開關柜局放測試儀與超聲波檢測方法原理

中高壓金屬封閉式開關柜在變電站中得到了大量使用，其安全運行直接影響整個變電站的供電可靠性，對其運行狀態(tài)進行檢測是非常必要的。在長期高溫、高電壓、振動、潮濕等作用下，同時加上在制造過程中潛存的缺陷等，高壓開關柜內(nèi)部的金屬部件有可能產(chǎn)生局部放電，導致電氣絕緣強度降低。如果不及時處理可能導致嚴重的后果。今天國電中星給大家介紹的是高壓開關柜局部放電測試儀的檢測方法及其原理。先簡單介紹下開關柜局部放電測試儀，這款設備包含兩種傳感器：超聲波（AA）傳感器及TEV傳感器，簡單來說本儀器就是依靠這兩個傳感器來進行測試的。

　　根據(jù)麥克斯韋電磁場理淪，局部放電會產(chǎn)生變化的電場，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(fā)并向外傳播便形成電磁波。對于內(nèi)部放電，放電電量聚集在接地屏蔽的內(nèi)表面，因此，如果屏蔽層是連續(xù)的則無法在外部檢測到放電信號。實際上，屏蔽層通常在絕緣部位、墊圈連接處、電纜絕緣終端等部位出現(xiàn)破損而出現(xiàn)不連續(xù)，這樣局部放電產(chǎn)生的電磁波就會通過屏蔽層不連續(xù)的部分傳輸?shù)皆O備表面，在設備表面產(chǎn)生感應電流，設備表面存在波阻抗，進而在設備外層形成1個暫態(tài)對地電壓，簡稱TEV。

　　目前TEV檢測方法大都采用電容耦合探測器來檢測局部放電的幅值和放電脈沖頻率，其工作作原理如圖1所示。一般來說單芯10 kV電纜的波阻抗約為10Ω , 35 kV開關柜母線室金屬外殼的波阻抗約為70Ω。電纜或母線室發(fā)生局部放電產(chǎn)生持續(xù)10us的約100mA的脈沖電流時，在金屬外殼上會出現(xiàn)1-7V的對地電壓。傳統(tǒng)的脈沖電流法以視在放電量來表示放電強度，但由于在工作現(xiàn)場存在大量電磁信號，對定量分析存在不容忽視的干擾。同樣由于電磁干擾，TEV檢測不作為定量測量的手段，采用相對讀數(shù)來表示放電強度。該方法主要用于比較性的測量，主要用在比較某一組特定設備中各個設備的運行情況從而確定檢修的優(yōu)先順序。也可以對單個設備在時間上進行跟蹤測量，找出其放電活動的變化，了解設備的損傷情況。

　　發(fā)生局部放電時，在放電區(qū)域中，分子間產(chǎn)生劇烈撞擊，宏觀上產(chǎn)生了聲波，頻率大于20kHz的稱為超聲波。通過檢測局部放電產(chǎn)生的超聲波信號來判定局部放電的方法稱為局部放電的超聲波檢測方法。開關柜的噪聲主要集中在低頻領域，大多在20 kHz以下，采用超聲波方法進行局部放電檢測，應避開干擾頻率范圍而以高頻率為對象，但頻率越高，聲波在傳送過程中的衰減越大，因此利用超聲波方法進行局部放電檢測所采用的頻段一般在數(shù)十到數(shù)百kHz。

　　典型的超聲波傳感器的中心頻率大約在40kHz附近，通常固定在開關柜的外殼上，利用壓電晶體作為聲電轉(zhuǎn)化元件。當開關柜內(nèi)部發(fā)生放電時，局部放電產(chǎn)生的聲波信號傳遞到開關柜表面，超聲波傳感器將其轉(zhuǎn)換為電信號，通過放大器放大后傳到采集系統(tǒng)。圖2為超聲波方法檢測開關柜局部放電示意圖。其中路徑1為超聲信號在空氣中以較短的路徑傳播到柜體內(nèi)壁，再穿過鐵皮到達傳感器。路徑2為超聲波從放電源通過空氣直接傳到傳感器位置，再穿過鐵皮進入傳感器。除此之外超聲波在柜體內(nèi)傳播時還會發(fā)生不同程度的折反射，在一定的角度內(nèi)，有可能出現(xiàn)由于超聲波發(fā)生全反射而接收不到信號的現(xiàn)象。

　　超聲波檢測方法優(yōu)點是不受電氣干擾，且可以實現(xiàn)放電源的準確定位，但是開關柜內(nèi)游離顆粒對柜壁的碰撞可能對檢測結(jié)果造成干擾;同時由于開關柜內(nèi)部絕緣結(jié)構(gòu)復雜，以及超聲波的衰減和折反射，使得有些絕緣內(nèi)部的局部放電可能無法被檢測到。

　　綜上所述，將TEV與超聲波檢測方法結(jié)合應用，既可以排除現(xiàn)場電磁環(huán)境的干擾，也可以排除游離顆粒與柜壁碰撞等干擾，大大提高檢測系統(tǒng)的抗干擾性，同時可以實現(xiàn)對局部放電源的精確定位。

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