摘要：开关柜局部放电带电检测以超声波检测和暂态地电压检测为基础,是用于发现开关柜绝缘缺陷的一种新技术。目前这一技术已经在我公司推广运用,为提高供电可靠性发挥了积极作用。
关键词：开关柜；局部放电；带电检测
一、开关柜局部放电带电检测技术的原理
局部放电是指发生在电极之间但并未贯穿电极的放电，这些原本微弱的放电产生累积效应，会使绝缘的介电性能逐渐变差，最后导致整个绝缘击穿。局部放电主要分为绝缘材料内部放电、表面放电、导体尖端放电等，以电磁波、声波、气体形式等释放能量。我公司应用的便携式开关柜局部放电带电检测系统可以测量超声波和暂态地电压两种放电信号。
1.1开关柜局部放电带电超声波检测技术
高压电气设备内部存在局部放电时，会产生超声波，且超声波很快向四周介质传播。伴随超声波能量的放出，超声波信号以某一速度通过不同介质(隔板、油、SF6气体等)以球面波的形式向四周传播。由于超声波频率高，波长较短，方向性较强，因此它的能量较为集中，容易进行定位。超声波检测主要采用20kHz以上的频率，可不受外部噪声的干扰。通常认为，当技术人员在被测设备外壳的接缝处进行测量时，由于探头完全置于设备体外，放电信号通过绝缘介质衰减很严重，灵敏度较差。此时定量分析比较困难。可见，某些场合下，超声波检测仅对局部放电初步检测及比较严重的空气中放电才比较有效。
1.2开关柜局部放电带电暂态地电压检测技术
根据麦克斯韦电磁场理论，局部放电现象产生出变化的电场，变化的电场激起磁场，而变化的磁场又会感应出电场，这样，交变的电场与磁场相互激发并向外传播，形成了电磁波。放电产生的电磁波通过金属箱体的接缝处或气体绝缘开关的衬垫传播出去，同时产生一个暂态电压。暂态电压经过设备的金属箱体外表面而传到地下去，这些电压脉冲即为暂态地电压。当开关柜的内部元件绝缘对地发生局部放电时，小部分放电能量会以电磁波的形式转移到柜体的金属铠装上，并产生持续约几十纳秒的暂态脉冲电压，在柜体表面按照传输线效应进行传播。地电波局部放电检测技术采用容性传感器探头检测柜体表面的暂态脉冲电压，从而发现和定位开关柜内部的局部放电缺陷。
二、局部放电带电检测技术的应用
通常情况下，开关柜的局部放电是同时以光、声、电的形式向外部释放能量，这就是局部放电的多向性特征。除此之外，不同类型的局部放电在不同阶段其表现形式也有主要特征和次要特征，所以根据不同类型局部放电的具体特征有不同的检测技术应用。常见的开关柜局部放电带电检测技术如下：
2.1暂态地电压检测技术
在开关柜局部放电的情况下，通常会产生出变化的电场，而变化的电场会引起磁场的变化，反过来变化的磁场又会感应出电场，这样，交叉变化的电场和磁场互相激发并且向外界传播，进而形成了电磁波。当电力系统的电气设备局部出现放电的时候，产生的电磁波会通过金属箱体的连接缝进行传播，然后通过开关柜设备表面传播到地面，形成一种电压脉，也就是暂态地电压。利用专业的电容耦合传感器能够准确对这一类的信号进行检测，从而掌握开关柜局部放电的频率和幅值。暂态地电压检测技术受外界干扰信号较少，因此，在实际的开关柜放电带电检测过程中，受外界的干扰影响也就特别小，能够极大地提高开关柜局部放电带电检测的可靠性和灵敏度。但是，也正是由于暂态地电压检测的灵敏度特别高，这就使得低电压在空气中的衰减幅度也就越大。
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2.2超声波法
