1.1 概述

 

 

高压开关柜是使用极广且数量比较多的开关设备。由于在设计、制造、安装和运行维护等方面存在着不同程度的问题，因而事故率比较高，在诸多性质的开关柜事故中，绝缘事故多发生于 10 千伏及以上电压等级，造成的后果也很严重。特别是小车式开关柜， 绝缘事故率更高，而且往往一台出现事故，殃及邻柜的现象更为突出。因此，迫切需要对开关柜实行状态检修，对设备运行状况进行实时在线监测，根据设备的运行状态和绝缘的劣化程度，确定检修时间和措施，减少停电时间和事故的发生，提高电力系统运行的安全可靠性及自动化程度。

高压开关柜的绝缘故障主要表现为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，瓷瓶套管、电容套管闪络、污闪、击闪、击穿、爆炸，提升杆闪络，CT 闪络、击穿、爆炸， 瓷瓶断裂等。

 

 

各类绝缘缺陷发展到最终击穿，酿成事故之前，往往先经过局部放电阶段，局部放电的强弱能够及时反映绝缘状态，因此通过在线监测局部放电来判断绝缘状态是实现开关柜绝缘在线监测和诊断的有效手段。

 

 

对开关柜采用传统的人工干预的监测维护办法，需要安排人员去检查 未知的不确定存在与否的问题，这种办法不是很可靠而且相关成本一般也 比较高，因此对开关柜的局放进行在线监测有着重大的意义和经济价值， 利用开关柜局放在线监测系统能够确认开关柜设备是否处于正常运行状态， 及时发现其绝缘中的薄弱环节，找出故障原因，及时处理，有效预防事故， 减少不必要的人力物力的浪费，保障电力系统的全可靠运行。

 

 

局放在线监测的开关柜在线监测系统方案，具备以下技术特点： 1、 监测原理更加科学

 

局放在线监测的开关柜局放在线监测系统支持超声波（ AE）、地电波（TEV）两种原理的开关柜局放监测技术，对局放的监测更加准确多面。

 

 

2、 安装方式更加便捷，方便现场改造安装施工

 

 

局放在线监测开关柜局放在线监测系统配置的传感器均具有小型化，易安装的特点，方便现场的布设或改造施工。超声波及地电波开关柜局部放电传感器可以支持开关柜不掉电安装，开关柜局部放电传感器的安装不影响配电房的正常运行。

 

 

3、 支持配电房的远程运维，降低运维成本

 

 

局放在线监测配套配电房远程运维在线监测管理软件，可以实现对配电房电力设备的远程在线监测和维护管理，降低了配电房的运维成本。

 

 

1.2 参考标准与规范

 

 

2 《Q/GDW 534-2010 国家电网变电设备在线监测系统技术导则》

2 《Q/GDW 535-2010 变电设备在线监测装置通用技术规范》

 

 

2 监测原理

 

 

2.1 开关柜局放的产生

 

 

局部放电，是绝缘介质中的一种电气放电，这种放电限制在被测介质中一部分且只使导体间的绝缘局部桥接，这种放电可能发生或可能不发生于导体的邻近。电力设备绝缘中的某些薄弱部位在强电场的作用下发生局部放电是高压绝缘中普遍存在的问题。虽然局部放电一般不会引起绝缘的穿透性击穿， 但可以导致电介质（ 特别是有机电介质） 的局部损坏。若局部放电长期存在， 在一定条件下会导致绝缘劣化甚至击穿。对电力设备

 

 

进行局部放电试验， 不但能够了解设备的绝缘状况，还能及时发现许多有关制造与安装方面的问题，确定绝缘故障的原因及其严重程度。因此， 对电力设备进行局部放电测试是电力设备制造和运行中的一项重要预防性试验。

