摘 要：隨著近幾年來科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，暫態(tài)對地電壓技術(shù)在開關(guān)柜局部放電帶電中的運(yùn)用越來越廣泛，暫態(tài)對地電壓技術(shù)能夠?qū)﹂_關(guān)柜局部放電帶電檢測中的運(yùn)用提供更好的理論基礎(chǔ)，因而我們需要對該技術(shù)不斷的研究分析，從而提高暫態(tài)對地電壓技術(shù)的使用效果。文章主要通過分析暫態(tài)對地電壓技術(shù)的測量原理，并利用全波三維電磁場仿真軟件對其進(jìn)行仿真分析，對其分布特性進(jìn)行探討并驗(yàn)證相關(guān)結(jié)果，從而研究出更有效的技術(shù)理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：開關(guān)柜；局部放電；暫態(tài)對地電壓；分布特性

開關(guān)柜是電力系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電、輸電、配電和電能轉(zhuǎn)換的重要電氣設(shè)備，其運(yùn)行是否安全對變電站的供電的可靠性有著重要影響，由于局部放電會(huì)導(dǎo)致相關(guān)設(shè)備發(fā)生絕緣劣化，從而產(chǎn)生開關(guān)柜事故發(fā)生，危害到人們的生命及財(cái)產(chǎn)安全，因而我們需要對開關(guān)柜設(shè)備進(jìn)行局部放電檢測，以便及時(shí)檢測開關(guān)柜設(shè)備是否正常運(yùn)行。開關(guān)柜設(shè)備中局部放電檢測除了超聲波法、脈沖電流法、超高頻法、暫態(tài)對地電壓技術(shù)等，暫態(tài)對地電壓技術(shù)是目前局部放電檢測方法中較為準(zhǔn)確且靈敏度較高的技術(shù)，我們通過仿真分析對暫態(tài)對地電壓技術(shù)的分布特性及技術(shù)應(yīng)用等方面進(jìn)一步研究，從而提高其運(yùn)用效果。

1 暫態(tài)對地電壓技術(shù)的檢測原理

高壓電氣設(shè)備會(huì)因介質(zhì)內(nèi)部或表面的電場強(qiáng)度過高而出現(xiàn)局部放電現(xiàn)象，其出現(xiàn)局部放電時(shí)會(huì)先在設(shè)備與放電點(diǎn)相鄰的接地金屬部分聚集放電電量，從而形成電流脈沖，并傳播向各個(gè)方向，而內(nèi)部放電的放電電量會(huì)聚集在接地屏蔽的內(nèi)表部分，因而當(dāng)屏蔽層是連續(xù)狀態(tài)時(shí)難以從外部檢測放電信號。[1]但由于屏蔽層的絕緣部位、墊圈連接處、電纜終端等部位的會(huì)出現(xiàn)破損，常常導(dǎo)致其不連續(xù)，當(dāng)發(fā)生局部放電時(shí)高頻信號便能通過其傳輸?shù)皆O(shè)備外層。當(dāng)局部放電產(chǎn)生的電磁波通過金屬箱體的接縫處或氣體絕緣開關(guān)的襯墊來傳播，同時(shí)會(huì)出現(xiàn)暫態(tài)電壓脈沖并通過設(shè)備對地產(chǎn)生一定的影響，由于此現(xiàn)象由Dr John Reeves于1974年首先發(fā)現(xiàn)，并命名為Transient Earth Voltage，我們將暫態(tài)對地電壓技術(shù)簡寫為TEV技術(shù)，目前TEV檢測技術(shù)中的設(shè)備大都采用電容性探測器來進(jìn)行檢測。一般當(dāng)電纜或母線室出現(xiàn)局部放電并產(chǎn)生在極短的時(shí)間內(nèi)的相應(yīng)弱電脈沖電流時(shí)，設(shè)備的金屬外殼上會(huì)出現(xiàn)對地電壓，且其電壓、電流脈沖會(huì)嚴(yán)重設(shè)備的縫隙處傳出，再從金屬外殼的外表面?zhèn)鞑ブ链蟮?。由于影響局部放電測量的因素較多，我們在利用TEV檢測技術(shù)時(shí)采用相對讀數(shù)來表示，從而分析局部放電的具體情況，判斷其是否影響嚴(yán)重。局部放電的幅值和放電脈沖頻率等參數(shù)是TEV檢測技術(shù)重要數(shù)據(jù)，我們可提前通過相關(guān)傳感器進(jìn)行測量。在不考慮電磁波發(fā)生折射或反射的情況時(shí)，電磁波會(huì)以一定的速度進(jìn)行傳播，由于其具有傳播衰減的特性，不同探測點(diǎn)其所能達(dá)到的距離也不相同，并且具有一定的觸發(fā)時(shí)間差，我們通過對其進(jìn)行分析研究，從而得出局部放電點(diǎn)的定位，實(shí)現(xiàn)TEV檢測技術(shù)的準(zhǔn)確應(yīng)用。

2 仿真分析

由于TEV需要分析電磁場的時(shí)域場量、電流、波形等，因而我們采用時(shí)域有限差分法的全波三維電磁場仿真軟件建立開關(guān)柜仿真模型并進(jìn)行實(shí)際測量分析。

