部放電的檢測方法

對開關(guān)柜進行局部放電目前主要有以下幾種檢測方法：

（1）電脈沖法即電流脈沖法。通過安裝在被測設(shè)備接地線上的穿芯式電流傳感器或鉗形電流傳感器來檢測局放時產(chǎn)生的低頻電流脈沖信號，從而得出局部放電的幅值、極性、相位等信息。該檢測方式在開關(guān)柜預(yù)試、交接和各種局部放電研究中應(yīng)用廣泛，并具有靈敏度高、放電量可選可標(biāo)定等特點。但是，該檢測方法檢測帶寬很低，取得信號能量信息缺乏，抗干擾能力較差，不適用于現(xiàn)場的檢測。

（2）暫態(tài)對地電壓法，簡稱TEV法。開關(guān)柜內(nèi)部存在局部放電現(xiàn)象時，放電脈沖產(chǎn)生的電磁波會在開關(guān)柜的金屬箱體上產(chǎn)生一個瞬時對地電壓［3］，然后通過電容耦合探測器捕捉到這個TEV信號，從而得出局部放電的幅值和頻率。由于開關(guān)柜結(jié)構(gòu)封閉、局放在開關(guān)柜及各柜之間的傳播規(guī)律不明，現(xiàn)場許多情況下TEV法局部放電測量結(jié)果仍然不能判斷放電信號的具體來源。

（3）超高頻檢測法，簡稱UHF法。每一次局部放電過程輻射的電磁波信號的特高頻分量比較豐富。UHF檢測法中心頻率一般在幾百兆赫、帶寬為數(shù)十兆赫。通常，在超高頻范圍內(nèi)測量局部放電信號，不受外部電暈、開關(guān)操作等多種電氣干擾的影響，因而可以有效提高檢測系統(tǒng)信噪比。但相較脈沖電流法其測量靈敏度要低。

（4）超聲波檢測法。主要是通過貼在開關(guān)柜外殼上的超聲傳感器接收局部放電產(chǎn)生的超聲波信號，用以測量局部放電的大小及位置。該方法可以有效避免電磁干擾的影響，方便定位。但超聲波在開關(guān)柜內(nèi)的傳播是個復(fù)雜的過程，存在折射、反射現(xiàn)象，無法利用超聲波信號對局部放電的模式及放電量進行判斷。

（5）光檢測法［4］。光檢測法是通過檢測局部放電時產(chǎn)生的光波來實現(xiàn)的。在開關(guān)柜外殼觀察窗上安裝光電倍增管，用鐵殼進行電磁屏蔽和外光屏蔽，用電纜連接到監(jiān)測設(shè)備。該法的最大缺點在于必須在開關(guān)柜外殼上開孔，一般在現(xiàn)場難以應(yīng)用。

（6）紅外測量法。局部放電時會使開關(guān)柜部分區(qū)域的溫度升高，測量這種溫度變化能夠確定放電的程度和位置。這種方法可以用紅外攝像儀檢測出開關(guān)柜內(nèi)的溫差。但是由于造成溫差的原因很多，這種檢測方法測量的可靠性較差。

3 針對局部放電常用檢測方法的一些改進措施

（1）現(xiàn)場檢測局放信號，最主要的問題是各種電磁干擾，而各種干擾信號主要通過以下方式影響檢測系統(tǒng)：從系統(tǒng)的工頻電源進入，因此檢測系統(tǒng)電源最好由隔離變壓器加上低通濾波器以抑制電源干擾；通過電磁耦合進入，因此檢測系統(tǒng)應(yīng)接地良好，并且信號的傳輸方面加裝良好的屏蔽層或直接選用光纖通訊；通過檢測元件進入，干擾信號和局放信號混雜在一起，就只能采取硬件電路濾波和軟件濾波器濾除干擾信號。當(dāng)現(xiàn)場存在明顯的背景干擾時，應(yīng)采用加裝屏蔽帶等措施抑制外部干擾信號的耦合，將屏蔽帶如圖1所示固定在盤式絕緣子上。

