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1、前言
    高壓開關(guān)柜廣泛用于電力系統(tǒng)中，其柜內(nèi)電氣設(shè)備在長期運(yùn)行或異常條件下可能會存在絕緣性能下降，異響、放電、閃絡(luò)等情況，嚴(yán)重時會導(dǎo)致開關(guān)柜爆炸，造成用戶停電，影響配網(wǎng)供電可靠性。通過大量的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和研究發(fā)現(xiàn)：大多數(shù)情況下局部放電既是絕緣缺陷的征兆，也是導(dǎo)致絕緣事故的最終原因。開展開關(guān)柜帶電局部放電測試是目前監(jiān)測開關(guān)柜運(yùn)行狀況、預(yù)防事故發(fā)生的有效方法。
2、檢測原理
    局部放電是不完全地跨接電極的放電，主要包括有內(nèi)部放電、尖端放電、表面放電三種放電類型。通常局部放電程度是很小的，然而這個不斷積累的過程最終也會導(dǎo)致絕緣層的損壞，甚至造成停電事故。局部放電通常都以下面的形式釋放能量：
    電磁形式：無線電波、光、熱
    聲波形式：聲音、超聲波
    氣體形式：臭氧、一氧化二氮
    因此可以通過檢測局部放電伴隨的現(xiàn)象和釋放的能量，來檢測有無局部放電。目前非嵌入式測試的最實(shí)用的技術(shù)是基于電磁波（TEV法）和超聲波的檢測。
    2.1 TEV法
    根據(jù)麥克斯韋電磁場理論，局部放電現(xiàn)象的發(fā)生將產(chǎn)生出變化的電場。變化的電場激起磁場，而變化的磁場又會感應(yīng)出電場，這樣，交變的電場與磁場相互激發(fā)并向外傳播形成電磁波。為了減小設(shè)備尺寸，使得結(jié)構(gòu)更加緊湊，開關(guān)柜制造廠家在制造中采用了大量的絕緣材料，如環(huán)氧澆注的電流互感器、電壓互感器、靜觸頭盒、穿柜套管、相間隔板等，如果這些絕緣材料內(nèi)部存在局部放電，放電電量先聚集在與放電點(diǎn)相鄰的接地金屬部分，形成電流脈沖并向各個方向傳播。通過放電產(chǎn)生的電磁波大部分被開關(guān)設(shè)備的金屬外殼所屏蔽，小部分通過金屬箱體的接逢處或氣體絕緣開關(guān)的襯墊傳播出去，同時產(chǎn)生一個暫態(tài)電壓，然后通過設(shè)備的金屬箱體外表面而傳到地下去。這些電壓脈沖是于1980年由約翰·里弗博士首先發(fā)現(xiàn)，并把它命名為暫態(tài)對地電壓(Transient Earth Voltage)。電氣設(shè)備內(nèi)部放電過程中，由局部放電脈沖產(chǎn)生電磁波，通過開關(guān)柜的縫隙傳播出去，同時在設(shè)備的金屬封閉殼體上產(chǎn)生TEV信號，我們可以通過特制的電容耦合探測器捕捉這個TEV信號。
    局部放電產(chǎn)生的TEV幅值大小可由放在開關(guān)接地金屬殼上的電容探頭測量。同樣的原理，如果把兩個探頭放在金屬制品上，根據(jù)時間差原理比較TEV脈沖信號到達(dá)探頭的時間先后順序，就可能找出存在放電的具體設(shè)備部件。
    2.2超聲波法
    電力設(shè)備局部放電過程中，帶電質(zhì)點(diǎn)由于電場的作用而獲得加速，同時由于電弧產(chǎn)生的高溫，空氣分子劇烈的熱運(yùn)動，都會使空氣分子發(fā)生碰撞，從宏觀上看，局部放電對與放電通道相鄰的空氣產(chǎn)生了壓力，使之向外運(yùn)動，而由于空氣的彈性作用，產(chǎn)生了阻力，使這部分空氣達(dá)到最大位移后又開始向平衡位置運(yùn)動，這樣就在平衡位置附近產(chǎn)生振動，這種振動通過相鄰的空氣媒質(zhì)會一直傳播下去。這種媒質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的機(jī)械振動由近及遠(yuǎn)的傳播就是聲振動的傳播，稱為聲波。由于每次放電的時間很短，因此它產(chǎn)生的聲波的頻譜很寬，可以從幾十Hz到幾MHz，其中頻率低于20kHz的信號能夠被人耳聽到，而高于這一頻率的超聲波信號必須用超聲波傳感器才能接收到。
