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浅析10kV开关柜综合检测仪的研发与应用

发表时间：2021/8/10 来源：《中国电力企业管理》2021年4月作者：黄靖欣钱玉喜

[导读] 10kV高压开关柜在长期运行中不可避免地会因老化、受潮、机械损伤等导致绝缘劣化的情况，但因状态检修的开展以及供电可靠性的要求使人们很难对电力设备进行周期的停电检修，所以在带电的情况下掌握开关柜内的设备绝缘情况显得尤为重要。因此，设计出一款由红外热像、超声波局部放电检测及TEV局部放电检测系统一体化的综合检测仪，现在来介绍这款10kV开关柜综合检测仪。

广东电网有限责任公司东莞城区供电局黄靖欣钱玉喜广东东莞 523000

摘要：10kV高压开关柜在长期运行中不可避免地会因老化、受潮、机械损伤等导致绝缘劣化的情况，但因状态检修的开展以及供电可靠性的要求使人们很难对电力设备进行周期的停电检修，所以在带电的情况下掌握开关柜内的设备绝缘情况显得尤为重要。因此，设计出一款由红外热像、超声波局部放电检测及TEV局部放电检测系统一体化的综合检测仪，现在来介绍这款10kV开关柜综合检测仪。
关键词：10kV开关柜综合检测仪、红外热像系统、超声波局部放电检测系统、TEV局部放电检测系统
        1、10kV高压开关柜现状
        随着电力系统技术的不断发展，电力设备的性能不断得到提升，设备体积不断缩小，特别是10kV高压开关柜，在电力系统中得到广泛应用。10kV高压开关柜是接受和分配电能的电力设备，由开关设备、监察测量仪表、保护电器、连接母线和其他辅助设备等组成，按一定接线方案，将有关设备组合起来，用于控制发电机、电力变压器和电力线路，承担着电网安全运行的正常操作、事故时切断故障和电气检修是隔离带电设备的作用，在整个电力系统的发电、配电、输电等等电的转换和消耗过程中起到举足轻重的作用。但在实际应用中，10kV高压开关柜在实际生产运行中存在着一些问题，给电网的正常运行带来一定的安全隐患、对检修作业人员和值班运行人员造成伤害，同时也给所在供电区域的用户企业造成了极大的经济损失。近年来，开关柜、环网柜事故频发，造成了经济损失、人员伤亡等不好的社会影响。通过对在运开关柜、环网柜开展全面排查、治理，发现其事故隐患及固有缺陷主要集中在接线方式、内部电弧释放能力、内部绝缘、发热和防误闭锁等方面[杨堃.开关柜、环网柜设备运行问题分析及对策.【J】.供用电.2015,32（5）：54-60]，单靠肉眼难以清晰及时观察出10kV高压开关柜存在隐患。因此，电力部门要做好10kV高压开关柜的全过程管理，及时发现10kV高压开关柜存在问题，加大对10kV高压开关柜的日常维护检修力度，确保10kV高压开关柜的安全稳定运行。因此，研发出一个由红外热像系统、超声波局部放电检测、TEV局部放电检测系统一体化组成的10kV开关柜综合检测仪，使配电设备巡检时快速发现运行缺陷，提高工作效率。
        2、成果简介及工作原理
        10kV开关柜综合检测仪是将智能手机作为采集和显示数据的分析中心，把手机和红外热像系统、超声波局部放电检测系统和TEV局部放电检测系统整合成一套局部放电、红外测温综合检测系统，通过采集开关柜的温度值、超声波局部放电信号及TEV局部放电信号，对开关柜的存在的故障进行评估和判断，并达到一体化和小巧便携的特性。
        10kV开关柜综合检测仪由一部安卓手机，一个超高频信号采集天线，一个空气式超声波传感器，2个地电波传感器，2个接触式超声波传感器加工组合成。非接触超声技术参数为：中心频率40±1KHz，测量范围-7～70dBuV，分辨率±1dB；接触式超声技术参数为：采集频率范围10～100KHz，带宽20～60KHz，分辨率±1dBuV；地电波技术参数为：采集频率范围 3～100MHz，带宽1～100MHz，分辨率±1dB；特高频技术参数为：采集频率范围300～1600MHz，带宽300～1600MHz，分辨率±1dB。
        2.1红外热像温度监测原理
        红外热像系统是利用红外探测器、光学成像物镜接收被测目标的红外辐射信号，经过红外光学系统红外探测器的光敏源，利用电子扫描电路对被测物的红外热像进行扫描转换成电信号，经放大处理、转换通过监测器显示红外热图像。当开关柜内的电力设备出现过热故障时，或不同的柜体之间的温度差异较大时，开关柜发生故障的可能性将加大，红外温度传感器会感知开关柜内部异常的温度变化，产生相应的测量数据和报警信号。

