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高壓開關柜的局部放電特性及其檢測方法

添加時間:2021-11-18 17:16:20   瀏覽次數:278  

目前,高壓開關柜的檢修主要是在停電狀態下進行,實時在線監測手段應用的比較少,而開關柜的穩定運行關系到整個電網的安全穩定。由于各種原因,高壓開關柜不能按照計劃固定停電檢修,開關柜內設備的運行情況不能被實時的掌握,因而存在安全隱患,嚴重威脅供電安全。

局部放電是指設備絕緣系統中部分被擊穿的電氣放電,這種放電可以發生在導體(電極)附近,也可發生在其它位置。局部放電主要包括:絕緣材料內部放電(固體-空穴;液體-氣泡);表面放電;高壓電極放電。

開關柜內局部放電一般不會導致絕緣的貫通性擊穿,但會造成電介質的局部損壞以及絕緣電介質的電氣強度降低,即局部放電對絕緣設備的破壞是個緩慢的發展過程,隨著絕緣設備以及電介質的損壞,也會導致局部放電次數和放電量的增加,如此形成一個惡性循環。

開關柜內的局部放電特性能反映開關柜設備的絕緣缺陷的特性和損壞程度,因此,對開關柜內局部放電的監測顯得很有必要。

高壓開關柜中引起局部放電的主要原因有:導體、外殼內表面上的金屬突起,常常是由于制造和安裝時造成金屬表面有較尖的毛刺;絕緣介質的缺陷、老化和表面的污穢造成絕緣內部或表面出現局部放電;高壓母線連接處、開關電路觸頭接觸不良或斷路器觸頭接觸不良造成局部放電;高壓設備里的可以移動的金屬微粒,主要在制造、裝配和運行中產生,當靠近高壓導體并未接觸時,就很可能導致放電。

當高壓開關柜中有局部放電時,沿著放電通道將會有過程極短的脈沖電流產生,這些電流脈沖的寬度一般為ns級,并激發瞬態電磁波輻射,產生的脈沖電流會沿著電纜傳輸。高壓開關柜在穩定狀態,三相電纜的電流在三相電纜分支前的接頭處疊加的總電流為0;沒有局放發生時,在三相電纜分支前的接頭處只能監測到均勻的噪聲電流信號。

若在三相電纜分支前的接頭處監測到不同尋常的脈沖電流信號,滿足局放特性,則可判斷開關柜中發生過一次局部放電事件,當監測到柜中的局放的放電頻率和放電量超過規定的閾值后,則可安排停電檢修,避免設備的進一步惡化,保障高壓開關柜安全運行。

高壓開關柜的典型特點在于開關柜四壁都是金屬密封結構,對外界的電磁波有很好的屏蔽作用,同時,柜內的局放信號也無法傳出開關柜,只存在于開關柜內,因此開關柜內的電磁干擾只因柜內的電氣設備產生,因而對開關柜內的局放信號探測時,本身信噪比就較高,加上一些信號處理技術,更加容易檢測到局放信號。

目前,用于局放監測的方法有脈沖電流法、超聲波檢測法、光測法、化學檢測法、紅外檢測和超高頻檢測法等多種方法。其中受人們關注的當屬脈沖電流法和超高頻檢測法。

超高頻檢測法是通過檢測電氣設備內部局部放電所產生的超高頻(300-3000MHz)電磁波信號,實現局部放電的檢測和定位。由于噪聲信號主要集中于低頻段,因此這種方法的測量具有很強的抗外界干擾能力,且靈敏度高,已應用于一些固體絕緣設備(如變壓器等)中的局部放電檢測。

其缺點在于,對于結構復雜的電氣設備,電磁波傳播時會發生多次折反射及衰減;同時,電氣設備外壁也會對電磁波的傳播帶來不利影響,這也增加了超高頻電磁波檢測的難度。因此,在開關柜中,由于柜中復雜的電氣結構和金屬外壁等影響,電磁波在柜內傳播特性復雜,不利于使用超高頻檢測法檢測局放信號。

同時,由于不同類型的放電在超高頻段的能量分布差異較大,同時天線的放置位置與放電產生位置的距離會嚴重影響天線耦合到的超高頻信號強度,因此導致超高頻檢測方法無法對放電的大小進行定量分析,也就無法有效顯示出開關柜內的放電嚴重程度。

由于每一次局部放電都會發生正負電荷的中和,伴隨有一個陡的電流脈沖,脈沖電流法即通過測量該脈沖電流檢測到局部放電的發生。該方法通過測量阻抗在耦合電容側或通過Rogowski線圈(簡稱羅氏線圈)測取由局放引起的脈沖電流,獲得視在放電量、放電相位等放電信息。

系統采用基于羅氏線圈的脈沖電流傳感器來測量局放信號,這種檢測方法具有靈敏度高、實時性好,而且可以測得放電量、放電重復率、平均電流等,因而這種方法得到了廣泛的使用。

其缺點在于在線檢測時,局放信號容易被噪聲干擾湮沒,信噪比低。在開關柜內,由于外界對開關柜內的局放信號干擾很小,因此開關柜內的信噪比較高,同時可以通過引入小波變換的方法,在不改變信號可評估性的同時能顯著地提高信噪比。

相對于超高頻檢測法,脈沖電流法檢測設備簡便,價格上更便宜,對于開關柜局放實時在線檢測,使用脈沖電流檢測法更合適。

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