    從局部放電的機(jī)理可知，局部放電的初期是微弱的輝光放電，放電釋放的能量很小，放電的后期出現(xiàn)強(qiáng)烈的電弧放電，此時釋放的能量很大，可見局部放電的發(fā)展過程中放電所釋放的能量是從小到大變化的，所以聲能也是從小到大變化的。因此根據(jù)超聲波信號的特征，判斷局部放電的強(qiáng)度以及對安全的威脅，就可以在僅出現(xiàn)微弱的放電時，發(fā)現(xiàn)它并采取措施，將事故的苗頭消滅，避免更大的損失。
    由于超聲波，人耳是不可聞的，所以需要借助超聲波傳感器（換能器）來檢測。超聲波傳感器的作用是接收在空氣傳播的聲信號，將聲信號轉(zhuǎn)換為電信號，它實(shí)現(xiàn)了一種形式的能量轉(zhuǎn)換為另一種形式的能量，所以又稱為換能器。超聲波傳感器一般可以分為以下幾類：壓電式傳感器、磁致伸縮式傳感器、電磁換能器、靜電換能器。
    目前由于壓電陶瓷作為敏感元件的壓電式聲傳感器具有體積小、性能好、成本低等優(yōu)點(diǎn)，壓電式聲傳感器的應(yīng)用最為廣泛。
3、檢測儀器
    3.1便攜式局部放電聲電波檢測儀
    便攜式局部放電聲電波檢測儀采用電磁波(TEV)及超聲波兩種檢測方法，檢測開關(guān)柜的局部放電現(xiàn)象，顯示局部放電的幅值、脈沖數(shù)和嚴(yán)重程度，可通過耳機(jī)中聽到放電聲音，方便現(xiàn)場快速檢測開關(guān)柜局部放電狀況。
    主要功能優(yōu)點(diǎn)如下：(1)可以使用TEV法檢測開關(guān)設(shè)備的內(nèi)部放電活動，TEV檢測下有兩種模式，單個檢測和連續(xù)檢測，每種模式下都有三種檢測界面：幅值檢測界面下可以顯示幅值，并用綠、黃、紅三色來指示放電的嚴(yán)重程度；脈沖檢測界面下可以顯示幅值、脈沖數(shù)（兩秒鐘內(nèi)）以及劇烈程度；PDL檢測界面下可以手動調(diào)整幅值，可以更準(zhǔn)確了知道檢測信號的觸發(fā)值。(2)可以使用超聲波法檢測開關(guān)設(shè)備的表面放電活動，顯示出所測得的幅值，并有綠、紅兩種顏色來指示放電的嚴(yán)重程度，增益有60、80、100三檔可調(diào)，主機(jī)可以連接耳機(jī)，可從耳機(jī)中聽到放電聲音；(3)現(xiàn)場可快速檢測開關(guān)柜局部放電狀況，使用方便，體積小，重量輕，便于攜帶。
    3.2局部放電定位儀
    局部放電定位儀采用TEV法檢測開關(guān)柜的局部放電，具有單通道和雙通道模式，對檢測到的每一次局放活動以指示燈、聲音提示，并可測出顯示局部放電產(chǎn)生的TEV幅值大小(dB)，同時通過雙通道模式的時間差功能可找出瞬時脈沖路徑的方向，最小的時間分辨達(dá)到2ns，進(jìn)而確定具體的局部放電點(diǎn)的所在位置。
