基于地电波检测的高压开关柜局部放电监测系统

1、2012年年5月月1日日目录目录一、高压开关柜的故障特征一、高压开关柜的故障特征二、高压开关柜局放实用检测技术二、高压开关柜局放实用检测技术三、高压开关柜局放数据的分析三、高压开关柜局放数据的分析四、测试仪器介绍四、测试仪器介绍五、现场测试五、现场测试六、结束语六、结束语高压开关柜是城市配电网高压开关柜是城市配电网中重要基础设施，其运行中重要基础设施，其运行的稳定性直接影响到城市的稳定性直接影响到城市经济的发展经济的发展,人民生活水平人民生活水平质量的提高。质量的提高。 因此，开关因此，开关柜设备的可靠性直接决定柜设备的可靠性直接决定了用户供电的可靠性。了用户供电的可靠性。 状态检修是提高供电

2、设备可靠状态检修是提高供电设备可靠性的重要技术手段。但是，性的重要技术手段。但是，开开关柜不可能采取像高压变压器、关柜不可能采取像高压变压器、GIS设备那样的在线监测技术路设备那样的在线监测技术路线，实现全面、实时的在线监线，实现全面、实时的在线监测。测。 高压开关柜数量众多高压开关柜数量众多; 开关柜的设备造价低开关柜的设备造价低; 监测设备的成本很高监测设备的成本很高;开关柜设备故障已经导致严重后果开关柜设备故障已经导致严重后果u 开关柜爆炸导致供电中断，影响电网供电可靠性开关柜爆炸导致供电中断，影响电网供电可靠性; ; u 引发火灾事故，造成重大经济损失；引发火灾事故，造成重大经济损失；

3、开关柜究竟有哪些类开关柜究竟有哪些类型的故障？型的故障？开关柜的主要故障开关柜的主要故障形式又是什么？形式又是什么？ 开关柜的故障类型及统计结果开关柜的故障类型及统计结果u 拒动故障，主要是机构等机械原因拒动故障，主要是机构等机械原因; ; u 误动故障，主要是二次控制回路原因误动故障，主要是二次控制回路原因; ;u 绝缘故障，主要是缺陷、爬电、闪络等；绝缘故障，主要是缺陷、爬电、闪络等；u 开断与关合故障，多种原因；开断与关合故障，多种原因；u 载流故障，主要是接触不良、插件偏心；载流故障，主要是接触不良、插件偏心；u 外力或其它故障，如加工工艺不良等；外力或其它故障，如加工工艺不良等；根据

4、中国电科院开关设备故障统根据中国电科院开关设备故障统 计结果分析得出，不含计结果分析得出，不含40.5kV40.5kV以上以上绝缘与载流故障约占绝缘与载流故障约占303040%40%！1989 1989 19971997开关柜故障统计结果开关柜故障统计结果 19921992年年20022002年广东电网开关设备故障统计结果年广东电网开关设备故障统计结果绝缘与载流故障约占绝缘与载流故障约占6666！绝缘与载流故障都是与放电现象密切有关的！绝缘与载流故障都是与放电现象密切有关的！绝缘与载流故障比率约在绝缘与载流故障比率约在3050之间！之间！对中压开关设备实施放电检测可显著减少故障概率！对中压开关

5、设备实施放电检测可显著减少故障概率！二、高压开关柜局放实用检测技术二、高压开关柜局放实用检测技术局部放电定义局部放电定义 电力设备绝缘中部分被击穿的电气放电，可以发电力设备绝缘中部分被击穿的电气放电，可以发生在导体附近，也可以发生在其他地方生在导体附近，也可以发生在其他地方 内部局部放电：发生在绝缘体内部的放电内部局部放电：发生在绝缘体内部的放电 表面局部放电：发生在绝缘体表面的放电表面局部放电：发生在绝缘体表面的放电 电晕电晕 ：发生在被气体包围的导体附件的放电：发生在被气体包围的导体附件的放电二、高压开关柜局放实用检测技术二、高压开关柜局放实用检测技术检测局部放电的意义检测局部放电的意义1