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        2.2超声波局部放电检测原理
        电力设备在放电过程中会产生声波，将传感器贴在电力设备表面，通过超声波传感器接收电气设备局部放电产生的超声信号，检测超声波信号在电力设备表面金属板中传播所感应的振动现象。局部放电的发展过程中放电所释放的能量是从小到大变化的，所以声能也是从小到大变化的。因此根据超声波信号的特征，判断局部放电的强度以及对安全的威胁。
        2.3 TEV局部放电检测原理
        高压电气设备发生局部放电时，放电量往往先聚集在与接地点相邻的接地金属部位，形成对地电流，并在设备金属表面传播。对于内部放电，放电量聚集在接地屏蔽的内表面。屏蔽连续时，在设备外部无法检测到局部放电信号，但屏蔽层通常在某些绝缘部位不连续，局部放电信号就会由此传输到设备屏蔽外壳。因此，局部放电产生的电磁波大部分被开关设备的金属外壳所屏蔽，小部分通过金属箱体的接缝处或气体绝缘开关的衬垫传出，并沿着设备金属箱体外表面继续传播，同时对地产生一定的暂态电压脉冲信号然后通过设备的金属箱体外表面而传到地下去。在设备的金属封闭壳体上产生TEV信号，我们可以通过特制的电容耦合探测器捕捉这个TEV信号。并根据TEV信号的大小来判断局部放电的强度以及对安全的威胁。
        3、使用方法
        3.1红外热像检测
        通过开关柜的观察窗，打开10kV开关柜综合检测仪的红外热像镜头，采集开关柜内部设备的温度分布图和热点温度，对开关柜内部的温度进行分析和对比，并在手机上显示具体的温度值和红外热像图，来对开关柜温度的严重程度进行评估。温度超过设定的正常范围值，会自动报警。
        3.2超声波局部放电检测
        通过贴在10kV高压开关柜表面的接触式超声波检测传感器，对10kV高压开关柜表面的超声波局部放电信号进行检测和分析，判断出10kV高压开关柜内部存在局部放电的可能性和危险性，并在手机上显示具体的dB值，手机上提前设置好相应数值对应的严重程度，并用绿、黄、红三色来指示开关柜超声波局部放电信号的严重程度。
        3.3 TEV局部放电检测
        通过沿着10kV高压开关柜缝隙的TEV局部放电检测传感器，对10kV高压开关柜的缝隙的TEV局部放电信号进行检测和分析，判断出10kV高压开关柜内部存在局部放电的可能性和危险性，并在手机上显示具体的dB值，手机上提前设置好相应数值对应的严重程度，并用绿、黄、红三色来指示开关柜超声波局部放电信号的严重程度。
        4、10kV开关柜综合检测仪效果分析
        10kV开关柜综合检测仪首次实现超声波远程局放成像功能，红外高清成像的功能。与传统的红外热像仪对比，清晰度更强，精确度更大。而且研发了配套的APP软件，可以直接在安卓手机下载安装，拥有数据采集功能，数值超过正常范围会自动预警，反映迅速。除此之外，红外热像系统、超声波远程局部放电检测系统TEV放电检测系统集成在一台仪器中，可根据需要切换使用。设备小巧轻便、适合现场便携式使用。使用该仪器快速精准定位缺陷，减少巡视人员的巡视难度和时间，提高巡视工作效率，减少线路故障发生，降低10kV开关柜多次停电带来的电网运行风险，提高供电可靠性。
参考文献
1.杨堃.开关柜、环网柜设备运行问题分析及对策.【J】.供用电.2015,32（5）：54-60
2.汪祯毅柯明生童志明.TEV和超声波技术在开关柜局放检测中的应用.【A】.中国电力教育.2014，（3）：266-267
项目支撑：本论文来源于广东电网有限责任公司职工技术创新项目；项目名称：10kV开关柜综合检测仪；项目编号： 031900KK52200064