10kV线路柱上开关带电局放测试方法与流程

本发明涉及中压领域的带电作业的局部放电测试方法，尤其是一种中压柱上开关带电局部放电测试方法。

背景技术：

10kv柱上开关设备重要程度较高，10kv柱上开关一般作为主线路分段、联络或大负荷用户的进线开关，其故障或停电影响用户较多甚至可能影响整条线路的正常供电。发生故障时影响用户的可靠供电，对用户生产及供电企业的供电均成较大损失。

10kv柱上开关安装位置及装置特殊：1)、离地高，巡视、检修困难：10kv柱上开关安装于户外架空线路水泥杆上，安装位置较高，一般离地均在9m以上，国家电网公司《配网运行规程》q/gdw519-2010要求架空线路柱上电气设备在市区等人口稠密地区安装位置不得低于9m。巡视时人员在地面上凭肉眼无法清晰查看柱上开关设备的状态，巡视比较困难。同时由于安装位置较高，离带电体较近，检修时线路及设备必须停电、人员必须上杆作业，难度较大。2)、10kv柱上开关设备小，设备内部操作机构间隙小，只有10cm～20cm，不满足10kv电气安全距离要求，必须采用密封的真空或sf6气体进行有效绝缘。并且由于10kv柱上开关一般装于野外，现场环境复杂，必须对设备进行密封，导致仅凭肉眼无法有效判断设备状态。10kv柱上开关一般作为架空线路分断操作，必有一侧始终带电，导致设备始终处于带电状态，人员不得直接碰触设备。

10kv柱上开关现行检测、判断方法单一：只有停电检修，无法开展带电检测。现行10kv柱上开关由于安装位置较高、一直处于带电状态，现行检测手段较为单一，现行无带电检测手段，只有采用停电检修。同时由于位于野外、安装位置高，部分地点无检测仪器所需220v电源，导致检测难度较大。

做传统的停电检测受地点限制：如现场无220v电源，则需进行拆除更换；如现场有电源，则测试人员必须上杆作业，工作难度大。

做传统的停电检测受审批条件制约：必须预先申请停电，做好审批，才能更换开关。现行用电可靠性要求高，停电审批困难，此方法存在不确定性。

技术实现要素：

本发明主要针对现有的检修模式下，检修时间长、需要停电检修导致停电时间长，检修过程复杂的缺点，提供一种10kv线路柱上开关带电局放测试方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：10kv线路柱上开关带电局放测试方法，包括如下步骤：；

s1，利用局放测试仪器测试环境幅值；

s2，利用局放测试仪器对10kv柱上开关开展暂态对地电压进行检测；

s3，利用局放测试仪器对10kv柱上开关开展超声波检测；

s4、发现对暂态对地电压或超声波过高时开展精确定位；

s5，对测试数据进行分析，确定设备状态。

优选的，步骤s4的精确定位方法为：先开关柜的横向定位，当两个探测器同时触发时，说明放电位置在两个探测器的中线上，然后开关柜的纵向定位，同样确定一根中线，两根中线的交点，就是局部放电的具体位置。

优选的，当两个探测器触发不稳定，无法判断时，移动其中任何一个探测器，定位系统分出是哪个探测器先被触发。

优选的，当有多处放电点时，发现在某个特定检测区域内两只探测器的通道指示灯都亮，而探测器一旦出了这个区域就能明显地分出信号的先后，此特定区域通就是放电点的分布范围。

优选的，步骤s5的分析方法包括横向分析：该分析假设同一个开关室内开关柜的设备绝缘水平不存在明显的差异，通过分析同次测量结果的平均水平，并衡量个体偏离总体平均水平的程度来判断设备是否存在绝缘缺陷。

优选的，步骤s5的分析方法包括趋势分析：该分析假定设备的绝缘水平不会发生突发性恶化，连续性的局放测试数据不会出现大的差异，即变化量保持稳定，且围绕零点波动，对同一开关柜不同时间的测试结果进行分析，从而比较分析得出开关柜的运行状况。

优选的，步骤s5的分析方法包括统计分析：对各个变电站不同电压等级开关柜一定时间段内的整体运行情况进行统计分析，计算其典型统计参数，并结合假设一定的概率分布模型，计算与故障概率值对应的放电水平。

优选的，步骤s5的分析方法包括阈值比较：以统计分析计算获得的放电水平判断设备的故障可能性，提供三个阈值q1、q2、q3，该阈值由上述统计分析获得，将某开关柜的检测结果ve和这三个阈值进行比较，得到目前该开关柜的运行状态，运行状态包括：正常、关注、预警和检修，

