高压开关柜局部放电检测研究

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1、高压开关柜局部放电检测研究　　【摘要】高压开关柜的安全可靠运行直接影响整个变电站的供电可靠性，对开关柜进行局放检测显得尤为重要。本文主要分析了检测高压开关柜局部放电的TEV方法与超声波方法的原理及检测方法。利用TEV与超声波相结合的方法进行了局部放电源的定位，经验证该方法精确度较高，对局放检测有一定的实用价值。【关键词】高压开关柜；局部放电；TEV检测；超声波检测1.引言7目前，对开关柜设备局部放电（PD）的检测方法主要有脉冲电流法（ERA）、射频法（RF）、超声法、超高频法（UHF）、暂态对地电压法（TEV）等。脉冲电流法可以测定出局部放电的一些基本量（如：视在放电量q、局部放电脉冲大

2、小、数量与相位），该技术成熟、应用广泛，但缺点是抗干扰能力差。射频法和超高频法可以实现开关柜局部放电的带电检测，但是不能给出局部放电量。超声波法抗干扰能力强且可以很好的实现放电源的定位。暂态对地电压（TEV）法作为一种带电检测技术，具有灵敏度高、抗干扰能力强等优点，因此逐步在国内变电站推广使用[1]。本文分析了TEV及超声检测的原理，并自制TEV传感器，在实验室，搭建基于TEV与超声波检测的实验平台，通过示波器利用时间差法实现了局部放电源的精确定位。2.TEV检测法的原理2.1暂态对地电压（TEV）高压电气设备发生局部放电时，放电量往往先聚集在与接地点相邻的接地金属部位，形成对地电流在设

3、备表面金属上传播。对于内部放电，放电量聚集在接地屏蔽的内表面，屏蔽连续时在设备外部无法检测到放电信号，但屏蔽层通常在绝缘部位、垫圈连接、电缆绝缘终端等部位不连续，局部放电的高频信号会由此传输到设备屏蔽外壳[2]。因此，局部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出，并沿着设备金属箱体外表面继续传播，同时对地产生一定的暂态电压脉冲信号，该现象由Dr.JohnReeves在1974年首先发现，并将其命名为暂态对地电压。2.2TEV技术基本原理7一般来说单芯10kV电缆的阻抗约为10Ω，35kV的金属外壳母线室的阻抗则约为70Ω，电缆或母线室发生局部放电产生持续10us的约1

4、00mA的弱电脉冲电流时，在金属外壳上会出现1～7V的对地电压。电压、电流脉冲沿开关柜金属外壳的内表面传播，遇开口、接头、盖板等处的缝隙传出设备，再沿着金属外壳的外表面传播至大地。目前TEV法检测设备大都采用电容性探测器来检测放电脉冲，其工作原理如图1所示。现有的局部放电检测方法常以脉冲电流法的视在放电量来表征局部放电活动的严重程度，但对TEV法来说，由于影响局部放电测量及放电量表征的因素较多，为了简单起见，在该方法中测试结果采用相对读数来表示。在局部放电过程中，局部放电信号在设备的金属封闭壳体上产生一个瞬时对地电压，可通过电容耦合传感器对其进行测量，得出局部放电的幅值和放电脉冲频率等参

5、数。3.超声波检测原理发生局部放电时，在放电的区域中，分子产生剧烈的撞击，宏观上产生了声音，我们把频率大于20KHz的称为超声波。开关柜发生局部放电等缺陷时，其超声波发射频谱集中在20～100KHz。局部放电产生的超声波信号通过安装在柜体外壁的传感器接收，即超声波要从放电源传播到测量点才能被检测到，声波在传播中要衰减，频率越大，衰减越严重。超声波传感器的检测范围在很大程度上取决于其使用的波长和频率[3]。结合声波和周围环境中噪声的特点，我们选择的传感器为中心频率约为40KHz的接触式传感器，其具有较宽的检测带宽，使用超声耦合剂，增设60dB前置放大器，配合数字滤波器组成超声波检测电路具有

6、较高的灵敏度，图2为放电源距离传感器30cm时超声波传感器接收到的针板放电局部放电的超声波信号图。4.开关柜局部放电实验平台及局部放电信号检测7为了系统的研究开关柜中的局部放电，本文在开关柜试验平台上建立了一套基于TEV与超声波相结合的局部放电检测系统。4.1试验原理图如图2所示，工频高压由YDTW15/150KV无晕工频高压试验变压器提供，高压的输出端串联一个10kΩ的保护电阻，以免试品击穿后电流过大损害变压器。C0为试验用的耦合电容器，Cx为装有针板放电模型的开关柜试品如图5，TEV传感器接示波器的CH1通道，超声传感器通过前置放大器之后在接示波器。其中TEV传感器为自己研制的传感器

7、，其原理近似于耦合电容传感器，超声传感器为接触式超声传感器，传感器中心频率为40KHZ，检测频带比较宽，可以在宽频带范围内研究局部放电超声波信号，前置放大器其增益最大可调为60dB。经前置放大器处理的信号被传输到示波器。示波器采用YOKOGAWA的DL1540L型8位数字示波器。试验时，单次采样时间长度为一个工频周期，即20ms；采样率为5MS/s。示波器的4个通道分别采集超声信号与TEV信号。其中TEV信号作为触发用以控制信号采集