在局放过程中，随着电荷的快速释放和迁移，放电点周围的电场力、机械应力与粒子力失去平衡而产生振荡，从而产生声波，这种声波是一种机械振动波。超声波传感器利用压电材料的压电效应，可以检测出这些声波，从而反映局部放电的程度。另外利用多个超声传感器测得电信号与声信号之间的时间差，就可以计算出放电点与传感器位置的距离，从而起到定位的作用。超声波法最大的优点是抗干扰能力强，适合于强电场环境，而且频带宽，能够检测电晕、松动、悬浮放电等现象。但由于超声波的波长较短，方向性较强，且在通过两种材料的边界时会发生反射或全发射，在传播时易发生干涉或叠加。因此，超声波法的检测灵敏度往往取决于声波信号的传播介质和路径，在实际检测过程中，需要选择多个测试点，多适用于空气中的局放检测。
2.3超高频检测技术
随着局部放电时间的不断变化，其中所产生的电磁震动会产生电磁波，当这种电磁波在固体和气体的介质中时，局部放电带来的脉冲会产生非常多的超高频电磁波。在具体的实际运用中，对局部放电的检测可以用两个探头进行测量，将每个探头检测到的信号时间作为分析放电现象的依据，通过对探头位置的移动，就可判断出放电的具体位置。另外还可以通过同时使用多个探头，把探头检测到的信号时间放到方程组中，求出三维坐标，便可得知放电具体位置。这种测量方法灵敏度很高，又具备很强的抗干扰能力，并且可以直接使用开关柜处的小缝隙进行电磁波信号测量，不用考虑在安全封闭的环境中进行，所以操作起来比较方便。
2.4现场联合检测技术
常用的地电波和超声波检测技术都有利有弊，运用中都存在一定的局限性，无法做到对开关柜局部放电现象进行全面的带电检测，这就需要联合多种检测方法来进行检测。目前这种联合检测技术主要是以地电波检测为主、超声波检测为辅的形式来进行的。
当利用这种联合检测技术对10～35kV的开关柜进行带电检测时，首先利用地电波技术进行检测，由于地电波技术很容易受到现场干扰，所以在测量之前一定要做好干扰排除工作，比如关闭开关柜内部的排风扇，然后在不同时间内进行测试。在测量真正开始前，要以开关室内和前后金属门的信号测试平均值作为信号背景的参考值。在测试中应选择局部放电处比较容易发生放电的位置进行测试，这样更容易确保检测数据的准确性。
对于通过地电波技术检测异常的情况，可以运用超声波进行进一步检测确认，使用超声波技术前，需要将探头朝向空气来获取背景噪声值。测试中需要将传感器对准开关柜处的缝隙来更好地接收信号。按照开关柜局部放电带电检测技术的应用经验，地电波的检测值在20dB以上或者超声波的检测值在6dB以上时都应引起注意，同时将这些数据和开关柜的背景值读数比对。但这些只是对局部放电现象的定性判断，实际中还需综合采用横向分析、纵向分析以及数值比对等方法进行分析。
结语
地电波法可以通过自身的优势准确地检测出开关柜局部放电的幅值及频率；超声波法能通过超声波传感器对用电材料甩电效应的作用，检测出开关柜局部放电的具体位置；超高频率检测技术用两个探头进行测量，将检测到的信号时间作为分析放电现象的依据，可以判断出放电的具体位置。目前我国关于开关柜局部放电带电检测技术的研究还处于资料积累阶段，现有技术还不能完全准确地判断出故障发生的类型和原因，所以对开关柜局部放电带电检测技术的研究还需要进一步深入。
参考文献
[1]胡锡幸,许杰,徐建文.开关柜局部放电带电检测技术的应用分析[J].浙江电力,2013.
[2]杨超,张霖.开关柜局部放电带电检测技术的运用[J].电气开关,2011.
论文作者:耿晓刚
论文发表刊物:《电力设备》2017年第6期
论文发表时间:2017/6/13
标签：开关柜论文; 局部论文; 超声波论文; 检测技术论文; 电场论文; 电压论文; 电磁波论文; 《电力设备》2017年第6期论文;