基于声电联合的开关柜局部放电检测技术应用.pdf
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1、204 EPEM 2023.7 下电力安全Power Security基于声电联合的开关柜局部放电检测技术应用内蒙古霍煤鸿骏铝电有限责任公司电力分公司 刘海洋 贾贺楠 毕有富 丁丽辉摘要:本文提出了一种基于智能声电联合感知的开关设备局部放电在线监测系统。采用超声波,超高频及暂态地电波检测技术联合诊断,相互辅助,能够更加全面的进行局放检测。关键词:声电联合;局部放电;超声波;超高频;暂态地电波目前,高压开关柜已成为企业用电控制的重要部分,被大量广泛应用的开关设备由于长时间带负荷运行及运行环境的影响,开关柜的主要部件会产生绝缘老化或接触不良,在开关柜内部及周围空间产生放电、光、声等物理现象,造成绝
2、缘材料性能的逐步劣化,不断加速绝缘介质损耗,出现局部放电的情况。局部放电是开关柜故障的早期表现形式,放电过程中会产生有害的活性气体、粉尘、油污,并伴随湿热环境,电磁力等,会不断恶化开关柜的绝缘性能,不及时处理会造成一定程度的安全隐患,最终引发电网事故。因此,作为配电网系统中主要设备的开关柜,定时针对开关柜进行局部放电检测,能更好地了解高压开关柜的运行状态,及时发现已经存在的绝缘缺陷,可以有效地防止高压开关柜故障的发生。1 开关柜局部放电检测方法开关柜长期工作运行会对绝缘材料产生劣化影响,从而发生局部放电,伴有电磁波、声波、发热和发光等现象,可通过检测捕捉到的这些信息从而判断出开关柜设备的局部放
3、电位置及信息情况。目前已有研究表明,针对开关柜的局部放电检测方法主要分为电信号检测和非电检测方法。超声波信号(AE)检测法属于非电检测方法,当开关柜发生局部放电时,所产生的声波信号频谱很宽,发生时分子间碰撞剧烈,具有较强的方向性且能量较为集中,频率为20kHz 以上的信号可通过开关柜外壁的超声波传感器采集产生超声波信号,判断开关的局部放电现象。由于超声波的波长在人耳可以听到的范围之内,此方法不影响设备的正常运行,因此在高压开关柜运行期间也可以进行在线监测1。超声波检测法、暂态地电波和超高频检测法联合使用,取长补短可取得较好的成效:能够识别更多的放电类型,从而全面的进行局部放电检测1;超声波检测
4、法可针对单一信号进行检测,而超高频检测法适用于多信号,单一信号可能会造成一定程度的误差,这两种方法结合一起可起到更好的作用;声电联合检测法,可有效解决电信号传播速度快,作用时间短,无法准确定位,而声信号传播速度慢,作用时间长,容易定位的问题,从而本文把以上三种检测方式结合起来,构建三合一的局部放电联合检测传感器。2 声电联合感知的开关设备局放在线监测系统设计声电联合感知的开关设备局放在线监测系统的总体框图如图1所示,开关柜放电产生的超声波和电磁波分别经过暂态地电波(TEV)传感器、超声波(AE)传感器、外置超高频(UHF)传感器进行信号放大和变换电路进行信号处理,送数据采集终端进行 AD 采集
5、,在 CPU 中处理转换的数字信号并保存,识别放电并定位放电信号位置。最后在上位机监测管理系统中由总线传输接收现场监测数据。2023.7 下 EPEM 205电力安全Power Security图1 声电联合感知的开关设备局放在线监测原理图2.1 暂态地电波检测技术(TEV)传统高压开关柜是一个封闭系统,在其设备内部产生局部放电,在接地屏蔽的内表面上聚集大量的放电电量,电磁波信号通过设备绝缘材料传输到设备外表面,绝缘发生损坏的情况下,传输过程不连续;若绝缘层完整的情况下,放电信号很难在设备外表面检测定位1。暂态地电波是由电磁波在设备金属表面产生的,电压幅值较小,在几纳秒时间下电压升高,此时通过
6、耦合作用,可以将产生的暂态地电波信号传输到机械电路当中,暂态地电波信号(TEV)局放检测原理如图2所示3。图2 暂态地电波检测技术(teV)原理图利用金属材质制作 TEV 传感器,利用 PVC材料制作传感器绝缘层,可保证传感器正常运行,延迟使用寿命,提高传感器的工作效率。TEV 传感器工作原理:TEV 传感器放置在开关柜金属盘表面,可看作是电容器极板,中间的传感器绝缘层可看作平板电容器,该电容构成的下限截止频率为3MHz。开关柜和 TEV 传感器电量同步改变,发生局部放电时,产生的电磁波从绝缘材料缝隙或气体绝缘传输到柜体表面,产生一个暂态对地电压。因此,通过上述耦合作用可获取该暂态地电波的电压
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