基于对发生局部放电时产生的各种电、光、声、热等现象的研究，各种局部放电检测技术应运而生。局部放电检测技术中也相应出现了电检测法和光测法、声测法、红外热测法等非电量检测方法。近年来， 随着局部放电检测技术的提高和进步，采用声电联合监测是目前采用较广泛的方法。事实证明，该方法能够有效检测表面放电、沿面爬电、尖端放电、内部放电、电晕放电等多种类型放电。：

 

 

 

2.2 开关柜局放的主要类型和特征

 

 

开关柜局放的放电类型，从位置上分为：表面放电和内部放电；从特征上分持续放电和间歇放电；

开关柜局部放电的表现形式包括，电磁波：HF～VHF～UHF～SHF；声音噪声： 可闻噪声和超声波；气体生成物：氮化物、碳化物和氟化物；光：红外、紫外； 电流行波：高频脉冲电流。

 

 

 

从频域上看，开关柜局放涵盖从低频到极高频的各个频段。

 

 

2.3 开关柜局放的监测原理

u 超声波（AE）原理

 

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。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、

机械应力与粒子力失去平衡状态而产生振荡变化过程；

机械应力与粒子力的快速振荡，导致放电点周围介质振动，从而产生声波信号，通过压电转换传感器达到测量目的。

u 地点波（TEV）原理

 

局部放电发生时，肌肤效应作用，在金属断开或绝缘连接处，电流波转移至外表面；电磁波上升沿碰到金属外表面，产生暂态对地电压(Transient Earth Voltage)。

地电波幅值与放电量和传播途径的衰减程度有关，要取决于放电点位置、设备的内部结构以及开口大小有关。

采用电容型地电波传感器对地电波进行感应测量。

 

 

3 系统功能

 

 

局放在线监测电气技术有限公司的开关柜局放监测支持超声波（AE）、地电波

（TEV）两种原理，采用声电混合（超声波+地电波）开关柜局放在线监测系统。

 

3.1 声电混合开关柜局放在线监测系统

 

 

3.1.1

 

 

系统框架

 

 

声电混合开关柜局放在线监测系统由声电混合开关柜局放传感器、GGM-200 配电室状态监测装置及监控系统后台软件三部分组成。

l 每个高压开关柜安装一个声电混合开关柜局放传感器，实现局放信息的采集和计算。

l 每个配电房安装 1 台 PX-100 配电室状态监测装置。

l 局放传感器与PX-100 配电室状态监测装置之间采用LORA 无线组网通信。

l PX-100 配电室状态监测装置通过 4G 网络将监测信息发送给云服务器或通过以太网将监测信息发送给站端服务器。

 

3.1.2 系统功能

 

 

（1） 声电混合开关柜局放传感器

 

 

传感器参数

2 TEV 传感器参数

1、检测带宽：1~100MHz；

2、检测范围：0~60dBmV；

3、精度：+-1dB；

2 AE 传感器参数

1、中心频率： 40kHz；

2、传感器峰值灵敏度：117dBV；

3、分辨率：1dB；

2 支持开关柜不掉电安装

1、采用磁铁直接吸附在开关柜表面；

2、采用电池供电无需外接电源；

3、采用 LORA 无线通信无需外接电源；

2 工作温度

-30℃~70℃

传感器安装

传感器直接用磁铁吸附在开关柜表面，无源设计采用电池供电支持开关柜不掉电安装。传感器的安装位置如下图所示：

 

 

（2） PX-100 配电室状态监测装置

 

 

PX-100配电室状态监测装置采用挂壁式安装在配电房内。功能参数：

2 通信接口1、LORA；

2、RS485：支持 8 路 RS485 接口；

3、4G；

4、以太网：支持 2 路以太网接口；

2 通信协议

1、Modbus；

2、104 通信协议；

3、IEC61850；

2 工作温度

-30℃~70℃

 

 

4 典型配置

序号 设备类型 装置 数量 备注

1 声电混合局放监测 声电混合传感器(PX-100 开关柜局放在线监测装置) 1*N

PX-200 配电室状态监测装置 1

3 监控后台 PXS-8000 电力监控自动化系统 1 支持站端服务器部署和云端部署