2.1 建立仿真模型

我們利用仿真軟件建立由金屬柜體和線電流源構(gòu)成的仿真模型結(jié)構(gòu)，一般選擇6個(gè)TEV探測點(diǎn)，并設(shè)置好適合的柜體尺寸，柜體的金屬也有約10mm的厚度。在柜體底部對柜體的外表面開窗，同時(shí)為了準(zhǔn)確的知曉放電電流在柜體外表面的具體傳播情況，我們在模型中金屬柜體材料還需要設(shè)置相應(yīng)的相對介電常數(shù)以及電導(dǎo)率等參數(shù)。通過施加了高斯脈沖激勵(lì)的線電流源模擬出局部放電源，并改變高斯脈沖的時(shí)間、幅值等參數(shù)的出不同特性的放電源，從而確保TEV檢測技術(shù)開關(guān)柜局部放電情況的研究。

2.2 對仿真結(jié)果進(jìn)行分析

由于測量需要確定TEV信號，我們需要在柜體外表面的開窗的四個(gè)角布置4個(gè)測試點(diǎn)，并在外表面的下部底角部分布置兩個(gè)測試點(diǎn)。分別并聯(lián)一個(gè)與波阻抗等值的店主在每個(gè)測試點(diǎn)，進(jìn)而能夠得到測試點(diǎn)的表面電流，從而求得暫態(tài)對地電壓的值。此外，[2]因高斯脈沖的激勵(lì)源設(shè)置于柜體的中央部分，其對稱設(shè)置的探測點(diǎn)TEV信號的仿真結(jié)果也相同，分析不同測試點(diǎn)的TEV波形及TEV幅值，可以知曉靠近柜體開窗出的探測點(diǎn)的TEV幅值要大于底角出探測點(diǎn)的TEV幅值，并且分析出TEV幅值的會(huì)隨著檢測距離以及縫隙距離的增大而減小。

2.3 實(shí)測結(jié)果分析

為確定全波三維電磁場仿真軟件分析開關(guān)柜局部放電TEV的分布特性的準(zhǔn)確性及可行性，我們可通過相應(yīng)的示波器及自制TEV傳感器來進(jìn)行試驗(yàn)，傳感器需要設(shè)置相應(yīng)的絕緣層以保護(hù)傳感器主體。將傳感器放在金屬柜體表面，通過傳感器、金屬柜體及絕緣材料構(gòu)成一個(gè)平板電容器，而當(dāng)金屬柜體表面受到影響出現(xiàn)電荷變化時(shí)傳感器主體也能及時(shí)感應(yīng)，并通過同軸電纜傳輸?shù)较鄳?yīng)的示波器。當(dāng)進(jìn)行局部放電測試時(shí)，按照仿真模型所設(shè)置的探測點(diǎn)位置，將TEV傳感器分別布置在柜體外表面，同時(shí)在柜體重點(diǎn)部分設(shè)置高斯脈沖放電發(fā)生裝置，便于模擬開關(guān)柜的局部放電情況，當(dāng)改變不同的放電管裝置時(shí)得出不同幅值與寬度所產(chǎn)生的脈沖信號，并通過TEV傳感器反應(yīng)到示波器中，從而得出不同探測點(diǎn)的TEV波形。

我們通過對TEV幅值的波形比較分析，發(fā)現(xiàn)靠近柜體開窗部分的探測點(diǎn)的幅值要大于底角出探測點(diǎn)的TEV幅值，而TEV幅值也是呈衰減分布，與實(shí)測結(jié)果與仿真結(jié)果一致，從而保證利用全波三維電磁場仿真軟件分析TEV的分布特性確實(shí)可行。

3 典型的開關(guān)柜仿真分析

典型的局部放電模型是根據(jù)引起開關(guān)柜放電故障的缺陷來進(jìn)行設(shè)計(jì)建立的，一般有電暈放電的針板電極系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、固體絕緣內(nèi)部氣隙放電的電極系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、懸浮放電的電極系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。而通過將全波三維電磁場仿真軟件運(yùn)用與其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，能夠有效的分析TEV的分布特性。建立相應(yīng)的仿真模型，并設(shè)置相應(yīng)的探測點(diǎn)，可根據(jù)其柜體的整體對稱性早柜體下部布置36個(gè)測試點(diǎn)，上部布置6個(gè)，從而計(jì)算出TEV值，之后分析柜體的表面場強(qiáng)分布特性，從而判斷輻射強(qiáng)度。偶遇柜體的結(jié)構(gòu)不連續(xù)，所以柜體表面的電磁波分布情況也比較復(fù)雜，通過分析發(fā)現(xiàn)當(dāng)不連續(xù)部分的電磁波經(jīng)折射和反射后增強(qiáng)了電場，從而提高了電流密度，使得TEV信號增強(qiáng)。[3]而通過示波器對TEV值分析，說明了隨著檢測距離的增加，局部場強(qiáng)是不斷在減小的，而根據(jù)不同測試點(diǎn)的布置情況分析出局部放電信號產(chǎn)生的電磁波對開關(guān)柜的電場影響問題，從而能夠更加準(zhǔn)確的分析局部放電源的位置。

4 結(jié)束語

綜上所述，由于近幾年TEV技術(shù)廣泛應(yīng)用開關(guān)柜局部放電測量，因而需要找到正確的探測位置，通過分析可以判斷探測點(diǎn)在靠近縫隙出時(shí)TEV信號更大，而傳感器應(yīng)布置于柜體的接縫、墊圈處，從而確保得出準(zhǔn)確的TEV值。

參考文獻(xiàn)

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[3]黃超，李銳鵬，余英，等.多面開關(guān)柜表面暫態(tài)對地電壓的分布特性[J].廣東電力，2015，03：61-65.