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1、前言
    高壓開關柜廣泛用于電力系統中，其柜內電氣設備在長期運行或異常條件下可能會存在絕緣性能下降，異響、放電、閃絡等情況，嚴重時會導致開關柜爆炸，造成用戶停電，影響配網供電可靠性。通過大量的數據統計和研究發現：大多數情況下局部放電既是絕緣缺陷的征兆，也是導致絕緣事故的最終原因。開展開關柜帶電局部放電測試是目前監測開關柜運行狀況、預防事故發生的有效方法。
2、檢測原理
    局部放電是不完全地跨接電極的放電，主要包括有內部放電、尖端放電、表面放電三種放電類型。通常局部放電程度是很小的，然而這個不斷積累的過程最終也會導致絕緣層的損壞，甚至造成停電事故。局部放電通常都以下面的形式釋放能量：
    電磁形式：無線電波、光、熱
    聲波形式：聲音、超聲波
    氣體形式：臭氧、一氧化二氮
    因此可以通過檢測局部放電伴隨的現象和釋放的能量，來檢測有無局部放電。目前非嵌入式測試的最實用的技術是基于電磁波（TEV法）和超聲波的檢測。
    2.1 TEV法
    根據麥克斯韋電磁場理論，局部放電現象的發生將產生出變化的電場。變化的電場激起磁場，而變化的磁場又會感應出電場，這樣，交變的電場與磁場相互激發并向外傳播形成電磁波。為了減小設備尺寸，使得結構更加緊湊，開關柜制造廠家在制造中采用了大量的絕緣材料，如環氧澆注的電流互感器、電壓互感器、靜觸頭盒、穿柜套管、相間隔板等，如果這些絕緣材料內部存在局部放電，放電電量先聚集在與放電點相鄰的接地金屬部分，形成電流脈沖并向各個方向傳播。通過放電產生的電磁波大部分被開關設備的金屬外殼所屏蔽，小部分通過金屬箱體的接逢處或氣體絕緣開關的襯墊傳播出去，同時產生一個暫態電壓，然后通過設備的金屬箱體外表面而傳到地下去。這些電壓脈沖是于1980年由約翰·里弗博士首先發現，并把它命名為暫態對地電壓(Transient Earth Voltage)。電氣設備內部放電過程中，由局部放電脈沖產生電磁波，通過開關柜的縫隙傳播出去，同時在設備的金屬封閉殼體上產生TEV信號，我們可以通過特制的電容耦合探測器捕捉這個TEV信號。
    局部放電產生的TEV幅值大小可由放在開關接地金屬殼上的電容探頭測量。同樣的原理，如果把兩個探頭放在金屬制品上，根據時間差原理比較TEV脈沖信號到達探頭的時間先后順序，就可能找出存在放電的具體設備部件。
    2.2超聲波法
    電力設備局部放電過程中，帶電質點由于電場的作用而獲得加速，同時由于電弧產生的高溫，空氣分子劇烈的熱運動，都會使空氣分子發生碰撞，從宏觀上看，局部放電對與放電通道相鄰的空氣產生了壓力，使之向外運動，而由于空氣的彈性作用，產生了阻力，使這部分空氣達到最大位移后又開始向平衡位置運動，這樣就在平衡位置附近產生振動，這種振動通過相鄰的空氣媒質會一直傳播下去。這種媒質質點的機械振動由近及遠的傳播就是聲振動的傳播，稱為聲波。由于每次放電的時間很短，因此它產生的聲波的頻譜很寬，可以從幾十Hz到幾MHz，其中頻率低于20kHz的信號能夠被人耳聽到，而高于這一頻率的超聲波信號必須用超聲波傳感器才能接收到。
    從局部放電的機理可知，局部放電的初期是微弱的輝光放電，放電釋放的能量很小，放電的后期出現強烈的電弧放電，此時釋放的能量很大，可見局部放電的發展過程中放電所釋放的能量是從小到大變化的，所以聲能也是從小到大變化的。因此根據超聲波信號的特征，判斷局部放電的強度以及對安全的威脅，就可以在僅出現微弱的放電時，發現它并采取措施，將事故的苗頭消滅，避免更大的損失。
    由于超聲波，人耳是不可聞的，所以需要借助超聲波傳感器（換能器）來檢測。超聲波傳感器的作用是接收在空氣傳播的聲信號，將聲信號轉換為電信號，它實現了一種形式的能量轉換為另一種形式的能量，所以又稱為換能器。超聲波傳感器一般可以分為以下幾類：壓電式傳感器、磁致伸縮式傳感器、電磁換能器、靜電換能器。
    目前由于壓電陶瓷作為敏感元件的壓電式聲傳感器具有體積小、性能好、成本低等優點，壓電式聲傳感器的應用最為廣泛。
3、檢測儀器
    3.1便攜式局部放電聲電波檢測儀
