CN103558525A - 一种开关柜局部放电检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了电网领域的一种开关柜局部放电检测方法，包括局部放电点初步定位步骤，即通过两个超高频传感器确定开关柜局部放电点的大致位置，局部放电点精确定位步骤，即用多个超声波传感器确定开关柜局部放电点的精确位置，局部放电点定相步骤，即用高频电流传感器和暂态地电压传感器对开关柜局部放电点进行定相，并确定局部放电的放电类型。其技术效果是：有效解决了开关柜局部放电检测过程中干扰问题，提高检测结果的可信度；并能对放电位置精确定位定相，对开关柜局部放电点的定位精确到厘米级，并确定局部放电的类型，极大的方便了工程技术人员掌握开关柜的运行状况。

Description

一种开关柜局部放电检测方法

技术领域

本发明涉及电网领域的一种开关柜局部放电检测方法。

背景技术

开关柜的绝缘能力是决定开关柜能够安全稳定运行的重要因素。开关柜现场试验方法的不足和投运的开关柜出现的绝缘故障严重威胁着电力系统的安全运行。局部放电检测是反映开关柜绝缘状况的有效手段，也是当前研究的热点。对于开关柜局部放电检测，目前常用的是声电波检测设备，即采用超声波传感器和超高频电流传感器连接示波器，示波器连接计算机，声电波检测设备直接以dB的形式表征局部放电活动的强度，具有操作简单，规则明确的特点，深受现场运行人员的欢迎。然而局部放电是微弱的电现象，在检测过程中极易受到外界干扰的影响，如果不能有效识别出干扰并加以排除，将很难保证局部放电数据分析的正确性与有效性。此外，现有的声电检测设备的定位功能简单，只能实现单一放电点情况下开关柜柜体的粗略定位，对于多放电点及开关柜内部的精确定位定相都难以实现，这极大地降低了定位的有效性和检修的效率。为此，拓展研究其它检测技术在开关柜方面的应用很有必要。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种开关柜局部放电检测方法，其能够对开关柜局部放电精确定位定相，并准确确定开关柜局部放电的类型。

实现上述目的的一种技术方案是：一种开关柜局部放电检测方法，包括下列步骤：

局部放电点初步定位步骤：在开关柜的三相预制头的两端各放置一个超高频传感器，接收开关柜局部放电点产生的超高频电磁信号，并将两个所述超高频电磁信号显示在示波器上，调整两个所述超高频传感器在所述三相预制头两端的位置，使两个所述超高频电磁信号在所述示波器上的波形存在时间差，根据所述的时间差计算开关柜局部放电点的位置；

局部放电点精确定位步骤：关闭超高频传感器，通过位于开关柜柜壁上不同位置的多个超声波传感器接收开关柜局部放电点产生的超声波信号，并将所述超声波信号转变成为超声波电信号，显示在所述示波器上，根据不同超声波电信号之间的延时，计算开关柜局部放电点的精确位置；

部放电点定相步骤：通过位于三相电缆线的各个单相电缆线屏蔽层上的高频电流传感器采集开关柜局部放电点的电流脉冲信号，并将所述电流脉冲信号转换成为电压脉冲信号后显示在频谱分析仪上，通过位于开关柜的电缆盒外壁上暂态地电压传感器接收由开关柜局部放电点产生的瞬时放电脉冲，并显示在所述示波器上，根据所述电压脉冲信号在所述频谱分析仪上的波形，确定开关柜局部放电点的相位，根据所述瞬时放电脉冲和所述电压脉冲信号的波形确定开关柜局部放电点的放电类型。

进一步的，局部放电点初步定位步骤中，开关柜局部放电点位置的计算，局部放电点精确定位步骤中开关柜局部放电点精确位置的计算，以及局部放电点定相步骤中开关柜局部放电点的定相和放电类型的确定均是通过计算机完成的。

进一步的，所述局部放电点定相步骤中，还在三相电缆线的屏蔽层接地线或铠装层接地线上设置高频电流传感器，采集开关柜局部放电点的电流脉冲信号，并将所述电流脉冲信号转换成为电压脉冲信号后显示在所述频谱分析仪上。

采用了本发明的一种开关柜局部放电检测方法的技术方案，即先用两个超高频传感器确定开关柜局部放电点的大致位置，再用多个超声波传感器确定开关柜局部放电点的精确位置，最后用高频电流传感器和暂态地电压传感器对开关柜局部放电点进行定相，并确定局部放电的放电类型的技术方案。其技术效果是：有效解决了开关柜局部放电检测过程中干扰问题，提高检测结果的可信度；并能对放电位置精确定位定相，对开关柜局部放电点的定位精确到厘米级，并确定局部放电的类型，极大的方便了工程技术人员掌握开关柜的运行状况。

