高壓開(kāi)關(guān)柜的局部放電特性及其檢測(cè)方法

目前，高壓開(kāi)關(guān)柜的檢修主要是在停電狀態(tài)下進(jìn)行，實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)手段應(yīng)用的比較少，而開(kāi)關(guān)柜的穩(wěn)定運(yùn)行關(guān)系到整個(gè)電網(wǎng)的穩(wěn)定。由于各種原因，高壓開(kāi)關(guān)柜不能按照計(jì)劃固定停電檢修，開(kāi)關(guān)柜內(nèi)設(shè)備的運(yùn)行情況不能被實(shí)時(shí)的掌握，因而存在隱患，嚴(yán)重威脅供電。

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

開(kāi)關(guān)柜內(nèi)局部放電一般不會(huì)導(dǎo)致絕緣的貫通性擊穿，但會(huì)造成電介質(zhì)的局部損壞以及絕緣電介質(zhì)的電氣強(qiáng)度降低，即局部放電對(duì)絕緣設(shè)備的破壞是個(gè)緩慢的發(fā)展過(guò)程，隨著絕緣設(shè)備以及電介質(zhì)的損壞，也會(huì)導(dǎo)致局部放電次數(shù)和放電量的增加，如此形成一個(gè)惡性循環(huán)。

開(kāi)關(guān)柜內(nèi)的局部放電特性能反映開(kāi)關(guān)柜設(shè)備的絕緣缺陷的特性和損壞程度，因此，對(duì)開(kāi)關(guān)柜內(nèi)局部放電的監(jiān)測(cè)顯得很有必要。

高壓開(kāi)關(guān)柜中引起局部放電的主要原因有：導(dǎo)體、外殼內(nèi)表面上的金屬突起，常常是由于制造和安裝時(shí)造成金屬表面有較尖的毛刺；絕緣介質(zhì)的缺陷、老化和表面的污穢造成絕緣內(nèi)部或表面出現(xiàn)局部放電；高壓母線連接處、開(kāi)關(guān)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(shè)備里的可以移動(dòng)的金屬微粒，主要在制造、裝配和運(yùn)行中產(chǎn)生，當(dāng)靠近高壓導(dǎo)體并未接觸時(shí)，就很可能導(dǎo)致放電。

當(dāng)高壓開(kāi)關(guān)柜中有局部放電時(shí)，沿著放電通道將會(huì)有過(guò)程極短的脈沖電流產(chǎn)生，這些電流脈沖的寬度一般為ns級(jí)，并激發(fā)瞬態(tài)電磁波輻射，產(chǎn)生的脈沖電流會(huì)沿著電纜傳輸。高壓開(kāi)關(guān)柜在穩(wěn)定狀態(tài)，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(méi)有局放發(fā)生時(shí)，在三相電纜分支前的接頭處只能監(jiān)測(cè)到均勻的噪聲電流信號(hào)。

若在三相電纜分支前的接頭處監(jiān)測(cè)到不同尋常的脈沖電流信號(hào)，滿足局放特性，則可判斷開(kāi)關(guān)柜中發(fā)生過(guò)一次局部放電事件，當(dāng)監(jiān)測(cè)到柜中的局放的放電頻率和放電量超過(guò)規(guī)定的閾值后，則可安排停電檢修，避免設(shè)備的進(jìn)一步惡化，確保高壓開(kāi)關(guān)柜穩(wěn)定運(yùn)行。

高壓開(kāi)關(guān)柜的典型特點(diǎn)在于開(kāi)關(guān)柜四壁都是金屬密封結(jié)構(gòu)，對(duì)外界的電磁波有很好的屏蔽作用，同時(shí)，柜內(nèi)的局放信號(hào)也無(wú)法傳出開(kāi)關(guān)柜，只存在于開(kāi)關(guān)柜內(nèi)，因此開(kāi)關(guān)柜內(nèi)的電磁干擾只因柜內(nèi)的電氣設(shè)備產(chǎn)生，因而對(duì)開(kāi)關(guān)柜內(nèi)的局放信號(hào)探測(cè)時(shí)，本身信噪比就較高，加上一些信號(hào)處理技術(shù)，更加容易檢測(cè)到局放信號(hào)。