优选的，利用带电作业车将测试人员及局放测试仪器送至靠近柱上开关1m位置。

本发明解决了10kv柱上开关无法进行带电检测的难题，确定了开关带电运行中的状态。具有如下有益效果：

1、操作具有便利性、可行性的特点。利用带电作业车可灵活、机动地将人员送至野外水泥杆上的柱上设备，利用带电局放测试原理及10kv柱上开关构造及运行特点的有效结合，可行性高，数据直接读取，分析结果简单直观。

2、监测时间短。10kv柱上开关带电局放检修在试点试验中，一般测试一台开关时间为20分钟左右。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述：

图1为压电式声探测器的结构示意图；

图2为开关柜内部放电检测定位原理图。

具体实施方式

下面具体说明本发明10kv线路柱上开关带电局放测试方法，包括如下步骤：；

s1，利用局放测试仪器测试环境幅值；

s2，利用局放测试仪器对10kv柱上开关开展暂态对地电压进行检测；

s3，利用局放测试仪器对10kv柱上开关开展超声波检测；

s4、发现对暂态对地电压或超声波过高时开展精确定位；

s5，对测试数据进行分析，确定设备状态。

在测试前，在10kv柱上开关安装点水泥杆附近展开带电作业车，测试人员穿戴绝缘服、绝缘手套，携带仪器进入绝缘斗臂，做好检测准备。具体是利用带电作业车将测试人员送至柱上开关边1m左右位置。

开关柜内绝缘缺陷会导致局部放电现象的产生，开关柜产生局部放电会发生声、光、电、热等物理和化学变化。这些特征都可作为局部放电检测信号的传感对象。

表面放电产生声波在各个频段都有散射。可听见的声波探测取决于个人的听力。使用仪器探测声谱中超声波部份很有优势的。仪器比人的耳朵灵敏，不依赖于操作员，检测最有效的方法是使用一个超声波传感器，主要频率大约在40khz。这种方法在进行表面放电的检测时是非常成功的。

当开关设备绝缘件发生内部放电和电晕放电时，将产生电磁波，这些电磁波通过开关柜金属外壳间的通道传播出去，这些通道可能是金属外壳间的间隔、衬垫或其它绝缘部件，当电磁波传出金属箱体时，同时在开关柜的金属箱体上产生一个暂态对地电压(tev)，暂态对地电压(tev)只有几伏且只能维持几纳秒(ns)。可以通过在运行中的开关设备的金属外箱壳上放置一个tev探测器来测试开关设备内的内部放电和电晕放电情况。

表面放电最成功的检测方法是使用超声波技术，表面放电发出的tev信号要比内部放电的要小很多。另外，表面放电所产生的电磁波信号频率也比tev设备的检测频率要低，这是由于放电特性不同的原因引起的，在很多情况下，它不会被tev传感器所检测到，因为这种电磁信号比背景值要低。

1、tev检测原理：在开关柜固体绝缘材料内部，由于一些外界因素绝缘件小空隙。在使用中，绝缘体一端接地，一端接高压，使得这些小空隙像小电容一样地充电，当充电到一定程度时，它们就放电，同时产生各种物理、化学现象，如电荷的交换，发射电磁波、发热、产生分解物碳等，日益增多的碳将导致空隙导通，将增加作用在相邻空隙的电气压力，重复上述过程，最后导致绝缘击穿。通过放电产生的电磁波脉冲大部分通过周围的金属制品传输出去，同时产生一个暂态电压，这些电压脉冲即为暂态对地电压(tev)。经研究这种tev信号直接与同一型号、在同一位置测量的设备的绝缘体的绝缘状况成正比。根据这一原理，来实现对设备的内部放电状况进行检测。

2、超声波(ultrasonic)检测原理：绝缘材料表面，因灰尘潮湿等原因，会在绝缘材料表面形成表面放电，从能量的角度来看，放电是一个能量瞬时爆发的过程，是电能以声能、光能、热能、电磁能等形式释放出去的过程，在空气间隙中发生电气击穿时，放电瞬时完成，其电能瞬时转化为热能导致放电中心气体的膨胀，这种瞬时膨胀的结果以声波的形式传播出去，就是最初的声源，随着最初的声波传播，传播区域内的气体被加热，形成一个等温区，其温度高于环境温度，当这些气体冷却时，气体又开始收缩，收缩的结果就是较低频率和强度的后续波，它可以是可闻声波或超声波。超声波是指振动频率大于20khz以上的，人在自然环境下无法听到和感受到的声波。然后利用外差法(heterodyning)，将被接收的信号转换成一个人耳可判别、可听见的声音信号，并将放电所产生的超声波大小以电压(dbμv)的形式显示出来，使用者通过分析耳机中传来的放电声音以及显示屏上声压的大小来判断开关柜内部是否存在表面放电现象。

