局部放电检测技术是众多状态检测技术中应用比较早,使用比较广泛的一种带电测试技术。在发达国家,局部放电检测技术应用己经有三、四十年的历史,新加坡新能源电网有限公司是此项技术的成功应用者之一。而在我国,局部放电检测技术起步较晚但发展很快,在最近十年中,通过对国外局部放电检测技术的引进和学习,并且在实际工作中不断的加以应用,逐步的将局部放电检测技术在开关柜的故障诊断中实用化和常态化。
目前对于高压开关柜局部放电的检测方法主要分为两大类:电气检测法和非电气检测法。电气检测法主要有脉冲电流法、特高频(UHF)法及暂态地电压法;非电气测量法主要有气体测量法、红外测温法及超声波法;气体测量法是采用气体检测仪测量开关柜局部放电产生的特定气体浓度的方法,但由于受环境通风条件的影响,应用效果不大,因此一般不直接采用气体测量法对开关柜局部放电进行诊断。此外红外测温法则需要在高压开关柜上预留测温窗口,使用安全性和便利性差,一般也很少采用,因此开关柜局部放电非电气检测法主要是超声波法。以下介绍这几种方法的研究现状。
1. 脉冲电流法
脉冲电流法是研究最早且应用最广的一种局部放电检测方法,也是IEC60270和GB/T7354标准所推荐的检测方法。发生局部放电时试品两端会产生电荷的变化,与试品两端相连接的检测回路便会出现脉冲电流,在检测阻抗两端形成一个脉冲电压,通过检测这一脉冲电压来分析试品的局部放电,该方法可以获得视在放电量。脉冲电流法是目前检测局部放电最常用的方法之一,检测频率通常在10MHz以下。脉冲电流法虽然具有放电电流脉冲信息量丰富以及便于定量化的校准方法等优点,但易受电磁干扰,灵敏度低,因此很难用于现场实际检测。
2. 特高频(UHF)法
开关柜发生局部放电时,会在开关柜内部激发出频率高达300MHz-3GHz的电磁波,其脉冲上升时间和持续时间极短,只有几个纳秒,具有宽广的频域分布。特高频法便是利用装设在开关柜内部或外部的天线传感器,接受局部放电辐射出的特高频电磁波信号进行对局部放电进行检测和分析,从而判断出绝缘故障及故障类型等。电磁波信号在开关柜内部传播时时衰减很小,有利于局部放电信号的检测。UHF具有抗干扰性强、灵敏度高、检测范围广及检测效率高等优点,但其放电信息无法量化,高频传感器安装成本高,因此在开关柜的局部放电检测中使用不是很广泛。
3. 暂态地电压(Transient Earth Voltage简称TEV)法
局部放电会产生出持续变化的电场,根据麦克斯韦电磁场理论,变化的电场会引发变化的磁场,而变化的磁场又会感应出变化的电场,从而相互交换变化的电场和磁场相互激发并且向外传播,由此便形成了电磁波。在绝缘内部放电中,放电的电荷量主要集中在接地屏蔽装置的内表面部分,因此,如果屏蔽装置(即高压开关柜金属外壳)是连续的,则在外部无法检测到放电信号。但在实际应用中,屏蔽装置一般在垫圈的连接处、绝缘部件的连接处、电缆绝缘终端连接处等部位会出现空隙而造成不连续,这样内部局部放电产生的电磁波信号就会透过屏蔽装置不连续的部位传输到设备的外表面,从而在设备外表面会产生微量的感应电流,由于在设备外表面存在波阻抗,因此在设备外层会形成一个暂态对地电压,简称TEV。TEV检测法具有:放电信号传播过程衰减小;检测的有效频率高、频带范围宽;对脉冲变化敏感;原理简单;安装及操作方便;成本较低;可对设备进行带电检测;可进行局部放电定位;可进行在线监测等优点。比较合适检测绝缘介质内部放电,对绝缘外部局部放电不敏感。因此被广泛应用于高压开关柜的局部放电检测中。
4. 超声波检测法
发生局部放电时,在放电中心区域,空气中的分子由于放电的电热效应剧烈运动并相互激烈撞击,在宏观上由于撞击而产生了声波,而局部放电产生的声部大多在20kHz以上。在声波的定义中通常将频率大于20kHz的声波定义为超声波,因此通过对局部放电产生的超声波信号进行检测来判定和评估局部放电程度的方法称为局部放电的超声波检测法。在日常工作运行中开关柜的噪声主要集中在20kHz以下的低频范围内,因此采用超声波检测法对开关柜进行局部放电检测,可以避开噪声的低频干扰,能有效的提高检测的有效性。但是随着声波频率的升高,声波在传播过程中发生的衰减也会越大,不利于对信号的采集、检测与分析,因此局部放电超声波检测的频率一般都在数十到数百kHz之间。超声波检测法不受电气上的干扰,在复杂的电磁环境下也可以很好使用,且可对放电源进行准确定位,因此在开关柜局部放电检测中使用非常广泛。
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