（2）現(xiàn)有的局放檢測方式及抗干擾技術(shù)主要是基于時域?qū)用妫谝粋€時點上背景干擾或其他非局放信號的幅值或疊加幅值大于局放信號強度，則真正地局放信號就會被淹沒。通過FFT及小波變換［5］等數(shù)學(xué)算法進行頻譜分析與頻點濾波，可提供局放信號的實時頻域特性圖譜，實現(xiàn)針對干擾狀況下實時頻點濾波，從而實現(xiàn)不損害局放信號的大幅值干擾抑制。采集到局部放電的時域與頻域特性圖（圖2）后，通過模式識別即可判斷出局部放電的放電方式及放電幅值。

圖1 屏蔽帶的使用

圖2 局部放電時域頻域特性圖

（3）目前，UHF檢測方式使用較多的是通過峰值檢測電路獲取放電幅值、相位，從而判斷局部放電的形式。但該檢測方法采樣頻率低，可能會丟失部分局部放電脈沖信號。而使用超高頻包絡(luò)檢波電路，采用硬件濾波器和傅里葉分析方法去除窄帶干擾，通過小波分析、改進閾值濾波算法去除白噪聲，可大大降低采樣速率和數(shù)據(jù)量，又可保留局部放電的幾乎所有脈沖信號［6］。圖3為UHF檢波信號經(jīng)小波分析去噪前后的效果圖。

圖3 UHF檢波信號小波去噪圖

（4）融合檢測，無論哪種檢測方法都無法把開關(guān)柜的真實信息檢測出來，所以為了保證開關(guān)柜局部放電檢測結(jié)果的準(zhǔn)確真實，就要把幾種檢測方法綜合起來使用，充分發(fā)揮各種檢測方法的優(yōu)點，保證檢測結(jié)果的全面、準(zhǔn)確。

（5）檢測傳感器盡可能內(nèi)置在開關(guān)柜內(nèi)，并且安裝在斷路器、隔離開關(guān)、互感器等關(guān)鍵設(shè)備附件，這樣既減少了外部干擾的影響，也不影響設(shè)備的美觀。

4 結(jié)語

開關(guān)柜內(nèi)部局部放電的檢測對開關(guān)柜的長期穩(wěn)定運行、預(yù)防事故的發(fā)生有非常重要的作用。本文對局部放電的放電形式、檢測方式及技術(shù)實現(xiàn)中的難點進行了詳細分析。保證現(xiàn)場人員安全的前提下，如何更加準(zhǔn)確地放映出開關(guān)柜內(nèi)部絕緣情況、濾除外部干擾一直是國內(nèi)外人員研究的重要課題。模式識別、濾波技術(shù)、高速數(shù)字化采集處理技術(shù)等研究的不斷深入都將為電力設(shè)備檢測、保護，為我國建設(shè)堅強智能電網(wǎng)提供強大的技術(shù)支撐。

［1］李剛，朱革蘭.配網(wǎng)開關(guān)柜狀態(tài)檢測與評價實施方式的探討［J］.高壓電器，2013，49（8）：133－138.

［2］中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司.Q／CSG11401—2010 氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備局部放電特高頻檢測技術(shù)規(guī)范［S］.

［3］胡靖濤，黃強，周程遠.暫態(tài)低電壓測試的改進判定方法［J］.湖南電力，2013，33（6）：61－63.

［4］司文榮，李軍浩.局部放電光測法的研究現(xiàn)狀與發(fā)展［J］.高壓電器，2008，44（3）：261－264.

［5］劉鯖潔，陳桂明.FTT和小波變換在信號降噪中的應(yīng)用［J］.數(shù)據(jù)處理與采集，2009，58（3）：58－60.

［6］尹榮慶.局部放電檢測技術(shù)及抗干擾技術(shù)進展［J］.電氣開關(guān)，2010（5）：75－78.