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摘要：介绍了开关柜局部放电检测方法中的超声波法和特高频法。着重说明特高频法在开关柜带电检测中的定位技术。在实际运行高压开关柜中研究了特高频法局部放电定位技术的有效性和可行性。结果表明：采用特高频检测幅值比较和时间差法的局部放电定位技术对开关柜局部放电缺陷的检测和定位是有效可行的。高压开关柜局部放电超声波法和特高频法检测定位技术可为现场检修提供理论基础。
关键词：开关柜；局部放电；超声波； 特高频；定位技术
引言
在对电力需求越来越大的今天，对供电的可靠性提出了越来越高的要求，高压开关柜作为向用户供电的最直接的设备，其运行的稳定性至关重要。各类绝缘缺陷在发展到最终击穿并造成事故之前，往往要先经过局部放电阶段，局部放电的强弱能够及时有效的反映高压开关柜的绝缘状态，因而对高压开关柜运行状态的检测十分必要。局部放电的检测和定位是根据局部放电过程中产生的电磁波、声、光、热等现象来确定的。不同位置、不同放电类型所产生的局放现象不同，所以一般开关柜局放带电检测使用声电联合法。
1.局部放电检测技术
1.1 超声波法局部放电检测技术
超声检测原理：局部放电前，放电点周围的电场应力、介质应力、粒子力处于相对平衡状态。局部放电是一种快速的电荷释放或迁移过程，导致放电点周围的电场应力、机械应力与粒子力失去平衡状态而产生振荡变化过程；机械应力与粒子力的快速振荡，导致放电点周围介质的振动现象，从而产生声波信号。
超声波主要检测的是表面放电，主要为相间放电。主要检测到的故障集中于电缆头、电缆故障指示器、母线穿墙套管、母排处等。另外超声波方法可检测柜内螺丝松动等机械故障。
1.2 UHF法局部放电检测定位技术
局部放电发生时，由于电荷的迅速转移，形成持续时间在ns 级的放电脉冲，并产生频率分量极其丰富的电磁信号（上限可达到数GHz）[1]。由于现场干扰大，而这些干扰大多频率<300 MHz，为了避开现场干扰，提高局部放电检测的信噪比，所以特高频法选择在0.3～3 G Hz频段对局部放电的电磁辐射信号进行检测。特高频段电磁波信号在均匀介质中匀速传播，基于最小光程差原理[2]，可以根据到达不同测点信号的时延实现局部放电定位。实际使用时，可用2个探头检测局放信号，根据探头检测到信号的时间顺序判断，先检测到的距离局放源较近，再不断改变探头位置，即可逐步判断出放电源的大致位置；也可用3个（或更多）探头，根据探头检测到局放信号的时间差列出方程组，解出放电源在三维空间的坐标实现定位。此方法灵敏度较高，抗干扰能力较强。但受被测设备密封结构影响较大，如完全密封则很难实现检测（但如上所述，开关柜上一般都有接缝和小的观察窗。这样就为UHF检测提供了可能）[3]。
2.开关柜局部放电检测、诊断及定位
2016年6月，在对开关柜局部放电普检时220 kV某变电站35kV开关室内的387贸田开关柜同时存在超声和特高频信号异常，通过超声和特高频检测及定位发现该开关柜后部存在局部放电信号。该开关柜为2002年1月生产，上海通用电气广电有限公司生产的PV-40.5-13。
2.1 现场超声波测试
在正常巡检过程中发现387柜存在超声异常现象，开关柜后中部超声波信号最大。
图7特高频多周期图谱，信号具有很强工频相关性：每高频周期一簇，信号幅值大小不一，判断该信号为电晕放电信号。
2.2.3 UHF信号定位
定位过程使用两个UHF传感器，红线连接的传感器放置在387柜前部观察窗，黄线连接的传感器放置387柜后部观察窗上，由于现场环境所致无法拍摄现场传感器布置图片。使用示波器同时采集两个传感器所接收到的特高频信号。
现场检查过程中，由于柜体密封性较好，除了后观察窗外柜顶部及柜底部的特高频信号较微弱，无法精确进行上下定位。
2.2.4 UHF信号定位结论
结论：该变电站35kV 387开关柜后中部存在特高频异常信号，判断为电晕放电，结合开关柜结构，重点检修排查容易产生电晕放电的触头盒与套管等处。
2.3 UHF法局部放电检测定位验证
图5 检修现场 图6387开关柜B相穿套内部
为进一步验证UHF法局部放电定位是否准确，387开关柜进行停电检修，从后部打开开关柜，对开关柜后部重点排查，发现B相穿柜套管内均压屏蔽弹片脱落，判断该处为超声波及特高频信号来源，由于均压弹片脱落，造成套管内电场分布不均，引起电晕放电，详见图9，图10。随后更换套管处理，完毕后再次检测发现超声波及特高频信号均无异常。验证了之前超声波结合特高频检测判断的准确性。
3.结论
1）采用超声波、特高频方法的局部放电检测定位技术，对开关柜局部放电的检测和定位是有效的。
2）不同位置、不同放电类型表现的信号不同，所以开关柜局放检测需要声、电联合检测，可以起到更好的额效果。
3）对开关柜内部局部放电进行检测和定位诊断，对局部放电检测结果进行评估诊断，可以为开关柜的运行状态提供诊断数据，为状态检修提供依据。可以预先发现开关柜内潜在的故障点，确保开关柜可以持续、安全、稳定、有效地运行。
参考文献：
[1] Yang L，M D J，Bennoch C J.Time delay est imati on f or UH Fsignals in PD locat ion of t ran sfo rm er[ C] ∥ IEEE 2004 Ann ualReport C on feren ce on Elect rical Insulat ion and Dielect ric Phenom ena.Boulder，USA：IEEE，2004：414-417.
[2] 刘君华，姚明，黄成军等。GIS 局部放电电磁波信号的传播性研究[ J]，电工技术，2008（12）：24-26
[3] 丁培，吴旭涛，樊益平超高频局部放电检测在宁夏电网的应用研究 2010（02）
论文作者:毛祥飞,臧玉龙,宗小红
论文发表刊物:《电力设备》2017年第27期
论文发表时间:2018/1/11
标签：开关柜论文; 局部论文; 信号论文; 超声波论文; 超声论文; 应力论文; 电晕论文; 《电力设备》2017年第27期论文;