6、 常规的非耐压和耐压试验难以发现局部放电常规的非耐压和耐压试验难以发现局部放电这类绝缘缺陷这类绝缘缺陷2 局部放电将导致电力设备绝缘的劣化和缺陷局部放电将导致电力设备绝缘的劣化和缺陷的恶性循环，严重时甚至会导致绝缘事故的恶性循环，严重时甚至会导致绝缘事故 3 检测局部放电可以避免电力设备在运行中发检测局部放电可以避免电力设备在运行中发生突发性绝缘损坏事故生突发性绝缘损坏事故 二、高压开关柜局放实用检测技术二、高压开关柜局放实用检测技术 局部放电既是征兆，也是造成绝缘劣局部放电既是征兆，也是造成绝缘劣化的重要原因。化的重要原因。 局部放电检测和监测是实现状态监测的局部放电检测和监测是实现状态监测

7、的重要技术手段。重要技术手段。导致设备局部放电的因素导致设备局部放电的因素n运行状态的影响运行状态的影响 运行过电压；运行过电压； 雷电波冲击；雷电波冲击； 谐波畸变谐波畸变；n设备本身的原因设备本身的原因 绝缘材料不均匀；绝缘材料不均匀； 内部存在空洞和杂质；内部存在空洞和杂质； 导体表面存在凸出部；导体表面存在凸出部； 绝缘强度的不足；绝缘强度的不足；环境因素的影响：环境因素的影响：潮湿、过热。潮湿、过热。二、高压开关柜局放实用检测技术二、高压开关柜局放实用检测技术局部放电的伴生现象局部放电的伴生现象 电磁波的发射：电磁波的发射：HFHFVHFVHFUHFUHFSHFSHF； 声音信号：声

8、音信号：可闻噪声超声波；可闻噪声超声波； 气体生成物：气体生成物：氮化物、碳化物、氟化物；氮化物、碳化物、氟化物； 光：光：红外、紫外；红外、紫外； 发热：发热：红外；红外； 电流行波：电流行波：高频脉冲电流。高频脉冲电流。二、高压开关柜局放实用检测技术二、高压开关柜局放实用检测技术局部放电的电量测量法局部放电的电量测量法二、高压开关柜局放实用检测技术二、高压开关柜局放实用检测技术局部放电的非电量测量法局部放电的非电量测量法二、高压开关柜局放实用检测技术二、高压开关柜局放实用检测技术开关柜局放检测实用技术开关柜局放检测实用技术n 电磁测量法；电磁测量法；n 声音测量法；声音测量法；n 气体测量

9、法；气体测量法；n 光测量法；光测量法；n 热测量法；热测量法；n 脉冲电流法；脉冲电流法；二、高压开关柜局放实用检测技术二、高压开关柜局放实用检测技术开关柜局放的电磁测量法开关柜局放的电磁测量法(1)(1)n局部放电发生时，放电点产生高频电流波，局部放电发生时，放电点产生高频电流波，并向两个方向传播；并向两个方向传播；n受集肤效应的影响，电流波仅集中在金属柜受集肤效应的影响，电流波仅集中在金属柜体内表面传播，而不会直接穿透；体内表面传播，而不会直接穿透；n在金属断开或绝缘连接处，电流波转移至外在金属断开或绝缘连接处，电流波转移至外表面，并以电磁波形式进入自由空间；表面，并以电磁波形式进入自由

10、空间；n电磁波上升沿碰到金属外表面，产生暂态对电磁波上升沿碰到金属外表面，产生暂态对地电压地电压(Transient Earth Voltage)(Transient Earth Voltage)。二、高压开关柜局放实用检测技术二、高压开关柜局放实用检测技术开关柜局放的电磁测量法开关柜局放的电磁测量法(2)(2)n 暂态对地电压可用暂态对地电压可用TEVTEV传感器进行测量，其传感器进行测量，其幅值与放电量和传播途径的衰减程度有关；幅值与放电量和传播途径的衰减程度有关；n 衰减量主要取决于放电点位置、设备的内部衰减量主要取决于放电点位置、设备的内部结构以及开口大小有关，如垫圈的厚度。结构以及开

11、口大小有关，如垫圈的厚度。n 利用装设在金属柜体外表面上的两个利用装设在金属柜体外表面上的两个TEVTEV传传感器所测量的信号到达时差，可以实现粗略感器所测量的信号到达时差，可以实现粗略的局部放电定位。的局部放电定位。二、高压开关柜局放实用检测技术二、高压开关柜局放实用检测技术开关柜局放的电磁测量法开关柜局放的电磁测量法(3)(3)n 暂态对地电压传感器类似于暂态对地电压传感器类似于RFRF耦合电容器；耦合电容器；n 开关柜壳体上暂态对地电压的变化会在传感器开关柜壳体上暂态对地电压的变化会在传感器的金属极板上感应出高频电流，感应电流的大的金属极板上感应出高频电流，感应电流的大小与放电脉冲的前沿

