摘要：由于灵敏度高、抗干扰性强，且适于带电检测，声-电联合检测技术近年来在开关柜局部放电检测中得到快速发展。本文通过分别分析声-电联合检测技术中地电波以及超声波检测技术的原理及特点，结合现场测试遇到的问题，对声-电联合检测开关柜局部放电测试中干扰的甄别以及抑制进行讨论，以求在现场工作中获得更为准确的数据并作出正确的诊断。
关键词：开关柜；局部放电；声-电联合检测；干扰
前言
10kV、35kV金属封闭式开关柜是电力系统非常重要的电气设备,其应用极广、数量最多，其可靠性将直接决定用户的供电可靠性和城市经济的发展。局部放电带电测试是利用超声波、暂态对地电压等技术对运行中的开关柜设备进行局部放电带电测试，判断是否存在绝缘缺陷。带电局部放电检测能够直接反映出电气设备内部及表面的绝缘状况，对减少不必要的设备停电造成负荷损失及停电操作带来杀我安全风险，避免事故引起用户停电，从而提高供电可靠性，具有重要的实用价值及现实意义。
但是，局部放电脉冲是一个快速的放电过程，较之其它电气试验中的测量来说，它又是一种弱电现象、如果各种干扰信号进入试验回路，将给测量带来困难。由于试验现场存在各种干扰源，如不能正确甄别干扰信号，将对检测结果造成误判。下面我们将通过局部放电检测的原理对干扰源进行分析讨论。
1 TEV与超声波检测方法原理
1.1 TEV检测技术
当高压电气设备发生局部放电时，放电电量先聚集在与放电点相邻的接地金属部分，形成电流脉冲并向四周传播。对于内部放电，放电量聚集在接地屏蔽的内表面，屏蔽连续时在设备外部很难检测到放电信号，但屏蔽层通常在绝缘部位、垫圈连接、电缆绝缘终端等部位不连续，局部放电的高频信号会由此传输到设备屏蔽外壳[1]。放电产生的电磁波通过金属部件传输，同时产生暂态对地电压，通过设备的金属外壳传到地下，这个暂态的对地电压就是TEV信号法的检测对象。
目前TEV法检测设备大都采用电容性探测器来检测放电脉冲，其测量原理如图1所示。局放发生时，电压、电流脉冲沿开关柜金属外壳的内表面传播，遇开口、接头等处的缝隙传出设备，再沿着金属外壳的外表面传播至大地，其瞬时电压值在几个毫伏至几伏的范围内变化，且存在时间很短，只有几个纳秒的上升时间。放电脉冲被外置的电容性探测器检测到，经过一系列的放大、滤波处理后，进入到PD测试仪。
由于电磁信号传播过程衰减较少，TEV检测灵敏度高。较适合介质内部放电，对放电频谱较低的套管、终端、绝缘子表面放电不敏感。局部放电产生的TEV信号大小与局部放电的剧烈程度及距离放电点的远近有直接关系，越靠近放电点，传感器接受到的TEV幅值越大。
1.2 超声波检测技术
局部放电发生后，由于电场力的作用或压力的作用，放电部位的气体会发生膨胀和收缩的过程，这个过程将会引起局部体积变化。这种体积的变化，在外部产生疏密波，即产生声波。由于放电持续时间很短，所发射的声波频谱很宽，范围为10Hz～10MHz[2]。以超声波频段为主。一般地，开关柜内部局部放电的检测是通过检测20kHz~50kHz范围内的超声波信号来完成的。
超声波局放测试技术是指用仪器探测、记录、分析声发射信号和利用声发射信号推断声发射源的技术，基本原理如图2所示。而在检测超声波信号时，需要传感器来完成。首先采集声波信号，通过前置放大电路、带通滤波电路、峰值检测电路、模数转换电路后以电压信号输出，再经过换算成分贝值在仪器上显示。
2 局部放电干扰源及抑制策略
