开关柜局部放电检测技术的应用研究

摘 要：随着经济与科技的不断发展，已经成为了当前我们国家非常重视的问题之一。在当前商业开关柜领域中对于局部放电源的特征展开分析，将暂态对地电压和超声波技术对于开关柜存在的不足展开分析和检测。通过实验结果能够发现，具有不同缺陷的脉冲相位图各自有着独有的特征。放电能量存在差异，同一典型的分布图自然也是如此。本篇文章将阐述本次实验需要使用的装置和设备，探讨具体实验结果，并对于相关分析提出一些合理的见解。

关键词：开关柜；局部放电；暂态对地电压检测法；超声波检测法

1 引言

从现阶段发展而言，开关柜是能够向广大局部提供日用电力的基础设备，以其可靠性高、体积小等在各个小区的电力系统中得到了广泛普及。其运行可靠性直接关系到供电质量和供电可靠程度。在长期运行的过程中，开关柜中绝缘的部分会逐渐发生老化，导致自身绝缘强度逐渐下降，进而出现电力故障。为此，工作人员必须在开关柜发生电力事故之前，对其展开全面研究，做好相应的诊断工作，，及时检测潜在绝缘故障，从而提升开关柜使用的稳定性已成为电力监管部门日益关心并及亟待解决的问题。

2 实验装置和设备

本次实验选择的是KYN36A-13开关柜，依靠模拟局部放电的方式，在开关柜的母线室之中产生不同类型的局部放电。本次实验选择的电源是无局部放电的变压器，其额定电压通常为400V、高压能够达到160kV，频率则为60Hz，局部的放电量完全不超过6pC。通常而言，该模型主要包括三种，分别是针板电极、悬浮金属以及绝缘空穴。另外，该实验中选择的地点电波传感器是最为常见的设备，带宽数据为4～160MHz，而中心频带的数据则为50kHz[1]。

3 实验分析和结果

3.1 针板模型下放电检测研究

针板模型中针电极的主要材料为铬，而平板电极的主要材料为紫桐。针电极的直径通常为3mm，而尖端半径则为3μm，实际电极的间距则为12mm。

针板电极中的局部放电现象首先会在外部电压的负半周期附近出现，在进入稳定状态之后，整个放电脉冲的相位在实际统计图中将会近似为一根横线。伴随实验电压不断上升，放电量也在持续增加，放电相位也会变得更宽。当外部附加的实验电压达到一定数值的时候，正版周期附近将会有局部放电的情况发生。这其中，正半周期的放电频率非常稀疏，整体放电的强度很大；而负半周期的放电频率非常密集，整体放电的强度相对较小。正是由于金属电机处在负极状态的时候，很容易产生电子，同时由于正离子与阴极发生碰撞，从而造成二次电子发射，造成电机周围气体放电压过低的情况发生，从而出现了放电次数过多而整体放电量却相对偏小的情况发生。因此在一些不对称的系统之中，其产生的波形同样也是不对称的形态。随着外部电压不断升高，针板电极的局部放电在系统图形中将会呈现出英文字母“M”形状，而整体放电基本上全部集中于而形态的两端位置，负半周期附近的放电次数明显下降[2]。

在进行针板电极局部检测的时候可以发现，超声波放电检测的技术实际放电量非常小，基本上只有42.1pC，此时进行检测，效果最为明显。地电波法必须做到放电剧烈，且实际放电量达到一定数值之后才能更好地进行检测。究其原因主要因为针板放电的实际能量相对比较低，所有辐射信号基本上都集中于1MHz以下，如果放电十分剧烈，则有少部分能够达到10MHz以上。最为常见的便是TEV传感器，其检测频带通常都在3到150MHz之间，频带实际交叠的程度较低，使得针板检测的灵敏度同样非常有限，缺乏足够的有效性。

