基于局部放电检测技术应用于配电开关柜的研究
【摘要】开关柜的运行状态对电力系统供电可靠性具有重大影响。局部放电检测是反映开关柜绝缘状况的有效手段，利用不同放电模型模拟构造分析对于密闭的高压开关柜及相关设备的在线监测.针对高压开关柜由于在设计、制造、安装和运行维护方面存在着不同程度的问题，运用超声波原理对配电高压开关柜进行在线测试，根据放电类型能量的释放形式不同、各种检测方法的实用性与灵敏度也存在差异，在对开关柜局部放电检测过程中，综合应用各种不同类型的局放检测手段，根据不同测试波形及时发现问题，及时制定检修计划。
【关键词】局部放电;高压开关柜;放电检测技术
1.引言
局放仪用于测量电气设备局部放电信号的波形和幅值，并用视在放电量的大小表示绝缘结构中微放电的强度。局部放电测量是近代发展起来的一种对绝缘损害很小的分析绝缘缺陷的先进方法，可以避免对高电压设备进行有破坏性的交流耐压试验。因此，局放仪的准确度直接影响到电气设备的绝缘可靠程度，关系到电力系统的安全运行水平[1]。
高压开关柜是使用极广、数量最多的开关设备。其中配网中主要以10KV环网柜和10KV开关柜为主。开关柜运行、维护情况的好坏直接影响到局部区域供电的可靠性。高压开关柜的局放检测与故障诊断，是开关柜类设备实现状态检修的重要状态信息量，是保证设备安全可靠运行的关键。
2.局放检测的重要性
局放概念：在开关柜绝缘系统中，各部位的电场强度存在差异，某个区域的电场强度一旦达到其击穿场强时，该区域就会出现放电现象，不过施加电压的两个导体之间并未贯穿整个放电过程，即放电未击穿绝缘系统，这种现象即为局部放电[2]。
高压开关柜由于在设计、制造、安装和运行维护方面存在着不同程度的问题，因而事故率比较高。同时因污秽、绝缘薄弱等原因常引发事故。开关柜绝缘事故原因分析主要有以下方面：爬距及空气间隙不够;制造装配质量及工艺不良;接点容量不足或接触不良;环境条件影响。由于高压开关柜设备大部分处于密闭的环境下，发生放电现象不易发现，从而根据局部放电的能量形式：电（TEV、UHF、HFCT 传感器）;光（某些特定位置放电能够通过观察窗看到）;热（红外，由于开关柜的全封闭结构，检测效果有限）;气体（臭氧等，能够嗅到）;声（超声传感器）。
局部放电主要有电晕放电;表面放电;内部放电;悬浮放电，不同类型的局部放电的特征不一样，同一类型的局部放电在不同的绝缘介质中也不一样。局部放电
对绝缘产生的破坏作用可归纳为以下形式：带电质点的轰击;热效应;化学生成物;辐射效应;机械力的效应。针对以上情况，可以初步确定局部放电是否存在，从而降低供电损失，利于设备进行状态评价实现状态检修，达到设备运行安全可靠、检修成本合理的目的，从而提高供电可靠性。
接触式（压电式）超声波传感器（AE）：贴在电力设备表面，检测局放产生的超声波信号在电力设备表面金属板中传播所感应的振动现象。
开放式（敞开式）超声波传感器（Ultra-sonic）：检测放电产生的超声波信号在空气中传播时的振动现象。
UHF法的基本原理是通过UHF传感器对电力设备局放产生的超高频（0.3-3GHz）信号进行检测 ，从而判断设备局部放电状况，实现绝缘状态的判断，而由于现场干扰主要集中于0.3GHz频段以下，因此UHF法能有效的避开干扰信号，具有较高的灵敏度和搞干扰能力，可实现局放带电检测、定位、故障类型判断等优点。
无论哪种检测方法均有一定的局限性，无法将开关柜的运行状态客观、全面、真实的反映出来，还会出现误判的可能。由于放电类型能量的释放形式不同、各种检测方法的实用性与灵敏度也存在差异，所以在对开关柜局部放电检测过程中，要将上述检测手段综合应用。
3.高压开关柜局常见局放缺陷模拟