目前，用于局放監(jiān)測(cè)的方法有脈沖電流法、超聲波檢測(cè)法、光測(cè)法、化學(xué)檢測(cè)法、紅外檢測(cè)和超高頻檢測(cè)法等多種方法。其中受人們關(guān)注的當(dāng)屬脈沖電流法和超高頻檢測(cè)法。

超高頻檢測(cè)法是通過(guò)檢測(cè)電氣設(shè)備內(nèi)部局部放電所產(chǎn)生的超高頻（300-3000MHz）電磁波信號(hào)，實(shí)現(xiàn)局部放電的檢測(cè)和定位。由于噪聲信號(hào)主要集中于低頻段，因此這種方法的測(cè)量具有很強(qiáng)的抗外界干擾能力，且靈敏度高，已應(yīng)用于一些固體絕緣設(shè)備（如變壓器等）中的局部放電檢測(cè)。

其缺點(diǎn)在于，對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的電氣設(shè)備，電磁波傳播時(shí)會(huì)發(fā)生多次折反射及衰減；同時(shí)，電氣設(shè)備外壁也會(huì)對(duì)電磁波的傳播帶來(lái)不利影響，這也增加了超高頻電磁波檢測(cè)的難度。因此，在開(kāi)關(guān)柜中，由于柜中復(fù)雜的電氣結(jié)構(gòu)和金屬外壁等影響，電磁波在柜內(nèi)傳播特性復(fù)雜，不利于使用超高頻檢測(cè)法檢測(cè)局放信號(hào)。

同時(shí)，由于不同類(lèi)型的放電在超高頻段的能量分布差異較大，同時(shí)天線的放置位置與放電產(chǎn)生位置的距離會(huì)嚴(yán)重影響天線耦合到的超高頻信號(hào)強(qiáng)度，因此導(dǎo)致超高頻檢測(cè)方法無(wú)法對(duì)放電的大小進(jìn)行定量分析，也就無(wú)法有效顯示出開(kāi)關(guān)柜內(nèi)的放電嚴(yán)重程度。

由于每一次局部放電都會(huì)發(fā)生正負(fù)電荷的中和，伴隨有一個(gè)陡的電流脈沖，脈沖電流法即通過(guò)測(cè)量該脈沖電流檢測(cè)到局部放電的發(fā)生。該方法通過(guò)測(cè)量阻抗在耦合電容側(cè)或通過(guò)Rogowski線圈（簡(jiǎn)稱(chēng)羅氏線圈）測(cè)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(tǒng)采用基于羅氏線圈的脈沖電流傳感器來(lái)測(cè)量局放信號(hào)，這種檢測(cè)方法具有靈敏度高、實(shí)時(shí)性好，而且可以測(cè)得放電量、放電重復(fù)率、平均電流等，因而這種方法得到了廣泛的使用。

其缺點(diǎn)在于在線檢測(cè)時(shí)，局放信號(hào)容易被噪聲干擾湮沒(méi)，信噪比低。在開(kāi)關(guān)柜內(nèi)，由于外界對(duì)開(kāi)關(guān)柜內(nèi)的局放信號(hào)干擾很小，因此開(kāi)關(guān)柜內(nèi)的信噪比較高，同時(shí)可以通過(guò)引入小波變換的方法，在不改變信號(hào)可評(píng)估性的同時(shí)能顯著地提高信噪比。

相對(duì)于超高頻檢測(cè)法，脈沖電流法檢測(cè)設(shè)備簡(jiǎn)便，價(jià)格上更便宜，對(duì)于開(kāi)關(guān)柜局放實(shí)時(shí)在線檢測(cè)，使用脈沖電流檢測(cè)法更合適。