外差法原理就像是收音机，可将超声波信号准确地转换成声音，让人们容易地辨认及了解。传感器接收到超声波信号，经过主机选频后，选出要接收的超声波信号。同时，在主机中，有一个本地振荡器，产生一个跟接收频率差不多的本振信号，它跟接收信号混频，产生差频，这个差频就是中频信号。中频信号再经过中频选频放大，然后再检波，就得到了原来的音频信号。音频信号通过功率放大之后，就可送至耳机发声了。

由于声学监测法与声信号的大小有很大关系，因此必须具有很高的灵敏度，才能捕捉到开始放电时产生的微弱的声信号，同时又不能受到噪声的干扰，造成误报警。为了达到不受到外界噪声干扰的目的，所取的频段必须避开可听声的频率范围，即20hz—20khz，所以应当取频率大于20khz的声信号，即超声波。

现有的研究成果表明，由于表面放电的每一次放电时间都很短，因此它的频谱很宽，相应的放电产生的声信号频谱也很宽，频谱范围从数百赫兹到数兆赫兹。从己有的试验结果来看，声发射信号的频谱分量主要集中在20khz—150khz之间，为了提高灵敏度，应选择频谱分量最大的频率，所以频率应当在20khz—150khz，再考虑到信号频率越高，在空气中传播时的衰减越大，本技术选择了40khz这一频率作为传感器的中心频率。

本发明中超声波传感器采用压电式声传感器，压电晶体的振动模式采用了弯曲振动，因为弯曲振动压电换能器的结构简单、尺寸小、重量轻，机电耦合系数高，q值高，易于与空气匹配。

参考图1所示，10kv柱上开关带电局放测试用压电式声探测器，包括压电组件、固定座6、外壳2，所述固定座和压电组件设于外壳内，所述压电组件包括两层叠设置的压电陶瓷晶片5以及胶合固定在两压电陶瓷晶片之间的金属薄片4，所述金属薄片延伸到压电陶瓷晶片以外，所述压电陶瓷晶片的表面镀有一层表面电极，所述表面电极经导线与输出电极7连接，在压电组件的中央部分用结合轴与圆锥状的推向锥3连成一体，所述压电组件以简支边的形式固定在固定基座上，所述金属外壳的上方设有金属防护网1。

其中，所述金属薄片与压电陶瓷晶片采用低温环氧树脂胶合固定。所述表面电极采用表面蒸发镀膜的方法结合在压电陶瓷晶片表面。所述压电式声探测器的中心频率为40khz，灵敏度约-65db。

压电晶体边界的处理一般有三种形式：a、夹支边，边界作刚性固定；b、简支边，边界用刀刃夹住；c、自由边，边界不受任何约束。夹支边的机电藕合极低，会降低传感器的灵敏度，因此不予采用；自由边结构安装不方便，也不能采用；简支边结构轻便、结实，而且装置的损耗降低到最低程度，是被使用最多的边界支撑。在本技术中采用的也是简支边结构。

在确定了压电晶体和压电晶体的边界后，还需要设计传感器的总体结构。对于接收用的传感器，总期望有较低的阻抗值，以便接收到较弱的声信号和输出较大的电压信号。传感器的总体结构形式对接收性能影响很大，经过多次试验和对比，设计了传感器。传感器结构为敞开式，具有灵敏度高、体积小、易于制作等优点。

为了改善传感器的机械性能和机电耦合，以及结构安装的方便，在两陶瓷片之间胶合一片金属薄片。为了便于支撑和进行电连接，金属片延伸到压电陶瓷片以外。一旦压电陶瓷和金属片的层与层之间出现任何滑动，将会显著降低传感器的性能，因此胶合层要非常薄、坚固和稳定。金属与陶瓷之间的胶合，使用低温环氧树脂，由于胶合层的厚度对传感器的频率会有影响，在环氧树脂固化过程中必须施加以适当的压力，使胶合层均匀、结合紧密。压电陶瓷的表面镀有一层金属导体，也就是电极。当声压作用在压电陶瓷上时，在压电陶瓷表面产生的电荷是束缚电荷，不能被电路读出，电极的作用将束缚电荷转变为自由电荷，从而被电路读出。金属电极必须与压电陶瓷紧密结合在一起，所以采用了表面蒸发镀膜的方法。表面电极经导线与输出电极连接。压电组件以简支边的形式固定在基座上，在压电组件的中央部分用结合轴与圆锥状的推向锥连成一体，推向锥可以将声压有效地集中在压电晶体的中心，提高传感器的接收灵敏度。上述的部件都被安放在金属外壳内，金属外壳的前端用金属丝组成的防护网代替，使声波能够入射到压电陶瓷上。

局放的定位和干扰的排除。

参考图2所示，定位根据tev信号所经过的时间来确定放电活动的位置，原理是采用比较tev信号分别到达每个传感器所需要的时间，定位系统指示哪个传感器先被触发，进而表明这个传感器离放电点的电气距离较近。