地电波为高频电磁信号，潜在的最大干扰源是无线电广播发射机，尤其当无线电广播发射机离开关室太近或功率太强；机械切换电流或其他类似产生电火花的设备；被测设备相邻位置或自己本身的其他地方还有放电活动发生；其他主要干扰源为其他放电信号的高频分量及高频波，例如放电电子管、轨道交通、照明灯具、氖泡有电显示器、阴雨天架空线产生的电晕、在电缆头上安装的耦合器、天气湿度影响、RF发射机、视频播放器以及电动机、电钻、继电器、电梯等设备通断产生的电流剧变及伴随的电火花产生的干扰。
开关柜内部局部放电的超声波检测是通过检测20kHz~50kHz范围内的超声波信号来完成的，因此主要干扰源为其他超声波信号，如人说话声音中的超声波频段、走路的摩擦声音、电机机械震动、设备操作、手机信号、电钻震动、荧光灯、飞机噪声、视频播放器等。
这些干扰会造成数据超标，仪器报警，给试验人员的判断带来误导，因此，在现场测试前要尽量规避这些干扰源。
抑制干扰方法有很多，例如：关闭干扰源(室内荧光灯、排气扇、空调等)；超声波模式下听取放电声波信号时工作人员需尽量减少脚底与地面的摩擦；采用不同的时间进行测试（如白天存在干扰可以到晚上进行测试），避开无线电及其他电子装置（如手机）的干扰信号；通过地电波探头和跟踪示波器提取有效特征进行甄别非连续干扰信号（为相位随机信号）；也可用双传感器测量模式定位与被测设备相距较远的放电干扰源；利用地电波法的脉冲数（2s内）判定干扰源，正常情况下，局部放电信号在2s内发出的脉冲数一般为50～500个(当现场2s内检测到的脉冲数大于1000时，可以认为检测到的是干扰信号)。
3 现场声-电联合检测技术
3.1 现场声-电联合检测技术的特点
10kV开关柜运行环境千差万别，现场可能存在多种不同类型的干扰源，仅靠单一检测手段进行局部放电检测不能有效甄别干扰，因此，必须采用多种手段相结合检测的方式，通过对比分析多种信号，有效排除现场干扰，提高隐患识别的准确性，保障开关柜安全运行，做到对设备运行状况最客观的评估，从而做出合理的决策。同时，应建立开关柜局部放电检测数据库，记录分析开关柜局部放电的类型、发生放电的原因等，有助于提高开关柜局部放电检测水平，并为设备的设计、安装提供相应建议。
地电波法和超声波法的联合带电检测方法能够准确地反应开关柜的潜在故障，现场应用效果较好。超声波法在实际过程中甚至能够检测到地电波法发现不了的缺陷，特别是异常主要表现为柜体内部机械振动时，超声波法更具优势。
3.2干扰甄别技术[6]
1）测量开始前，应以开关室内空气及前后金属门测试平均值为背景信号的参考值，在后期的数据分析中再将放电信号与背景信号进行比较。测试过程中应选择局放容易发生的位置，如母排、开关闸刀、电缆接头等作为测试点，或选择每一面开关柜的上、中、下部分以及开关柜两个侧面作为测试点。
2）对于地电波法检测结果异常或其他存在疑似放电的开关柜，可利用超声波法进一步确认，使用这种方法前将探头朝向空气读取背景噪声值。测试时，将传感器对准每个开关柜的缝隙通道接受信号，耳机中所听到的放电声就是超声波信号，超声波检测时应先使用声音判别，再使用定值判别。
3）纵向比较：对不同时间的测试结果进行分析，根据测量数据的历史变化（开关柜局部放电的趋势）来推测绝缘状态的发展趋势。纵向分析法仅用于异常数据缩短检测周期时的比较分析，正常数据不列入纵向分析法中。
4）横向比较：同一变电站同一时间普测完毕后通过比较多面开关柜的测量结果可有效揭示异常情况。
3.3 10kV开关柜局放异常数据案例分析
