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開(kāi)關(guān)柜局放測試儀與超聲波檢測方法原理

發(fā)布時(shí)間:2020-10-09 16:41:21 瀏覽次數:5259

  中高壓金屬封閉式開(kāi)關(guān)柜在變電站中得到了大量使用,其安全運行直接影響整個(gè)變電站的供電可靠性,對其運行狀態(tài)進(jìn)行檢測是非常必要的。在長(cháng)期高溫、高電壓、振動(dòng)、潮濕等作用下,同時(shí)加上在制造過(guò)程中潛存的缺陷等,高壓開(kāi)關(guān)柜內部的金屬部件有可能產(chǎn)生局部放電,導致電氣絕緣強度降低。如果不及時(shí)處理可能導致嚴重的后果。今天小編給大家介紹的是高壓開(kāi)關(guān)柜局部放電測試儀的檢測方法及其原理。先簡(jiǎn)單介紹下開(kāi)關(guān)柜局部放電測試儀,這款設備包含兩種傳感器:超聲傳感器及TEV傳感器,簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)本儀器就是依靠這兩個(gè)傳感器來(lái)進(jìn)行測試的。

  根據麥克斯韋電磁場(chǎng)理淪,局部放電會(huì )產(chǎn)生變化的電場(chǎng),變化的電場(chǎng)激起磁場(chǎng),而變化的磁場(chǎng)又會(huì )感應出電場(chǎng),這樣交變的電場(chǎng)與磁場(chǎng)相互激發(fā)并向外傳播便形成電磁波。對于內部放電,放電電量聚集在接地屏蔽的內表面,因此,如果屏蔽層是連續的則無(wú)法在外部檢測到放電信號。實(shí)際上,屏蔽層通常在絕緣部位、墊圈連接處、電纜絕緣終端等部位出現破損而出現不連續,這樣局部放電產(chǎn)生的電磁波就會(huì )通過(guò)屏蔽層不連續的部分傳輸到設備表面,在設備表面產(chǎn)生感應電流,設備表面存在波阻抗,進(jìn)而在設備外層形成1個(gè)暫態(tài)對地電壓,簡(jiǎn)稱(chēng)TEV。

  目前TEV檢測方法大都采用電容耦合探測器來(lái)檢測局部放電的幅值和放電脈沖頻率,其工作作原理如圖1所示。一般來(lái)說(shuō)單芯10 kV電纜的波阻抗約為10Ω , 35 kV開(kāi)關(guān)柜母線(xiàn)室金屬外殼的波阻抗約為70Ω。電纜或母線(xiàn)室發(fā)生局部放電產(chǎn)生持續10us的約100mA的脈沖電流時(shí),在金屬外殼上會(huì )出現1-7V的對地電壓。傳統的脈沖電流法以視在放電量來(lái)表示放電強度,但由于在工作現場(chǎng)存在大量電磁信號,對定量分析存在不容忽視的干擾。同樣由于電磁干擾,TEV檢測不作為定量測量的手段,采用相對讀數來(lái)表示放電強度。該方法主要用于比較性的測量,主要用在比較某一組特定設備中各個(gè)設備的運行情況從而確定檢修的最先順序。也可以對單個(gè)設備在時(shí)間上進(jìn)行跟蹤測量,找出其放電活動(dòng)的變化,了解設備的損傷情況。

  發(fā)生局部放電時(shí),在放電區域中,分子間產(chǎn)生劇烈撞擊,宏觀(guān)上產(chǎn)生了聲波,頻率大于20kHz的稱(chēng)為超聲波。通過(guò)檢測局部放電產(chǎn)生的超聲波信號來(lái)判定局部放電的方法稱(chēng)為局部放電的超聲波檢測方法。開(kāi)關(guān)柜的噪聲主要集中在低頻領(lǐng)域,大多在20 kHz以下,采用超聲波方法進(jìn)行局部放電檢測,應避開(kāi)干擾頻率范圍而以高頻率為對象,但頻率越高,聲波在傳送過(guò)程中的衰減越大,因此利用超聲波方法進(jìn)行局部放電檢測所采用的頻段一般在數十到數百kHz。

  典型的超聲波傳感器的中心頻率大約在40kHz附近,通常固定在開(kāi)關(guān)柜的外殼上,利用壓電晶體作為聲電轉化元件。當開(kāi)關(guān)柜內部發(fā)生放電時(shí),局部放電產(chǎn)生的聲波信號傳遞到開(kāi)關(guān)柜表面,超聲波傳感器將其轉換為電信號,通過(guò)放大器放大后傳到采集系統。圖2為超聲波方法檢測開(kāi)關(guān)柜局部放電示意圖。其中路徑1為超聲信號在空氣中以最短的路徑傳播到柜體內壁,再穿過(guò)鐵皮到達傳感器。路徑2為超聲波從放電源通過(guò)空氣直接傳到傳感器位置,再穿過(guò)鐵皮進(jìn)入傳感器。除此之外超聲波在柜體內傳播時(shí)還會(huì )發(fā)生不同程度的折反射,在一定的角度內,有可能出現由于超聲波發(fā)生全反射而接收不到信號的現象。

  超聲波檢測方法最大的優(yōu)點(diǎn)是不受電氣干擾,且可以實(shí)現放電源的準確定位,但是開(kāi)關(guān)柜內游離顆粒對柜壁的碰撞可能對檢測結果造成干擾;同時(shí)由于開(kāi)關(guān)柜內部絕緣結構復雜,以及超聲波的衰減和折反射,使得有些絕緣內部的局部放電可能無(wú)法被檢測到。

  綜上所述,將TEV與超聲波檢測方法結合應用,既可以排除現場(chǎng)電磁環(huán)境的干擾,也可以排除游離顆粒與柜壁碰撞等干擾,大大提高檢測系統的抗干擾性,同時(shí)可以實(shí)現對局部放電源的精確定位。

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