    儀器的主要功能特點(diǎn)如下：(1)采用TEV法檢測開關(guān)柜的局部放電狀態(tài)；(2)使用單通道模式，可以快速的檢測開關(guān)柜的局部放電幅值；(3)通過選擇雙通道模式，采用時間差法，使用兩個傳感器在保證時間分辨率內(nèi)的范圍內(nèi)，將兩個傳感器貼在相應(yīng)的開關(guān)柜表面，可快速定位出局部放電的大概位置，從而進(jìn)行合理的檢修工作。(4)現(xiàn)場檢測數(shù)值較大的情況下，可判斷信號源是由干擾引起的還是由于放電引起的；選擇雙通道模式，使用兩個傳感器，將一個傳感器貼在開關(guān)柜表面，另一個貼在金屬門或金屬窗上，按下測試鍵，比較兩個通道的定位指示燈（如是外界干擾信號，貼在金屬門或金屬窗上的定位指示燈會先亮，如是局部放電信號，貼在開關(guān)柜上的定位指示燈會先亮），從而判斷所檢測到信號的來源。(5)現(xiàn)場可快速檢測開關(guān)柜局部放電狀況及大概位置，使用方便，體積小，重量輕，便于攜帶。
4、應(yīng)用分析
    對南寧供電局llOkV五里亭變電站的lOkV高壓開關(guān)室進(jìn)行測試分析，該高壓室內(nèi)的開關(guān)柜型號為：GGX2-10201，室內(nèi)共有2排開關(guān)柜，具體測試結(jié)果如下。
    首先，通過便攜式局部放電聲電波檢測儀的超聲波檢測模式對高壓室內(nèi)所有開關(guān)柜進(jìn)行超聲波信號普測，均未發(fā)現(xiàn)有放電現(xiàn)象。
    由于高壓開關(guān)室外的電磁波信號同樣能夠在開關(guān)柜的表面產(chǎn)生暫態(tài)對地電壓，因此在使用TEV檢測時，首先需要檢測環(huán)境的背景值，即在金屬門、金屬柵等金屬制品上檢測。因此在現(xiàn)場的檢測過程中，我們首先測試空氣中、門和窗上的TEV信號，再測試開關(guān)柜上的TEV信號，對應(yīng)于柜前中部和下部，柜后上部、后中部、后下部，共測試6個部位。
    現(xiàn)場檢測過程中，首先測得五里亭變電站的環(huán)境背景比較大，現(xiàn)場可能存在有局部放電信號或干擾信號，具體如下所示。TEV信號普測，得到相應(yīng)的TEV幅值大小，普遍明顯大于背景值，因此可以判斷信號應(yīng)該來源于開關(guān)柜，而不是外界的干擾信號。將每個開關(guān)柜的最大測試值按開關(guān)柜的順序排列，可以得到相應(yīng)的數(shù)據(jù)分布圖。
    結(jié)合相關(guān)判斷依據(jù)，通過對數(shù)據(jù)的比較分析，可以看出第一排開關(guān)柜中的“901開關(guān)”柜的數(shù)據(jù)比其它同一排開關(guān)柜的測試大，而且在這一排開關(guān)柜中僅該柜的數(shù)值最大，因此可以判斷該柜存在有局部放電的現(xiàn)象。第二排的開關(guān)柜中“902開關(guān)”柜為最大，比其它同類開關(guān)柜的測試果均大，但幅值相比“901開關(guān)”柜小，初步判斷應(yīng)該存在有較輕微的放電現(xiàn)象。現(xiàn)場停電檢查后，發(fā)現(xiàn)901、902開關(guān)柜內(nèi)確實(shí)存在放電、過熱痕跡，印證了局放試驗(yàn)分析結(jié)論。
5、結(jié)語
     通過運(yùn)用TEV和超聲波檢測技術(shù)對運(yùn)行中的開關(guān)柜局部放電進(jìn)行非嵌入式檢測，有效了克服傳統(tǒng)檢測方法的不足及單一檢測方法的局限性，聲電聯(lián)合技術(shù)可以檢測不同類型的局部放電，現(xiàn)場檢測過程無需改變開關(guān)柜的運(yùn)行狀態(tài)，不需要提供高壓試驗(yàn)源，相關(guān)的檢測數(shù)據(jù)可以有效判定開關(guān)柜的運(yùn)行狀況，從而為開關(guān)柜的狀態(tài)檢修提供技術(shù)依據(jù)，在某種程度上可以取代傳統(tǒng)的預(yù)防性試驗(yàn)，對開關(guān)柜的狀態(tài)檢修具有重要的實(shí)際意義，可以有效提高電網(wǎng)的供電可靠性。
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