高压开关柜的各种常见放电现象进行模拟分析，常见局放有针尖型放电模型，悬浮电极型放电模型，金属微粒放电模型以及绝缘气隙放电模型[3-5]。
图1 针尖型放电模拟图形
图2 悬浮型放电模拟图形
图3 颗粒型放电模拟图形
针尖型放电模型，如图1所示，其放电电压5KV左右，放电量在50-65pC，放电稳定性较好，其超声波频率在10-120KHz，此类放电易发生局部击穿，电压幅值较大，对高压开关柜的稳定运行具有一定的影响。
悬浮型放电模型，如图2所示，其放电电压3.5KV左右，放电量在280-320pC，放电稳定性好，其超声波频率在20-160KHz，其放电量较大，对高压开关柜内部的开关装置的可靠运行具有一定影响。
金属颗粒型放电模型，如图3所示，其放电电压5KV左右，放电量在12-25pC，放电稳定性一般，其超声波频率在20-120KHz，此类放电模型放电量低，持续放电能力较弱，对高压开关柜的影响较小。
图4 绝缘型放电模拟图形
绝缘气隙型放电模型，如图4所示，其放电电压2KV左右，放电量在55-300pC，放电稳定性较好，其超声波频率在20-120KHz，此类放电模型放电电压不大，放电量根据气隙的绝缘介质程度大小而发生相应变化，对于高压开关柜而言具有一定的影响。
4.局放检测设备及现场测试
手持式局放测试仪是常见的局放测速仪，采用的是TEV及超声波两种测试方法，可以检测各种类型放电现象，显示局部放电幅值大小、脉冲数、及放电烈度，并具有有自检功能。
高压电力设备数量多，局部放电破坏严重，但概率不高，利用手持式巡检仪器，对所有站的快速简单的测试，利用信号幅值等信息，快速排除80-90%运行正常的设备。手持式仪器，使用简单，测试快速。对怀疑存在问题的10-20%的高压设备，利用局部放电定位系统，进行进一步更精确的检测，能够有效排除干扰、判断局放类型，测试信号大小，定位故障位置，合理制定检修计划，有目的的进行检修[6]。局放测试过程需要进行干扰排除，错开时间或关闭干扰源，选择合适的滤波器，分析检测信号的工频相关性，定位法排除干扰信号是常用方法。
5.结论
高压开关柜由于其在配电网中特殊的地位，其安全稳定可靠的运行具有重要的意义。在开关柜绝缘系统中，各部位的电场强度存在差异，某个区域的电场强度一旦达到其击穿场强时，该区域就会出现放电现象，通过对不同放电模型的构造，还原实际中的放电情况，测量局部放电所发出的超声波不同频率，放电性的稳定性存在差异，同时放电电压等级和放电量也各不相同，需要针对不同的放电模拟类型，通过检测信号的幅值（dB值或mV值），局放发生的部位，局放的类型、设备结构综合判断，能够有效的判断局放的严重程度，从而合理的制定检修策略。
参考文献
[1]朱海涛，王政廷，方勇等.GIS隔离开关内部局放检测及诊断分析[J].高压电器，2010，8（46）：6-9.
[2]王昌长，李福祺.电力设备的在线监测与故障诊断[M].北京：清华大学电机工程，2006.
[3]谷小博.变压器现场局部放电试验有关问题的分析[J].浙江电力，2011（5）：5-8.
[4]包玉树，朱琦，王乐仁.电力行业标准《局部放电测量仪校准规范》解读（上）[J].电测与仪表，2009，46（519）：77-80.
[5]包玉树，朱琦，王乐仁.电力行业标准《局部放电测量仪校准规范》解读（下）[J].电测与仪表，2009，46（520）：75-80.
[6]李宪栋，唐新文，石月春，刘春奇，沙林.发电机局部放电在线监测系统现场应用探讨[J].水电能源科学，2011， 29（10）：150-154.
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