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高压开关柜局部放电监测的研究现状

发布时间:2020-08-18 02:33:17人气:

开关柜局放巡检
开关柜局放巡检
目前局部放电的检测依据是发生局放时产生的物理化学现象,通过对这些现象产生的物理量进行检测来判断局放是否存在以及严重程度,检测方法相应的分为电检测法和非电检测法两大类。其中电检测法包括脉冲电流法、特高频(UHF )检测法和暂态对地电压(TEV)检测法等;非电检测法主要包括超声波检测法、温度检测法等。下面分别对这些开关柜局放检测方法进行说明。

1. 脉冲电流法

脉冲电流法的检测对象是局部放电发生时产生的脉冲电流,通过检测阻抗可以得到与脉冲电流成比例的脉冲电压信号,从而获得相关放电基本信息。脉冲电流法是最基础的局部放电检测方法,具有国际通用标准,在局部放电领域得到了广泛应用,能够用于其他检测方法的标定。该方法结构简单,便于实现,检测频率一般在10MHz以下,得到的放电脉冲含有丰富的信息,可以用来进行数学统计和标准制定,用于分析不同放电下的数学规律,对于脉冲信号反应灵敏,并且可以根据国家标准进行校准,易于定量分析。但是在现场测试时,测量回路容易受到电磁干扰,受环境影响严重,测量信号频带较窄,当有用信号与现场噪声混杂在一起时不容易进行识别,容易湮没在环境背景噪声中。因此这种方法在使用推广上受到限制,难以应用于现场环境的测量。

2. 特高频(UHF)检测法

由于传统的局部放电测量方法存在频带较窄,抗噪声能力弱等问题,因此近年来能够有效解决上述问题的特高频(UHF)检测法得到了快速发展。UHF法是在上世纪80年代由英国的Boggs和Stone最早提出并应用在气体绝缘开关设备(Gas Insulated Switchgear,GIS)的局部放电检测中。特高频法的理论依据是开关柜内发生局放时激发出的电磁波,其频率最高可能达到GHz级别,这一频率的电磁信号可以通过设置在开关柜内的天线传感器接收到,从而对信号进行进一步的分析,判断出故障类型和故障距离等由于UHF法测量频率高达GHz,远远超过一般情况下电气设备所处环境中的干扰信号的频率,因此能很好的避开常规情况下的低频干扰噪声,获得优质的放电信息,同时UHF法灵敏度较高,对局部放电反应准确,有效检测范围广泛,是一种比较先进的监测手段,因此得到了广泛的关注和发展。但也要注意,UHF检测法只能对局部放电进行定性分析,不像脉冲电流法那样能对局部放电的放电量进行标定。同时在开关柜中安装特高频检测天线的成本较高,这些缺陷影响了UHF检测法在高压开关柜局部放电检测
方面的应用。


3. 暂态对地电压(TEV)检测法

暂态对地电压(TEV)法是由英国的Dr.John Reeves在1974年首次提出;近年来得到了国内外局放测量领域的重视。暂态对地电压检测法认为根据麦克斯韦电磁场理论,当高压开关柜发生局部放电时,会产生出交替变化的电磁场并激发产生电磁波,而电磁波信号会在柜体内部进行传播并在屏蔽不连续的地方泄露到柜体外壳。泄露的电磁波信号会在外壳上感应出一个感应电流,并通过设备表面存在的波阻抗形成脉冲电压,这个电压即暂态对地电压信号,简称TEV。将TEV信号通过传感器进行接收,就能由此对开关柜内部的放电信息进行推测判断。该方法不能作为定量测量手段,通常用于比较性测量。

以上是通常采用的电检测法,他们的共同点是通过对电极间电荷移动产生的物理现象进行检测。在局部放电发生过程中,除了发生电荷移动,同时也会产生各种非电信号,对这些非电信号的检测就形成了非电检测法。非电检测法在检测过程中受电气设备干扰较小,但只能定性检测局部放电,难以定量检测放电强度,因此通常作为现场测量的辅助手段。非电检测法主要有以下几种:


4. 超声波检测法

局部放电发生时间较短,其瞬时功率较高,释放的能量会以热能的形式被周围的介质吸收,分子被加热后会形成一个声源,产生超声波信号,由于放电时间短,所以产生的声波具有很宽的频谱范围。超声波信号在开关柜柜体中传播,被传感器的压电晶体接收转换为电信号,并通过进一步放大采集后进行后续的分析。典型的超声波传感器的中心频率约在40kHz附近,检测频带在10Hz-100MHz,因此超声波检测法能够有效避开现场音频(20Hz-20000Hz)干扰源产生的干扰噪声,接收到局部放电产生的超声波信号。超
声波检测法的灵敏度在低频段的检测效果甚至好于电测法。该方法不影响电气设备的安全运行,不受电磁信号的干扰,同时超声信号明显的方向性使得通过多传感器检测阵列对局放进行定位成为可能。但需要指出的是,超声波信号在传播过程中严重受到开关柜内复杂结构的限制,柜内金属板的存在会造成信号衰减,同时开关柜内部介质对超声波的反射和吸收都会进一步加大超声波检测的难度。因此超声波检测法通常是作为局部放电的辅助检测手段出现。


5. 温度检测法

温度检测法是利用温度测量对开关柜的运行状态进行监控,主要是检测放电引起的触头温度升高,检测方法主要包括非接触式的红外测温和接触式的光纤传感器测温,红外测温是通过红外成像仪或红外探头来对触头的温度进行监控,对开关柜的结构要求较高,当开关柜内的结构复杂时,红外线会被开关柜内的元件遮挡,灵敏度下降,难以获得触头处的准确温度数据。并且由于红外测温会受到多利,因素的影响,因此测量得到的结果可信度较低,一般只能作为辅助测量措施。光纤传感器是种接触式测量设备,是在开关柜的触头表面贴装温度传感器,获得的温度数据通过光缆传输到柜体外部的解调器上进行输出。这种检测方法得到的结果可靠,因此得到了较为广泛的应用。但整体设备尺寸较大,需要单独划分安装区域,对空间要求高。此外,两种温测法都是反映触头的温度变化,由于局部放电引起的温升较弱,温度检测法的灵敏度口前还不高。

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