12、陡峭程度有关；小与放电脉冲的前沿陡峭程度有关；n 对传感器输出的高频电流进行处理，可以间接对传感器输出的高频电流进行处理，可以间接获得局部放电的强度和频度。获得局部放电的强度和频度。二、高压开关柜局放实用检测技术二、高压开关柜局放实用检测技术开关柜局放的声音测量法开关柜局放的声音测量法(1)(1)n 局部放电前，放电点周围的电场应力、介质局部放电前，放电点周围的电场应力、介质应力、粒子力处于相对平衡状态。应力、粒子力处于相对平衡状态。n 局部放电是一种快速的电荷释放或迁移过程，局部放电是一种快速的电荷释放或迁移过程，导致放电点周围的电场应力、机械应力与粒导致放电点周围的电场应力、机械应力与粒子

13、力失去平衡状态而产生振荡变化过程；子力失去平衡状态而产生振荡变化过程；n 机械应力与粒子力的快速振荡，导致放电点机械应力与粒子力的快速振荡，导致放电点周围介质的振动现象，从而产生声波信号；周围介质的振动现象，从而产生声波信号；二、高压开关柜局放实用检测技术二、高压开关柜局放实用检测技术开关柜局放的声音测量法开关柜局放的声音测量法(2)(2)n 放电强度的大小决定了电场应力、机械应放电强度的大小决定了电场应力、机械应力和粒子力的振荡幅度，直接决定了振动力和粒子力的振荡幅度，直接决定了振动的程度和声波的相度；的程度和声波的相度；n 对于同种程度的放电，振动幅度与介质的对于同种程度的放电，振动幅度与

14、介质的弹性系数有关，固体与液体振动小，气体弹性系数有关，固体与液体振动小，气体振动大；振动大；n 振动和声波的传播过程是有损耗的，传播振动和声波的传播过程是有损耗的，传播途径的差异导致超声波响度与放电强度之途径的差异导致超声波响度与放电强度之间复杂的比例关系；间复杂的比例关系； 二、高压开关柜局放实用检测技术二、高压开关柜局放实用检测技术开关柜局放的声音测量法(3)n 电缆绝缘的内部放电导致的振动电缆绝缘的内部放电导致的振动幅度较小，难以采用超声波方法幅度较小，难以采用超声波方法测量；测量；n 绝缘子、母排导致的表面放电导绝缘子、母排导致的表面放电导致的振动幅值较大，方便使用超致的振动幅值较大

15、，方便使用超声波方法进行测量；声波方法进行测量；二、高压开关柜局放实用检测技术二、高压开关柜局放实用检测技术电磁测量与声音测量的对比电磁测量与声音测量的对比电磁测量法电磁测量法 对脉冲的变化速度比较敏对脉冲的变化速度比较敏 感，感，比较适合介质内部放电；比较适合介质内部放电； 对放电频谱较低的套管、终对放电频谱较低的套管、终端、绝缘子表面放电不敏感；端、绝缘子表面放电不敏感； 易受外界电磁干扰的影响；易受外界电磁干扰的影响； 能够精确定位，但分辨率不能够精确定位，但分辨率不高，主要是设备精度限制；高，主要是设备精度限制； 传播过程衰减较小；传播过程衰减较小；声音测量法声音测量法 对介质类型比较

16、敏感，适合检对介质类型比较敏感，适合检测空气介质放电；测空气介质放电； 比较适合检测套管、终端、绝比较适合检测套管、终端、绝缘子的表面放电；缘子的表面放电； 易受现场机械振动的干扰；易受现场机械振动的干扰； 定位精度受内部反射、折射等定位精度受内部反射、折射等现象的影响，但对设备精度要现象的影响，但对设备精度要求较低；求较低； 传播过程衰减大；传播过程衰减大；二、高压开关柜局放实用检测技术二、高压开关柜局放实用检测技术局部放电检测策略局部放电检测策略 单一的运用某种检测方法，存在着一定局限性，并单一的运用某种检测方法，存在着一定局限性，并不能全面、客观、真实的反映被检设备的运行状况，不能全面、

