第11章 开关柜在线监测与诊断

1、第十一章第十一章 开关柜在线监测开关柜在线监测 与诊断与诊断 Switchgear 1 本章内容 电气设备的绝缘故障及其危害性 在线监测与状态维修的必要性及意义 在线监测技术的国内外发展概况及趋势 在线监测系统的技术要求 2 3 光纤温度传感器光纤温度传感器 传感器的安装方式传感器的安装方式 光纤式温度在线监测仪 开关柜 常见故障 外绝缘对地闪络击穿内绝缘对地闪络击穿 相间绝缘闪络击穿雷电过电压闪络击穿 套管闪络、污闪、击穿、爆炸CT闪络、击穿、爆炸，瓷瓶断裂 目前开关柜 局放检测手段 脉冲电流检测法UHF超高频检测法 TEV地电波检测法超声波检测法 PMT等光学检测法化学检测法 TEV测量方

2、法基本原理测量方法基本原理 暂态对地电压（暂态对地电压（TEV） 对于内部放电，放电 电量聚集在接地屏蔽的内 表面，但屏蔽层通常在绝 缘部位、垫圈连接处、电 缆绝缘终端等部位出现破 损而导致不连续，这样高 频信号就会传输到设备外 层，沿着金属外表面传到 大地。 可对设备内部的局部放电情况进行在线检测，使用方便， 具有较好的抗干扰能力，适用于1035kV空气绝缘开关柜、 充气式C-GIS的电缆仓等空气绝缘设备。 相比传统设备有极大的便携性和操作性，同时结合设备巡 视进行局放监测，还可增加巡视有效性，为最终实现长周 期巡视提供技术支持，并为今后设备状态检修提供了依据。 基于TEV检测技术的中低压开

3、关柜局部放电在线检测定位 技术改变了电气设备传统的局部放电测试方式，与传统的 局部放电测试技术相比具有不停电检测、定位准确、操作 方便等优点。通过该技术的使用，为电力系统的电力设备 状态检修提供了可靠的技术数据，是一种实用而又有效的 检测技术。 TEVTEV检测法的检测法的优势优势： 超声波检测法原理超声波检测法原理 电力设备在放电过程中会产 生声波。放电产生的声波的 频谱很宽，可以从几十Hz到 几MHz，而高于20kHz的超 声波信号必须用超声波传感 器才能接受到。 据放电释放的能量与声能之间 的关系，用超声波信号声压的 变化代表局部放电所释放能量 的变化，通过测量超声波信号 的声压，可以推

4、测出放电的强 弱，这就是超声波信号检测局 部放电的基本原理。 超声波法能有效检测到开关柜内局部放电信号。 不同缺陷类型测量到超声波信号有不同的特点。其时域波形图、频 域分析图和PRPD图等都不尽相同，可以利用这些特征量进行开关柜内 部缺陷的模式识别，利用超声信号幅值差法能有效地对局部放电源定 位。 超声波法在检测开关柜内部局部放电有较好的灵敏度，可达10pC。 由于超声波在开关柜中的传播是一个复杂的过程，超声在传播过程 中遇到障碍会产生一系列的反射和折射，所以使用超声法检测开关柜 内部缺陷还需要更深入的研究与探索。 超声波检测法的特点： 局部放电定位检测原理局部放电定位检测原理 研究发现，局放

5、产生的TEV信号 的大小与局放的激烈程度及放电 点的远近有直接关系，可以利用 专门的探测器进行检测。为了简 单明了，可用相对对数dB来描述 局放活动的程度。 EA公司产品局放定位仪公司产品局放定位仪PDL1 PDL1通过两根电容耦合器检测局放高频 脉冲到达两探测器的先后顺序来确定放电 源的位置，并对比了利用信号强度的衰减 来确定放电源位置的有效性。 原理原理 通过检测局放产生的TEV信号， 不仅可以对运行中的开关柜内 的设备局放状况进行定量测试， 而且可以通过同一放电源到不 同探测器的时间差异对局放电 源进行定位。 开关柜发生局部放电时，放电脉冲上升时间和持续时间都极短仅为几 个ns，其相对应

6、的频域十分宽广。该脉冲信号在开关柜腔体中传播时 会引起电谐振。激发出频率高达300 MHz3GHz的电磁波。 超高频法的原理就是根据局部放电所激发的电磁波的传播特性，利用 内置或外置的超高频传感器来接收这些电磁波并对其进行分析，从而 判断出缺陷类型和故障定位。 超高频检测系统原理 局部放电局部放电UHF检测原理检测原理 PMT（光电倍增管）一般由光电阴极、电子学输入系统、二次发射倍增系统和 阳极组成，其工作原理可由下图说明，光电阴极K是由光电发射材料制成，当 光照射阴极K时产生光电效应而发射电子，即一次电子。该电子在电场作用下 加速、聚焦、轰击第一个倍增极，就会产更多的电子，即二次电子。由于从

7、 光电阴极K到有很多倍增极（D1、D2等），而电压也是依次递增的，所以如此 类推，电子数会不断倍增。经过10个或更多的倍增极，最后经倍增的光电子 被阳极收集而输出光电流，在负载RL上产生信号电压，经调理电路滤波、放 大等处理后，供给示波器测量。 PMT 光电增益原理 局部放电光电检测原理局部放电光电检测原理 （1）超低噪声：在局部放电的测量方法中，传统的电测法虽然灵敏 度高，但非常容易受到电路中其他电信号的干扰，而局部放电信号本 身就比较微弱，所以传统的电测法一般信噪比较高，在现场试验中需 要考虑到很多干扰因素。 （2）高灵敏度：光电倍增管具有很高的灵敏度, 可以探测非常微弱 的光信号，甚至仅

8、有10-1810-17w的单光子信号。特别是近年来所开发 的具有不透明多碱光电阴极的侧窗管R1477，其光照灵敏度已经高达 375uA/lm，堪称目前世界上不透明多碱光电阴极的最高水平。 （3）价格比较昂贵：由于光电传感器对精度要求很高，特别是对于 可屏蔽自然光的光电倍增管，传感器的制作工艺和技术要求更为苛刻， 后续调理电路和屏蔽装置的设计也更为复杂，所以PMT整套系统的价 格一般比较昂贵。 （4）不便于进行在线监测：当开关柜处于工作状态时，将PMT探头放 入开关柜柜体内不太方便，在设备柜体表面开窗又涉及很多现场其他 具体问题，所以PMT系统在局部放电在线监测领域中的应用受到了限 制。 以PMT为代表的光电检测法的特点： 各种主要检测方法各种主要检测方法比较比较 、传统的电测法，如脉冲电流法、耦合电容法等，主要适用于实 验室测量。由于无线电干扰及外部电晕，测量时需要对试验回路采 取必要的屏蔽措施； 、化学检测法、光学检测法等由于开关柜检测的限制，不太适用 于开关柜的局部放电检测； 、声学方法优点是可在开关柜外部进行测量，适用于委托试验和 周期性的运行试验之局部放电检测，检测灵敏度较高，能够实现放 电源的定位； 、TEV检测法，测试方法简单，具有较高的灵敏度并且能够实现放 电源的定位； 、超高