一、開關柜局部放電(PD)的定義
在開關柜內部,因絕緣材料存在缺陷、老化問題,或安裝工藝不達標,電場會在局部位置高度集中。當該部位的電場強度超過材料的耐受極限時,會發生局部、非貫穿性的擊穿放電,且未形成整個絕緣通道的完全短路,此類放電現象即為局部放電。
局部放電的危害
局部放電雖放電強度微弱,但會持續對絕緣材料產生侵蝕作用,過程中產生熱電、化學腐蝕等效應,長期積累下可能造成絕緣擊穿,進而引發停電事故,嚴重時還會導致設備爆炸。
局部放電的特點
局部放電的信號強度極低,通常為皮庫(pC)級,且在實際檢測中,該類微弱信號往往會被環境中的強電磁噪聲所淹沒,增加檢測難度。
二、開關柜局放檢測裝置的核心原理與主流技術
開關柜的運行環境存在強電磁干擾,且設備本身為封閉結構,常規檢測方式難以有效捕捉局部放電信號,因此需采用針對性的專業檢測技術。目前應用的主流手持式局部放電檢測儀檢測技術主要有以下四類:
1. 暫態地電壓(TEV)法
原理:局部放電發生時,電荷會快速轉移并產生高頻電磁波,其中一部分電磁波會沿開關柜金屬殼體傳播,在柜體的接縫、縫隙等部位發生泄漏,最終在柜體金屬表面形成暫態對地電壓。
檢測方式:采用容性耦合傳感器貼合在開關柜金屬外殼表面,通過傳感器對柜體表面的微弱電壓脈沖信號進行采集與測量。
技術特點
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優勢:屬于非侵入式檢測方式,操作流程簡便,可在設備帶電狀態下開展檢測,且設備性價比高,是當前應用范圍最廣的開關柜局放檢測技術。
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不足:檢測信號易受手機、對講機等外部電磁噪聲干擾,無法對放電源位置進行精確定位,同時信號強度受開關柜柜體結構的影響較大。
2. 超聲波(AE)法
原理:局部放電發生過程中會產生瞬間的爆炸效應,該效應會在空氣或固體絕緣介質中激發超聲波信號,此類信號的頻率通常處于 20kHz-200kHz 范圍內。
檢測方式:將超聲波傳感器(探頭)與柜體表面接觸,或通過空氣耦合的方式,接收局部放電產生的超聲波信號,并將其轉換為電信號后進行分析處理。
技術特點
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優勢:對空氣中的局部放電(如懸浮電位放電)具備極高的檢測靈敏度,抗電磁干擾能力強,可利用超聲波在介質中的傳播時間差,對放電源進行定位。
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不足:超聲波信號在介質中傳播時衰減速度快,且傳播路徑較為復雜,對固體介質或油中發生的局部放電,檢測靈敏度相對較低。
3. 特高頻(UHF)法
原理:局部放電產生的電磁波頻譜范圍極寬,最高可達數 GHz,開關柜的縫隙、觀察窗等部位可作為電磁波的泄漏通道,向外輻射特高頻(300MHz - 3GHz)電磁波。
檢測方式:采用特制的特高頻天線傳感器,通過開關柜的縫隙或專用接口,對泄漏出的特高頻電磁信號進行接收與采集。
技術特點
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優勢:檢測靈敏度極高,工頻噪聲等低頻電磁干擾不在特高頻頻段,因此抗低頻電磁干擾能力極強,可通過信號時差法實現對放電源的精準定位。
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不足:檢測設備的成本相對較高,檢測過程需要柜體存在可泄漏信號的縫隙,或設備預先安裝內置式特高頻傳感器,檢測效果受開關柜柜體結構的影響顯著。
4. 高頻電流互感器(HFCT)法
原理:局部放電產生的電流脈沖,會通過開關柜的接地線或電纜屏蔽層回流至大地,形成可被感應的高頻電流信號。
檢測方式:將高頻電流互感器鉗形傳感器夾持在開關柜的接地線或電纜上,通過傳感器感應局部放電產生的高頻電流信號,完成檢測采集。
技術特點
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優勢:檢測靈敏度高,采集信號的信噪比好,可對局部放電量進行相對值定量測量。
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不足:檢測時需要傳感器接近開關柜接地線,在開關柜布局密集的室內環境中,部分檢測點位的操作空間受限,易出現操作不便的情況。