步骤s4的精确定位方法为：先开关柜的横向定位，，当两个传感器同时触发时，说明放电位置在两个传感器的中线上，同理，我们在开关柜的纵向进行定位，同样确定一根中线，两根中线的交点，就是局部放电的具体位置。但在检测过程中我们要注意以下几点：

有时候两个传感器触发不稳定，令人无法判断。出现这种情况的原因之一是两个传感器上的信号抵达的时间相差很小，超过了定位系统的分辨率。也可能是由于两只传感器与放电点的距离相等造成的。只要稍微移动其中任何一个传感器，定位系统就能够分出是哪个传感器先被触发。

还有一种情况是离测量位置较远处存在强烈的放电活动。由于信号高频分量的衰减，信号经过较长距离的传输后波形的前沿发生畸变。且因为信号不同频率分量传播的速度稍微不同，造成波形的前沿进一步畸变，使定位系统难以区分哪个传感器先被触发。噪声干扰也会导致定位系统判断出现随机性，尤其是在信号能量经过多次反射后已衰减很多的情况下。

如果两个传感器间的电气中心点位置在两个(或多个)放电点之间，且中心点位置处于右边放电点的右侧，那么左边的探测器将一直先触发，反之亦然。因此，当有多处放电点时，可以发现在某个特定检测区域内两只探测器的通道指示灯都亮，而传感器一旦出了这个区域就能明显地分出信号的先后。此特定区域通常就是放电点的分布范围。

干扰的排除：

区分干扰有多种办法。检测到的放电触发时间间隔表现出特有的随机性。由于电气或电子设备的干扰触发可分辨出来，因为它是有规律的或具有一定的周期性就像无线电信号发射、电钻、拨号中的电话、经过的汽车发出的信号一样。

通常可用时间差技术找出信号传播方向来确定与被测设备相距较远的放电干扰源。远处的干扰信号还可从比较探测器在不同位置测得的信号变化区分出来。如果在某个位置测得很强的信号而稍微换个地方信号就立即减弱很多，这说明附近不远处存在放电活动。而在设备上各个位置测得的读数均差别不大，说明放电点(活动可能较强)的位置离得较远。

步骤s5的分析方法包括横向分析：

该分析假设同一个开关室内开关柜的设备绝缘水平不存在明显的差异，可以通过分析同次测量结果的平均水平，并衡量个体偏离总体平均水平的程度来判断设备是否存在绝缘缺陷。针对以上分析，对同一个开关室内开关柜的测试结果进行横向比较，当某一开关柜个体的测试结果比其它开关柜的测试结果及现场背景值均大时，则初步可以认为此设备存在缺陷的可能性较大。

步骤s5的分析方法包括趋势分析：

分析假定设备的绝缘水平不会发生突发性恶化，连续性的局放测试数据不会出现大的差异，即变化量保持稳定，且围绕零点波动。对同一开关柜不同时间的测试结果进行分析，从而比较分析得出开关柜的运行状况。需要周期性的对开关室内开关柜进行检测，并将每次检测的结果存档备份，以便于分析不同时间内设备局部放电状态的变化，从而判断设备的运行状况。

步骤s5的分析方法包括统计分析：

可以对各个变电站不同电压等级开关柜一定时间段内的整体运行情况进行统计分析，计算其典型统计参数，并结合假设一定的概率分布模型，计算与故障概率值对应的放电水平。

步骤s5的分析方法包括阈值比较：

以统计分析计算获得的放电水平判断设备的故障可能性，并给出“正常”、“关注”、“预警”以及“检修”等多种辅助决策建议。

提供三个阈值q1、q2、q3，该阈值由上述统计分析获得。将某开关柜的检测结果ve和这三个阈值进行比较，可以得到目前该开关柜的运行状态，运行状态包括：正常、关注、预警和检修。

10kv柱上开关带电局放检效益明显

1、解决了10kv柱上开关无法进行带电检测的难题，确定了开关带电运行中的状态；

2、节省时间、受限制少

做传统的停电检测受地点限制：

如现场无220v电源，则需进行拆除更换；如现场有电源，则测试人员必须上杆作业，工作难度大。

做传统的停电检测受审批条件制约：

必须预先申请停电，做好审批，才能更换开关。现行用电可靠性要求高，停电审批困难，此方法存在不确定性。

3、10kv柱上开关带电局放测试与传统停电检测的对比，带电局放测试优势明显。

带电局放测试相对传统停电更换做实验具有：耗时短、无需用户停电、工作人员少、无需供电局内部沟通协调、设备及专业仪器限制少、费用为传统停电检测费用的1/4，同时供电企业没有损失，用户也无需停电。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，熟悉该本领域的技术人员应该明白本发明包括但不限于附图和上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。