17、客观、真实的反映被检设备的运行状况，有时甚至出现误判断。有时甚至出现误判断。 唯有综合运用不同的检测方法，通过相关软件对测试唯有综合运用不同的检测方法，通过相关软件对测试数据进行专业分析才能做到对设备运行状况最客观的数据进行专业分析才能做到对设备运行状况最客观的评估，从而做出合理的决策。评估，从而做出合理的决策。二、高压开关柜局放实用检测技术二、高压开关柜局放实用检测技术声电联合测试是开关柜局部放电检测的最佳选择！二、高压开关柜局放实用检测技术二、高压开关柜局放实用检测技术沿面放电模型沿面放电模型瓷绝缘子表面放电模型瓷绝缘子表面放电模型开裂瓷绝缘子内部放电模型开裂瓷绝缘子内部放电模型超声波检测

18、有效，电磁检超声波检测有效，电磁检测不敏感；测不敏感；超声波检测有效，电磁检测超声波检测有效，电磁检测不敏感；不敏感；电磁法检测有效，超声波检电磁法检测有效，超声波检测基本无信号；测基本无信号；三、高压开关柜局放数据的分析三、高压开关柜局放数据的分析 局部放电数据分析技术不是简单地回答局部放电数据分析技术不是简单地回答“Yes”“Yes”与与“No”“No” ，其目标是在海量数据中发现，其目标是在海量数据中发现“异常异常者者”，总结出指导检修的普遍性规律；，总结出指导检修的普遍性规律；三、高压开关柜局放数据的分析三、高压开关柜局放数据的分析 对高压开关柜局放数据进行分析，需要遵循对高压开关柜局

19、放数据进行分析，需要遵循下列基本原则：下列基本原则： 基于任何检测技术的数据都是有用的；基于任何检测技术的数据都是有用的； 基于任何检测技术的数据都有其局限性；基于任何检测技术的数据都有其局限性； 规律隐藏在长期、连续的测试数据当中；规律隐藏在长期、连续的测试数据当中； 实施状态检修，既需要充分利用现有的规律，更实施状态检修，既需要充分利用现有的规律，更需要对现有规律的持续完善和补充；需要对现有规律的持续完善和补充；三、高压开关柜局放数据的分析三、高压开关柜局放数据的分析高压开关柜局放数据的常用分析方法-统计诊断技术：n 统计诊断技术首先需要开展广泛的现场测试，以获取足够的统统计诊断技术首先需

20、要开展广泛的现场测试，以获取足够的统计样本；计样本；n 根据企业的具体条件选择合理的正常设备概率，据此可以大致根据企业的具体条件选择合理的正常设备概率，据此可以大致判断具体设备的绝缘状态；判断具体设备的绝缘状态；n 根据统计结果给出的设备状态判断分析结果并不代表设备必然根据统计结果给出的设备状态判断分析结果并不代表设备必然故障与否，仅属于一种可能性；故障与否，仅属于一种可能性；n 统计诊断技术是一种开放、循环的过程；统计诊断技术是一种开放、循环的过程；三、高压开关柜局放数据的分析三、高压开关柜局放数据的分析高压开关柜局放数据的常用分析方法高压开关柜局放数据的常用分析方法- -趋势分析技趋势分析

21、技术术：n 假设条件：假设条件：电力设备的绝缘劣化是一种缓慢累积的过程，突电力设备的绝缘劣化是一种缓慢累积的过程，突发性的绝缘破坏不适合趋势分析法；发性的绝缘破坏不适合趋势分析法；n 绝缘裂化判据：绝缘裂化判据：SETPDSS三、高压开关柜局放数据的分析三、高压开关柜局放数据的分析高压开关柜局放数据的常用分析方法-趋势分析技术三、高压开关柜局放数据的分析三、高压开关柜局放数据的分析高压开关柜局放数据的常用分析方法高压开关柜局放数据的常用分析方法- -横向分析技横向分析技术术： 考虑的可比因素：考虑的可比因素：u A A、B B、C C三相测试数据的比较；三相测试数据的比较；u 邻近开关柜测试数

22、据的比较；邻近开关柜测试数据的比较；u 同型开关设备测试数据的比较；同型开关设备测试数据的比较；三、高压开关柜局放数据的分析三、高压开关柜局放数据的分析高压开关柜局放数据的常用分析方法高压开关柜局放数据的常用分析方法- -横向分析技横向分析技术术：开关柜测试开关柜测试数据分析方法数据分析方法dB间隔号间隔号间隔间隔1间隔间隔2间隔间隔3。间隔间隔n1020304050三、高压开关柜局放数据的分析三、高压开关柜局放数据的分析Ultra TEV Plus+l测试信号强度以数值形式显示。测试信号强度以数值形式显示。l测试仪器可以显示每个周期的测试仪器可以显示每个周期的PDPD脉冲数、严重程度、内部放