附图说明

图1为本发明的一种开关柜局部放电方法中采用的检测装置中超声波传感器、高频电流传感器和超高频传感器安装示意图。

图2为本发明的一种开关柜局部放电方法中采用的检测装置中暂态地电压传感器安装示意图。

图3为本发明的一种开关柜局部放电方法的流程图。

具体实施方式

请参阅图1至图3，本发明的发明人为了能更好地对本发明的技术方案进行理解，下面通过具体地实施例，并结合附图进行详细地说明：

请参阅图1至图3，本发明的一种开关柜局部放电检测方法中所述采用的检测装置,包括开关柜1和三相电缆线2，开关柜1包括柜壁11和三相预制头12，三相电缆线2中的各个单相电缆线与三相预制头12中的各个单相预制头对应连接；开关柜局部放电检测装置还包括超声波（AE）传感器3、高频电流（HFCT）传感器4、超高频（UHF）传感器5、暂态地电压传感器6、示波器7、频谱分析仪8和计算机9。

其中，超声波传感器3位于在开关柜1的柜壁11上，并且是可移动的；超高频传感器5位于三相预制头12的周围，并且也是可移动的。三相预制头11的外侧设有一个电缆盒13，用于保护三相电缆线2，暂态地电压传感器6粘贴固定在电缆盒13的外壁上，三相电缆线2与电缆盒13之间设有一个绝缘盖14。超声波传感器3、超高频传感器5和暂态地电压传感器6均连接示波器7。

本实施例中，采用的示波器7为TDS680型数字存储示波器，以对超高频传感器5所采集的超高频电磁信号和超声波传感器3所采集的超声波电信号的波形进行实时的存储和调用。超声波传感器3、超高频传感器5和暂态地电压传感器6均通过ZigBee网络与示波器7连接，提高该检测装置的使用便捷性。

高频电流传感器4固定在三相电缆线2中各个单相电缆线的屏蔽层上，即三相电缆线2的本体上，也可以固定在三相电缆线2的屏蔽层接地线21上或者铠装层接地线22上。所有的高频电流传感器4连接频谱分析仪8。

示波器7和频谱分析仪8均通过总线或者Wlan无线网络与计算机9连接，其中使用Wlan网络可以实现本发明的一种开关柜局部放电检测装置对开关柜局部放电的远程监控。

钳形高频电流传感器夹（图中未显示）使高频电流传感器4通过夹持固定在三相电缆线2的电缆本体或屏蔽层接地线21，或者铠装层接地线22上。高频电流传感器4与频谱分析仪8通过总线或ZigBee网络连接，其中使用Zigbee网络，该检测装置的使用更为便捷。

本发明的一种开关柜局部放电检测方法，包括三个步骤：

第一步是局部放电点初步定位步骤：当开关柜内部发生局部放电时，放电脉冲的上升沿很陡，沿着局部放电路径的电流上升时间<1ns，脉冲宽度多为纳秒级，能激励起1GHz以上的超高频电磁信号。超高频电磁信号在空间传播，通过安装的开关柜1的三相预制头12周围的超高频（UHF）传感器5就可以接收超高频电磁信号。在超高频电磁信号传播过程中，对于不同位置的超高频传感器5而言，不同超高频传感器5接收到超高频电磁信号的时间是不一样的。超高频传感器5接受到超高频电磁信号存在时间差。局部放电点初步定位步骤的定位原理是在开关柜1发生局部放电位置，即三相预制头12的两端，图1中为左右两端各放置一个超高频传感器5，并在示波器7上观察两个超高频传感器5接收的超高频电磁信号是否有时间差，有则可以计算开关柜局部放电点的大致位置，没有则调整其中任意一个超高频传感器5的位置，直到在示波器7上观察到两个超高频电磁信号存在时间差为止。然后计算开关柜局部放电点的位置。开关柜局部放电点的位置的计算是通过计算机9完成的。然而由于受超高频电磁信号传播路径与超高频传感器5位置等因素的影响，超高频电磁信号起始时间往往不能准确辨识，只能进行初步定位，难以实现开关柜局部放电点的精确定位。

另外一方面，超高频传感器5能够检测到开关柜局部放电点产生的激发信号，即超高频电磁信号，该激发信号为频率在UHF频率段，即300M～3GHz的电磁波，由于通常的干扰信号，其频率都在300MHz之下，超高频传感器5检测到的超高频电磁信号具有无可比拟的抗干扰性能，有助于排除局部放电点检测时所遇到的干扰信号。

第二步，局部放电点精确定位步骤，关闭超高频传感器5打开超声波传感器3，随着开关柜局部放电点局部放电的发生，伴随着爆裂状超声波信号产生，且向四周介质传播，通过安装在开关柜1的柜壁11上的超声波传感器3接受该超声波信号，超声波传感器3超声波信号转换为超声波电信号，显示在示波器7上。

