基于多种检测方法的设备状态综合带电检测研究

【摘要】 电力设备局部放电作为危及设备健康与寿命的一大因素越来越得到人们的重视，并得到了广泛的研究。本文总结了当前主要的几种局部放电检测技术原理、系统设计，分别是特高频局部放电检测、暂态地电波检测技术与超声波检测技术，并重点介绍了不同方法下传感器的特性与使用方法。最后对各种检测技术的适用条件进行了总结。

【关键词】 局部放电 传感器 特高频检测法 超声波检测法 暂态地电波检测法

一、背景与意义

高压电气设备在运行中由于绝缘劣化会发生局部放电现象，这种放电不断蔓延和发展，会引起绝缘的损伤，如果任其发展则会导致绝缘丧失介电性能而造成事故。通过检测事故潜伏期电气设备的局部放电特性，对放电点进行准确定位，及时对其进行处理，可以有效地预防高压电气设备故障，防患于未然。

目前局部放电的检测方法主要有超高频法（UHF）、超声波法（AE）以及暂态地电波法（TEV）等等。上述局部放电检测方法在GIS、变压器、开关柜、电缆以及绝缘子的局部放电检测中得到了广泛应用，但对于综合带电检测来说，由于检测状态量较多，多局放传感器模块技术的研究，对于确立一种有效的全面局部放电检测规范来说是很有意义的。

二、TEV+超声波的开关柜检测

2.1试验原理图

如图1所示，工频高压由YDTW15/150KV无晕工频高压试验变压器提供，高压的输出端串联一个10kΩ的保护电阻R。Ck为试验用的耦合电容器，Zm为德国LDIC公司LDS-6局部放电检测仪配套检测阻抗，可以输出视在放电量和电压相位信号，对局部放电的放电量进行标定。TEV传感器接示波器的CH1通道，超声传感器通过前置放大器之后在接示波器。经前置放大器处理的信号输入到示波器。

在开关柜内设置针板，将TEV传感器吸附在开关柜体外壁上，超声波传感器用超声耦合剂贴在柜外壁。示波器的4个通道分别采集超声信号、TEV信号、实验电压相位信号及检测阻抗信号。其中TEV信号作为触发用以控制信号采集起始时刻，可以方便观察TEV信号与超声信号的时间差，便于局部放电源的定位。

2.2试验结果分析

针板放电放电初期，所加电压约为8kV，放电量约为50pC，放电集中在负半周电压峰值处，正半周几乎没有放电现象。随着电压的升高，当所加电压达到约12kV时，伴随有明显的“滋滋”声，此时放电量约为1000pC，实验结果如图2.3所示。由图中可看出此时放电几乎全部集中在正半周电压峰值处，幅值明显高于负半周。这是由于针板放电系统在放电初期，针尖附近场强最大而发生放电，由于负极性时容易发射电子，同时正离子撞击阴极发生二次电子发射，使得放电在负极性时最先出现，放电脉冲出现在外加电压负半周90°相位附近；随着电压升高，正半周90°相位附近出现少量幅值大而数量少的放电脉冲。TEV信号的幅值可达0.2V，且TEV信号出现的位置均为负半波电压峰值处，与放电初期检测阻抗检测的信号出于同一电压相位，说明该方法检测局放的准确性。

2.3局部放电源的定位

由于电磁波传播速度远大于声波速度，可认为电磁波从放电源到传感器没有时延，而声信号到达不同位置的超声波传感器时存在不同的时延。TEV信号与超声波声信号有较明显的时间差，因此可以采用TEV与超声波相结合的声电联合法对局部放电源进行定位。

以TEV信号作为时间基准，选择四个超声波传感器A1、A2、A3、A4，利用超声波信号与TEV信号的时间差Ti作为放电源P（x，y，z）到各传感器Si （ xi，yi，zi）的传播时间，以等值声速v乘以延迟时间Ti得到放电源到传感器的空间距离vTi，由此可以建立球面坐标方程：

取四个或者更多的超声传感器，这样便可以建立一个非线性的超定方程组。通过采用牛顿迭代法和最小二乘法解该方程组，便可以得到一组最优解，获得放电源P（x，y，z）的坐标。

三、UHF+超声波的开关柜检测

3.1超高频法（UHF）

超高频局部放电检测法通过接收柜体内局部放电产生的超高频电磁波，实现局放的检测和定位。它可在设备不停电的情况下进行设备安装，并对设备状况进行实时动态监测，具有极强的抗干扰能力和较高的灵敏度。

3.1.1 UHF局部放电检测系统设计

局部放电超高频检测系统硬件部分主要由超高频天线传感器、信号调理单元、高频同轴电缆、数据采集卡、以及装有虚拟仪器系统的计算机组成，其中数据采集卡装在工控机或计算机的PCI总线接口上。超高频传感器采用阿基米德双臂螺旋天线，选择天线的下限截止频率为500MHz，天线的上限截止频率为1500MHz。放大器增益设计为40dB。

3.1.2 UHF局部放电模型设计

高压开关柜中引起放电故障的缺陷主要包括如下几个方面：导体、外壳内表面上的金属突起；高压柜体内可以移动的自由金属微粒；固体绝缘中的空气隙缺陷；支持绝缘子表面污秽；高压母线连接处及断路器触头接触不良；开关元件内部放电缺陷等。本文设计并制作了针板放电、内部放电和悬浮放电三种典型放电模型。

3.1.3 UHF局部放电回路

图 2为局部放电实验系统，实验中试品置于开关柜内部，柜顶装有10kV穿墙套管，试验变压器输出的高压引线经穿墙套管引至柜体内的高压电极端，柜体可靠接地。传感器用永久磁铁吸附在柜体内壁上，距离放电模型40cm。

T1-调压器 T2-隔离变压器 T3-高压试验变压器 Z-保护电阻 Cx-试品

3.2局部放电源的定位

该原理等同于TEV与超声波相结合的放电定位原理，可参考2.2.3章节，在此不予复述。

四、总结

TEV、UHF、超声波检测在变电站设备局放检测中都有自己的优缺点，而通过彼此相结合的方法对同一放电源的放电情况的判定，能够有效地克服传统检测方法的不足及单一检测方法的局限性，声电联合技术可以检测不同类型的局部放电，现场检测过程无需改变开关柜的运行状态，不需要提供高压试验源，相关的检测数据可以有效判定开关柜的运行状况，从而为开关柜的状态检修提供技术依据，在某种程度上可以取代传统的预防性试验，对开关柜的状态检修具有重要的实际意义，可以有效提高电网的供电可靠性。

参 考 文 献

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