案例一：2015年1月，在使用便携式开关柜局放测试仪（型号ULtraTEVPLUs+）对某110kV变电站进行35kV开关柜局部放电检测时，首先采用TEV模式进行检测。为了排除环境干扰，首先对空气、门、窗以及其他金属制品进行环境采样，结果如表1所示。
对开关柜进行TEV以及超声波信号普测，结果如表2所示：
根据TEV检测数据限值诊断的定限诊断依据可看出现场设备(特别是374开关、373开关)可能存在放电现象，但超声波模式测得数据合格，综合分析两种方式下测量数据，初步怀疑是外部干扰（该站附近有高速公路）导致数据异常，由于条件限制没有对其进行持续在线检测，而是缩短试验周期。2015年3月，工作人员对该站35kV高压室所有开关柜再次进行局放测试，数据全部合格。TEV主要检测内部放电，若是局放导致的TEV模式数据异常，局放信号不易消失（甚至会慢慢扩大），由此可知开关柜没有明显的放电现象，按正常检测周期检测。
通过观察发现，2015年3月的局放测试是在雨后晴天开展的，而在现场干扰源不能完全消除的情况下，可以调整该站试验时间到相类似的条件下进行，以保证试验数据的可对比性。
案例二：2016年3月，在使用便携式开关柜局放测试仪（型号ULtraTEVPLUs+）对某站进行10kV开关柜局部放电检测时，在测量背景没有干扰信号的条件下，501开关柜测量结果如表3所示
经定位发现时由于柜面温湿度控制器机械振动发出声波导致局放仪检测到超声波模式下数据异常，且未听到放电声。因此，在超声波检测时应先使用声音判别，再使用定值判别，超声波信号0dB≤P≤6dB，而无典型局放放电声，可推断开关柜没有明显的放电现象，按正常检测周期检测。
3 结论
1）电力企业对变电站、开关站进行局部放电的普检是有效的，可以及时发现放电隐患，为状态检修提供有力依据。
2）超声波与暂态地电波(TEV)模式为两种局放检测模式，根据放电类型不同，两种模式都可以进行互补，都可以检测到局放现象；通过超声波以及对地暂态电压（TEV）综合检测，两者综合诊断明显提高了对开关柜状态巡检、可疑故障点跟踪、故障诊断及定位的能力，全方位地促进了开关柜的状态检修工作，为开关柜局放带电测试提供了良好的理论指导依据。
3）日常工作中应建立开关柜局部放电检测数据库，记录分析各站开关柜局放测试中发现的干扰源，累积抑制干扰的经验，在检测时注意采取措施抑制干扰。
4）采用纵向比较法、横向比较法和声-电联合检测等技术有效甄别干扰，提取放电信号。
参考文献
[1]杨超，张霖.开关柜局部放电带电检测技术的运用[J].电气开关，2011（5）:6-11.
[2]孔令明，肖云东，刘娟，等.开关柜局部放电带电检测定位技术的应用与研究[J].山东电力技术，2010（6）:5-8.
[3]陈刚.声电波检测仪在10kV开关柜局放检测中的应用[J].电工技术.2010（7）:67-68.
[4]熊俊，王勇，黄慧红灯，环网柜局部放电带电检测技术分析与应用[J].现代电力，2010,27.（7）：25-29.
[5]畅晓鹏,郑文栋,钱勇,等.高压开关柜局部放电检测定位技术的应用及改进[J].电工技术,2011(12):69-70.
[6]徐焰，开关柜局部放电暂态对地电压检测技术[J].电气应用，2011（01）.
论文作者:王志英
论文发表刊物:《电力设备》2017年第17期
论文发表时间:2017/10/17
标签：开关柜论文; 局部论文; 干扰论文; 超声波论文; 信号论文; 测试论文; 数据论文; 《电力设备》2017年第17期论文;