超声波定位是通过测量局部放电产生的超声波信号传播到位于开关柜1的柜壁11上的各个超声传感器3，并在示波器7上观察各个超声波传感器3在示波器7上产生超声波电信号之间的延时，根据所述延时和超声波传播速度，利用空间解析几何的方法计算开关柜局部放电点的精确位置，实现开关柜局部放电点的精确定位，尽管超声波在电力设备常用材料介质中衰减较大，测量有效范围较小，但却能局部放电点的精确定位。

本发明的一种开关柜局部放电检测方法中，先采用超高频传感器5对局部放电点行一次定位分析，确定局部放电点的大致范围，以排除干扰信号以及超声波信号衰减带来的不利影响，然后采用超声波传感器3进行二次定位分析，实现开关柜局部放电点的精确定位。这样由于同时检测开关柜局部放电点产生的超高频电磁信号和超声波电信号，因此通过对两种传感器检测到的信号进行分析能更加有效地排除现场干扰，提高局部放电定位精度，并通过超高频电磁信号和超声波电信号的波形，确定开关柜局部放电的类型识别的准确性。

第三步是局部放电点定相步骤，高频电流传感器4利用电磁感应耦合原理检测流向大地的开关柜局部放电点的高频电流脉冲。将高频电流脉冲转化为高频电压脉冲传递给频谱分析仪8。根据频谱分析仪8接收到的高频电压脉冲的波形和相位，计算机9可以对开关柜局部放电点进行精确定相定位。

暂态地电压（TEV）传感器6是一个外接电容耦合装置，它是测量开关柜1或电缆端局部放电较有效的传感器。该传感器作为一个电容耦合器检测从开关柜面板流出至接地金属表面的放电脉冲，即地电压信号。暂态地电压传感器6采集地电压信号，并显示在示波器7上，计算机9根据地电压信号的波形和高频电压脉冲的波形确定局部放电的类型。本实施例中，频谱分析仪8为IFR2398型频谱分析仪，以提高频谱分析仪8高频电压脉冲的精确性。

由于暂态地电压传感器6所检测的地电压信号的频率4M～100MHz，高频电流传感器5检测的电压脉冲信号的频率范围为10M～100MHz，因此可以排除频率在4MHz以下低频噪声和载波信号的干扰。

因为在三相电缆线2的屏蔽层接地线21和铠装层接地线22上也设有高频电流传感器4，本发明的一种开关柜局部放电检测方法既能提取开关柜1自身的局部放电，又能获取来自开关柜1内三相电缆线2上的高频电流脉冲，即三相电缆线2上的局部放电。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (3)

1.一种开关柜局部放电检测方法，包括下列步骤：

局部放电点初步定位步骤：在开关柜的三相预制头的两端各放置一个超高频传感器，接收开关柜局部放电点产生的超高频电磁信号，并将两个所述超高频电磁信号显示在示波器上，调整两个所述超高频传感器在所述三相预制头两端的位置，使两个所述超高频电磁信号在所述示波器上的波形存在时间差，根据所述的时间差计算开关柜局部放电点的位置；

局部放电点精确定位步骤：关闭超高频传感器，通过位于开关柜柜壁上不同位置的多个超声波传感器接收开关柜局部放电点产生的超声波信号，并将所述超声波信号转变成为超声波电信号，显示在所述示波器上，根据不同超声波电信号之间的延时，计算开关柜局部放电点的精确位置；

局部放电点定相步骤：通过位于三相电缆线的各个单相电缆线屏蔽层上的高频电流传感器采集开关柜局部放电点的电流脉冲信号，并将所述电流脉冲信号转换成为电压脉冲信号后显示在频谱分析仪上，通过位于开关柜的电缆盒外壁上暂态地电压传感器接收由开关柜局部放电点产生的瞬时放电脉冲，并显示在所述示波器上，根据所述电压脉冲信号在所述频谱分析仪上的波形，确定开关柜局部放电点的相位，根据所述瞬时放电脉冲和所述电压脉冲信号的波形确定开关柜局部放电点的放电类型。

2.根据权利要求1所述的一种开关柜局部放电检测方法，其特征在于：局部放电点初步定位步骤中，开关柜局部放电点位置的计算，局部放电点精确定位步骤中开关柜局部放电点精确位置的计算，以及局部放电点定相步骤中开关柜局部放电点的定相和放电类型的确定均是通过计算机完成的。

3.根据权利要求1所述的一种开关柜局部放电检测方法，其特征在于：所述局部放电点定相步骤中，还在三相电缆线的屏蔽层接地线或铠装层接地线上设置高频电流传感器，采集开关柜局部放电点的电流脉冲信号，并将所述电流脉冲信号转换成为电压脉冲信号后显示在所述频谱分析仪上。

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