    便攜式局部放電聲電波檢測儀采用電磁波(TEV)及超聲波兩種檢測方法，檢測開關柜的局部放電現象，顯示局部放電的幅值、脈沖數和嚴重程度，可通過耳機中聽到放電聲音，方便現場快速檢測開關柜局部放電狀況。
    主要功能優點如下：(1)可以使用TEV法檢測開關設備的內部放電活動，TEV檢測下有兩種模式，單個檢測和連續檢測，每種模式下都有三種檢測界面：幅值檢測界面下可以顯示幅值，并用綠、黃、紅三色來指示放電的嚴重程度；脈沖檢測界面下可以顯示幅值、脈沖數（兩秒鐘內）以及劇烈程度；PDL檢測界面下可以手動調整幅值，可以更準確了知道檢測信號的觸發值。(2)可以使用超聲波法檢測開關設備的表面放電活動，顯示出所測得的幅值，并有綠、紅兩種顏色來指示放電的嚴重程度，增益有60、80、100三檔可調，主機可以連接耳機，可從耳機中聽到放電聲音；(3)現場可快速檢測開關柜局部放電狀況，使用方便，體積小，重量輕，便于攜帶。
    3.2局部放電定位儀
    局部放電定位儀采用TEV法檢測開關柜的局部放電，具有單通道和雙通道模式，對檢測到的每一次局放活動以指示燈、聲音提示，并可測出顯示局部放電產生的TEV幅值大小(dB)，同時通過雙通道模式的時間差功能可找出瞬時脈沖路徑的方向，最小的時間分辨達到2ns，進而確定具體的局部放電點的所在位置。
    儀器的主要功能特點如下：(1)采用TEV法檢測開關柜的局部放電狀態；(2)使用單通道模式，可以快速的檢測開關柜的局部放電幅值；(3)通過選擇雙通道模式，采用時間差法，使用兩個傳感器在保證時間分辨率內的范圍內，將兩個傳感器貼在相應的開關柜表面，可快速定位出局部放電的大概位置，從而進行合理的檢修工作。(4)現場檢測數值較大的情況下，可判斷信號源是由干擾引起的還是由于放電引起的；選擇雙通道模式，使用兩個傳感器，將一個傳感器貼在開關柜表面，另一個貼在金屬門或金屬窗上，按下測試鍵，比較兩個通道的定位指示燈（如是外界干擾信號，貼在金屬門或金屬窗上的定位指示燈會先亮，如是局部放電信號，貼在開關柜上的定位指示燈會先亮），從而判斷所檢測到信號的來源。(5)現場可快速檢測開關柜局部放電狀況及大概位置，使用方便，體積小，重量輕，便于攜帶。
4、應用分析
    對南寧供電局llOkV五里亭變電站的lOkV高壓開關室進行測試分析，該高壓室內的開關柜型號為：GGX2-10201，室內共有2排開關柜，具體測試結果如下。
    首先，通過便攜式局部放電聲電波檢測儀的超聲波檢測模式對高壓室內所有開關柜進行超聲波信號普測，均未發現有放電現象。
    由于高壓開關室外的電磁波信號同樣能夠在開關柜的表面產生暫態對地電壓，因此在使用TEV檢測時，首先需要檢測環境的背景值，即在金屬門、金屬柵等金屬制品上檢測。因此在現場的檢測過程中，我們首先測試空氣中、門和窗上的TEV信號，再測試開關柜上的TEV信號，對應于柜前中部和下部，柜后上部、后中部、后下部，共測試6個部位。
    現場檢測過程中，首先測得五里亭變電站的環境背景比較大，現場可能存在有局部放電信號或干擾信號，具體如下所示。TEV信號普測，得到相應的TEV幅值大小，普遍明顯大于背景值，因此可以判斷信號應該來源于開關柜，而不是外界的干擾信號。將每個開關柜的最大測試值按開關柜的順序排列，可以得到相應的數據分布圖。
    結合相關判斷依據，通過對數據的比較分析，可以看出第一排開關柜中的“901開關”柜的數據比其它同一排開關柜的測試大，而且在這一排開關柜中僅該柜的數值最大，因此可以判斷該柜存在有局部放電的現象。第二排的開關柜中“902開關”柜為最大，比其它同類開關柜的測試果均大，但幅值相比“901開關”柜小，初步判斷應該存在有較輕微的放電現象。現場停電檢查后，發現901、902開關柜內確實存在放電、過熱痕跡，印證了局放試驗分析結論。
5、結語
     通過運用TEV和超聲波檢測技術對運行中的開關柜局部放電進行非嵌入式檢測，有效了克服傳統檢測方法的不足及單一檢測方法的局限性，聲電聯合技術可以檢測不同類型的局部放電，現場檢測過程無需改變開關柜的運行狀態，不需要提供高壓試驗源，相關的檢測數據可以有效判定開關柜的運行狀況，從而為開關柜的狀態檢修提供技術依據，在某種程度上可以取代傳統的預防性試驗，對開關柜的狀態檢修具有重要的實際意義，可以有效提高電網的供電可靠性。
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