開關(guān)柜局放測(cè)試儀與超聲波檢測(cè)方法原理

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

　　根據(jù)麥克斯韋電磁場(chǎng)理淪，局部放電會(huì)產(chǎn)生變化的電場(chǎng)，變化的電場(chǎng)激起磁場(chǎng)，而變化的磁場(chǎng)又會(huì)感應(yīng)出電場(chǎng)，這樣交變的電場(chǎng)與磁場(chǎng)相互激發(fā)并向外傳播便形成電磁波。對(duì)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(cè)到放電信號(hào)。實(shí)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(huì)通過屏蔽層不連續(xù)的部分傳輸?shù)皆O(shè)備表面，在設(shè)備表面產(chǎn)生感應(yīng)電流，設(shè)備表面存在波阻抗，進(jìn)而在設(shè)備外層形成1個(gè)暫態(tài)對(duì)地電壓，簡(jiǎn)稱TEV。

　　目前TEV檢測(cè)方法大都采用電容耦合探測(cè)器來檢測(cè)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(guān)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(shí)，在金屬外殼上會(huì)出現(xiàn)1-7V的對(duì)地電壓。傳統(tǒng)的脈沖電流法以視在放電量來表示放電強(qiáng)度，但由于在工作現(xiàn)場(chǎng)存在大量電磁信號(hào)，對(duì)定量分析存在不容忽視的干擾。同樣由于電磁干擾，TEV檢測(cè)不作為定量測(cè)量的手段，采用相對(duì)讀數(shù)來表示放電強(qiáng)度。該方法主要用于比較性的測(cè)量，主要用在比較某一組特定設(shè)備中各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行情況從而確定檢修的優(yōu)先順序。也可以對(duì)單個(gè)設(shè)備在時(shí)間上進(jìn)行跟蹤測(cè)量，找出其放電活動(dòng)的變化，了解設(shè)備的損傷情況。

　　發(fā)生局部放電時(shí)，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(cè)局部放電產(chǎn)生的超聲波信號(hào)來判定局部放電的方法稱為局部放電的超聲波檢測(cè)方法。開關(guān)柜的噪聲主要集中在低頻領(lǐng)域，大多在20 kHz以下，采用超聲波方法進(jìn)行局部放電檢測(cè)，應(yīng)避開干擾頻率范圍而以高頻率為對(duì)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(jìn)行局部放電檢測(cè)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(guān)柜的外殼上，利用壓電晶體作為聲電轉(zhuǎn)化元件。當(dāng)開關(guān)柜內(nèi)部發(fā)生放電時(shí)，局部放電產(chǎn)生的聲波信號(hào)傳遞到開關(guān)柜表面，超聲波傳感器將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，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(cè)開關(guān)柜局部放電示意圖。其中路徑1為超聲信號(hào)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(dá)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(jìn)入傳感器。除此之外超聲波在柜體內(nèi)傳播時(shí)還會(huì)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(hào)的現(xiàn)象。

　　超聲波檢測(cè)方法優(yōu)點(diǎn)是不受電氣干擾，且可以實(shí)現(xiàn)放電源的準(zhǔn)確定位，但是開關(guān)柜內(nèi)游離顆粒對(duì)柜壁的碰撞可能對(duì)檢測(cè)結(jié)果造成干擾;同時(shí)由于開關(guān)柜內(nèi)部絕緣結(jié)構(gòu)復(fù)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(cè)到。

　　綜上所述，將TEV與超聲波檢測(cè)方法結(jié)合應(yīng)用，既可以排除現(xiàn)場(chǎng)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(cè)系統(tǒng)的抗干擾性，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)局部放電源的精確定位。

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