23、电最大水脉冲数、严重程度、内部放电最大水平。平。l超声波信号既可以通过数值显示，也可以通过耳机听到。超声波信号既可以通过数值显示，也可以通过耳机听到。四、测试仪器介绍四、测试仪器介绍Ultra TEV Plus+判断规则判断规则（地电波模式）（地电波模式）四、测试仪器介绍四、测试仪器介绍Ultra TEV Plus+判断规则判断规则（超声波模式）（超声波模式）四、测试仪器介绍四、测试仪器介绍PDL1l计算放电脉冲到达两个探头的不同时间，并且轮流地显示与探头相关的局部放电信息，可对故障进行精确定位。l可与示波器连接使用，以判断放电类型。四、测试仪器介绍四、测试仪器介绍PDL1判断规则（地电波模式

24、）判断规则（地电波模式）四、测试仪器介绍四、测试仪器介绍PDM03l持续监测局部放电信号，数据可以储存两个月l4个天线可有效屏蔽外部干扰，8个检测探头能全面检测局放信号并实现定位l数据可以在个人计算机上通过标准电子数据表分析软件包分析，得出短期局部放电剧烈程度值、每测量循环周期内的脉冲数量等局放参数四、测试仪器介绍四、测试仪器介绍自检：用仪器配备的自检：用仪器配备的自检源检测各个通道自检源检测各个通道现场布线：现场布线：1 1、2 2、1111、1212为天线，距开关柜最为天线，距开关柜最好好2.1m2.1m以上以上初始化设置：开关房位置、初始化设置：开关房位置、名称、开关类型、时间、名称、开

25、关类型、时间、日期等日期等连续监测，连续监测，数据分析数据分析PDM03工作模式工作模式四、测试仪器介绍四、测试仪器介绍开关柜前面开关柜前面天线天线1 1天线天线2 2天线天线1111天线天线1212传感器传感器PDM03探头布置探头布置四、测试仪器介绍四、测试仪器介绍PDM03测量数据格式（测量数据格式（DATA.txt）仪器简介仪器简介四、测试仪器介绍四、测试仪器介绍PDM03局放判断局放判断四、测试仪器介绍四、测试仪器介绍便携式多功能测量便携式多功能测量仪仪(Ultra TEV)(Ultra TEV)主要用来初判是否存在局放局部放电监测仪局部放电监测仪(PDM03) (PDM03) 主要

26、实现对局放点定位仪器使用策略仪器使用策略四、测试仪器介绍四、测试仪器介绍五、现场测试五、现场测试（1 1）空调干扰）空调干扰测试中存在的干扰测试中存在的干扰五、现场测试五、现场测试 测量现场背景噪音测量现场背景噪音 消除现场干扰源消除现场干扰源 记录开关柜的铭牌参数记录开关柜的铭牌参数 地电波模式下，测量开关柜的地电波信号，并记录测量数据地电波模式下，测量开关柜的地电波信号，并记录测量数据 超声波模式下，测量开关柜的超声波信号，并记录测量数据超声波模式下，测量开关柜的超声波信号，并记录测量数据 判断开关柜是否存在局放判断开关柜是否存在局放五、现场测试五、现场测试测试步骤：便携式测试仪超声（28

27、dB）和TEV（25dB)信号均超标。初步判定远景开关房内的开关柜存在局部放电，用PDM03进一步连续监测发现还是存在明显的局放信号。这批开关柜为半封闭式SM6开关柜，结构较落后，投运已达10多年。另外，运行人员发现现场有臭氧味道，决定把这几台开关柜停运。最后经仔细检查，发现这些开关柜内部老化严重，有明显的铜锈和污渍，可能是引发局放的原因之一。局放测试应用局放测试应用(1)白云局远景开关房局放测试白云局远景开关房局放测试五、现场测试五、现场测试局放测试应用局放测试应用(2)芳村紫香开关房局放测试芳村紫香开关房局放测试五、现场测试五、现场测试每个探测器的短期局部放电剧烈程度值=0每测量循环周期内的脉冲数量=0依判据，不存在明显的局放信号发现该开关柜内部外绝缘老化严重，电极有明显白色锈蚀局放测试应用