开关柜局部放电检测方法优缺点分析-中试控股

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开关柜局部放电检测方法优缺点分析

时间：2020-08-09

由于局部放电的产生同时会伴随着电、光、声、热等一系列物理现象的发生，因此高压开关柜局部放电检测的各种方法都是基于检测这些能反映放电现象的物理量展开的，在检测到这些物理量后，再对这些物理量进行分析，提取特征量，继而对该开关柜内部的局部放电情况以及绝缘状态进行评估。对应上述各种物理现象，高压开关柜局部放电检测技术大致分为非电检测法和电检测法两个大类。

一、非电测法

在高压开关柜局部放电非电检测法中运用得比较多的主要是超声波检测法和温度检测法。

（1）局部放电的超声波检测法

局部放电发生时其瞬间释放的能量使得周围介质加热，而自身也形成一个声源，会产生超声波信号，超声波信号在开关柜柜体中传播，经过超声波传感器的接收转换为电信号，然后进行后续的分析。由于现场噪声干扰多为音频（20Hz-20000Hz），而超声波检测法的检测频带在10Hz-100MHz，超声波检测法可以避开现场噪声的干扰接收局部放电产生的超声波信号。研究发现超声波检测法在低频段检测有很高的灵敏度，甚至优于同频率下电测法。该方法优点之一就是不影响电气设备的安全运行且不受电磁信号的干扰。但缺点是由于开关柜内结构复杂，声波传播至各种介质特别是金属柜板时前会发生衰减，再加上媒介间反射、吸收等影响因素，超声波监测局部放电的灵敏度不高且抗干扰能力弱因而不适合用于局部放电的在线监测或一般作为辅助检测手段。

优点：抗干扰能力强，检测时不影响设备的运行。
缺点：只能作为定性的测量而不能定量，以前检测的灵敏度低，随着技术的发展，灵敏度提高，检测精度提高而被广泛使用。

（2）局部放电的温度检测法

开关柜的温度检测法主要是检测由于触头过热引起的发热，主要分为红外测温和光纤传感器测温，其中红外测温是利用安装在柜体内红外成像仪或红外探头来确定其触头的温度，但由于开关柜内结构复杂，元件互相遮挡较多，该种方法获得的温度数据的准确性不能满足要求，不能准确地测得触头的温度。虽然可以采取校正措施，但是影响红外测温的因素较多且会随着时间变化，因此需将每一种因素进行校正。而利用光纤传感器测温的方法是一种接触式测量方法。即在开关柜的触头表面贴装光纤温度传感器然后再通过光缆与安装在柜体的光纤解调器连接，再输出相应的温度值。这检测方法运用较广泛，但由于光纤传感网络分析仪尺寸较大，无法安装在开关柜内部。此外，两种温测法都是反映触头的温度变化。本质是故障引起的触头升温后进行的检测，而局部放电引起的温升较微弱，该方法还不能灵敏检测出因局部放电引起的温度变化。

优点：不受电信号的干扰，技术简单成本低。
缺点：准确性和灵敏度都有待提高。

二、电检测法

电气设备在发生局部放电时，会伴随着电荷的转移，这样在外部电极上会有电压的变化。此外，由于局部放电持续持续时间很短，在空气中的局部放电波形的上升时间可以达到ns以内，根据麦克斯韦电磁辐射原理，如此窄的脉冲电流会产生频带丰富的电磁波向外辐射，电磁波频率最高可以达到GHz级。开关柜局部放电电检测法正是基于这两个原理。目前，在开关柜局部放电电检测法中运用较多的主要有射频检测法，暂态对地电压（Transient Earth Voltages，TEV）检测法和超高频检测法。

（1）局部放电的射频检测法

射频检测法是属于无线电干扰法，最早可以追溯到1925年，Schwarger发现设备发生电晕放电时会辐射电磁波，而通过无线电干扰电压表则可以检测到该电磁波。国内采用射频传感器对其进行检测，因此也叫射频检测法。射频法较为常用的传感器是Rogowski线圈电流传感器、电容传感器和射频天线传感器。该种方法不仅能定性地检测是否有局部放电的发生，还能定量地检测放电强度，且测试频带较宽（1-30MHz）。

优点：传感器简单，信号信噪比高
缺点：丢失信号，不利于模式识别

（2）局部放电的暂态对地电压检测法

暂态对地电压法在1974年由英国的Dr. John Reeves首次提出，并于近年在开关柜局部放电非侵入式检测中得到了一定的应用。其原理是高压开关柜发生局部放电时，会产生电磁波，而电磁波信号会沿着柜体的屏蔽层（柜体金属板）进行传播，由于屏蔽层在绝缘部位、垫圈链接、电缆绝缘终端等部位有缝隙，即屏蔽不连续，电磁波信号就会传播到柜体外壳。并在外壳上感应出一个脉冲电压，即暂态对地电压信号。因此，就可以通过安装在开关柜外壳上的电容传感器对该电压信号进行接收，从而得到开关柜内部的局部放电信息。

优点：传感器贴在开关柜外壁，不影响设备运行
缺点：判断依据单一

（3）局部放电的超高频(UHF)检测法

超高频法（UHF）是针对传统方法的不足而于近年来提出的新的检测方法，最早在20世纪80年代的英国，由Boggs和Stone将其应用于气体绝缘开关设备（GasInsulated Switchgear, GIS）设备的局部放电检测中。该检测方法由于抗干扰能力强，灵敏度高的优点近几年发展迅速。该方法的原理是局部放电激发的电磁波信号的频率可以达到GHz级，而电气设备所在环境中的干扰信号的频率一般不会高于200MHz，因此，可以运用超高频传感器通过接收超高频段（300MHz-3GHz）的电磁波信号对设备的局部放电情况进行评估。

优点：抗干扰能力强，准确性高
缺点：成本较高