在针板放电模型之中，外部电压达到8.7kV的时候，依靠TEV方法以及超声波方法都能够对局部放电信号进行检测。然而，TEV所使用的传感器和超声传感器的检测原理完全不同，其获得的结果也有着非常大的差别。TEV主要针对金属外壳部分的对地电流进行检测，超声波则主要针对局部放电的时候产生的声波。

3.2 悬浮电极模型下放电检测研究

悬浮电极主要是在一些高压导体旁边分布的一条钢针，其长度通常在4cm左右。而悬浮电极和高压电极之间的距离基本上为2mm左右。

悬浮电极在进行局部放电的时候，经常会在正半周期和负半周期的位置同时出现，实际放电的相位相对比较宽，整体放电的强度较为稀疏。而将其投到相位图中后，会发现有3条放电脉冲出现，并形成一条线。这条线则主要表示固定放电，基于高压电极和位置关系，当外部电压达到一定数值之后，能够形成多个放电通道。本次实验选用金属的材料为钨针，其表面位置并没有提前进行抛光处理，因此自然会有一定的毛刺存在。此外，尽管悬浮针的尖曲率最高，然而针体和电极的轴线之间保持为平行状态，以此便为后期多个位置同时进行放电提供了良好的基础。悬浮电极的实际放电量会随着外部电压的提高而有一定的增加，局部放电的具体相位也有一定的增宽。不仅如此，局部放电时非常剧烈，因此在前两条脉冲分布产生的线条中也出现了一定的放电脉冲，并且十分混乱，没有任何规律。

除此之外，当外部电压达到12.17kV的时候，TEV传感器和超声波传感器都能够获得信号，由此可以看出二者效果均十分突出[3]。

3.3 空穴模型下放电检测研究

空穴放电模型主要由两块直径为90毫米，厚度为3毫米的玻璃板组成。之后再将直径为90毫米，厚度为2毫米、通孔直径为12毫米的玻璃板放置于中间，做好固定之后，以此对每部放电的气隙进行模拟。绝缘板之间通常利用一层有机玻璃胶进行粘合。

在不同等级电压的影响下，局部放电特征有着较大的区别。放电量会虽则外部电压的提高而逐渐加大，具有非常强的放电强度，且正负半周的实际放电量与具体放电次数十分接近。究其原因主要是放电模型本身两个电极在物理结构层面保持对称，从而使得周围的电场强度大致相同，产生的放电概率也没有太大的区别。因此，相对应的放电脉冲也基本上保持对称分布，在正负两半波的波形也大致相同。放电相位和外部电压相位会发生一定程度的偏移，空穴放电模型的分散性非常强，系统中呈现出的图形也不再是传统的横线，会表现为“土堆”形状。整体放电幅值的变化非常大，但是却集中于一定相位内。

外部电压达到9.6kV的时候，TEV传感器仍然能够检测出具体想信号么人超声波却无法检测出。主要是由于有机玻璃的存在，使得超声波的信号出现了一定的衰减。信号经过绝缘材料的传播之后，几乎被完全吸收，因此无法有效传到外部。因此，模型外部并没有局部超声波信号存在，从而无法检测。从具体相位分布能够发现，其表现几乎与噪音无异。

通过对于检测信号的波形进行分析，从中可以看出，TEV传感器获得的信号基本上处于几十到上百的范围内，获得的信号频率也基本上维持在40kHz上下。

4 结束语

综上所述，通过对于不同放电脉冲进行分析，其产生的相位分布图也有着较大的差别。因此可以明白，具有不同缺陷类型的TEV检测信号的频谱有着较大的差异，其产生的效果也完全不同。

参考文献：

[1] 孔令明，肖云东，刘娟，等.开关柜局部放电带电检测定位技术的应用与研究[J].山东电力技术，2016（6）：5～8.

[2] 章涛，王俊波，李国伟.10kV开关柜局部放电检测技术研究与运用[J].高压电器，2015（10）：100～104.

[3] 孔令明，肖云东，刘娟等.开关柜局部放电带电检测定位技术的应用与研究[C].山東电机工程学会2011年学术年会论文集.2017：5～8.