开关柜局部放电检测与定位系统的研究

发布时间：2019-08-03 06:55

【摘要】：开关柜作为配电网中重要的电力设备,其在生产或运行过程中的一些绝缘缺陷很容易引起局部放电的发生,经一定阶段短间隙局部放电发展到长间隙击穿,将影响到开关柜的正常运行,带来巨大的经济损失。因此,若能对正常运行的开关柜进行局部放电在线检测,及时发现开关柜中的绝缘隐患,并对其做到准确定位,将有效提高电网运行的稳定性。本文基于各种检测方法的优缺点,提出了采用TEV(暂态地电压)法对开关柜局部放电进行检测,并利用HFCT(高频电流传感器)与超声波传感器声电联合法对检测到的局部放电源进行准确定位。鉴于现阶段的一些局部放电检测装置对采集传感器单一性的约束,而示波器对传感器兼容效果良好的特点,本文提出了基于示波器与LabVIEW串口通信的方式采集局部放电信号,并设计出局部放电检测与定位装置。首先,本文从局部放电理论出发,阐述了开关柜内部发生典型局部放电的原因及特征。针对局部放电产生机理与局部放电检测理论,研制出一种电场耦合式TEV传感器,并在实验室条件下对研制的TEV传感器进行幅频特性验证,得出该试制的传感器具有宽频带、高灵敏度的特点。采用相似的验证方法,对HFCT传感器的特性进行分析,得出HFCT传感器的有效检测频段远大于超声波的中心频率,HFCT能灵敏地检测到快速传播的高频电流信号,即验证了声电联合定位方法的有效性。利用有限元差分法(FDTD),在三维电磁仿真软件XFDTD7.0中对开关柜内部局部放电引起的电磁波分布规律和感应电压大小进行了仿真分析,该仿真从理论上对局部放电的检测实验有很重要的指导意义。其次,基于本文所研究的内容,在上位机LabVIEW中完成了局部放电检测与定位装置的软件设计。该软件的核心程序为:LabVIEW通过VISA连接方式实现示波器与上位机的USB串口通信,并实时采集两路信号;对采集的TEV局部放电信号进行数字滤波与小波降噪,分析局部放电的单次脉冲波形、单次脉冲频谱与PRPD谱图;编写声电联合定位程序,提取超声波相对HFCT的延迟时间,嵌入改进 Levenberg-Marquardt(LM)算法实现定位。最后,在实验室的条件下,设计开关柜典型局部放电模型并搭建试验平台,利用检测装置对三种局部放电进行检测分析,并针对电晕放电精确定位。结果表明开关柜局部放电检测装置在实验环境下能有效识别出不同放电类型,并能实现准确地定位,因此该检测装置基本满足设计要求与检测需要。
【图文】：

开关柜局部放电检测与定位系统的研究

司［２０１０］１１号文件印发了《电力设备带电检测技术检测工作正式列入设备运维工作中，２０１３年国家０１３《输变电设备状态检修试验规程》，对带电检测步做出规定［２］。而１０ｋＶ、３５ｋＶ高压开关柜成套设备，对高压开关柜的状态监测也就显得尤为重要。统发电、输电、配电和电能转换过程中进行开合、元件主要由一次设备和二次元件组成，一次设备主支母线、高压接触器等，二次元件主要有继电器、内部设备的特点，开关柜的故障类型可分为拒动／误故障、载流故障、外力及其他故障［４］。为了能够了中国电力科学研究院对２００４年４０．５ｋＶ以下的开析，如图Ｍ所示，其中，，因内部绝缘缺陷引起的故障的３５％左右。而广东电网公司对１９９２－２００２年示，绝缘故障的比例甚至高达６６％［５】。逡逑

开关柜局部放电检测与定位系统的研究

开关柜内部发生局部放电时，放电产生的脉冲电流在开关柜表面感应产生一逡逑个脉冲电压信号，可通过在开关柜外壳设置暂态地电波传感器（ＴＥＶ）检测感应电逡逑压信号［２Ｑ］。检测原理见图２－１：逡逑Ｃ１邋￣￣逡逑ｃ、中逡逑图２－１邋ＴＥＶ采集信号原理图逡逑Ｆｉｇ．２－１邋Ｔｈｅｏｒｙ邋ｏｆ邋ＴＥＶ逡逑暂态地电压ｗ信号在开关柜外壳进行传播，开关柜外壳相当于电容ｑ的上极逡逑板，这样开关柜外壳与传感器内部的上极板形成电容Ｃ１；同理ＴＥＶ内部的下极板逡逑与上极板形成检波电容Ｃ２。通过测试Ｃ２两端的电压信号即可检测出开关柜外壳上逡逑感应生成的地电波信号［２１］。图２－１中f为传输线缆的阻抗，昊为示波器的输入阻逡逑抗，根据文献［２２］可知矣所以示波器检测到的电压信号为＜：２两端信号。两逡逑个等效电容进行串联，根据串联电容分压可得到检测到的暂态地电压为：逡逑Ｕ２邋＝邋－邋－Ｃ］邋■邋ｕ逦（２－１）逡逑ｃ，＋ｃ２逡逑其中，ＴＥＶ检测到的电压信号与Ｃ，、（：２取值有关。由理论计算公式可以看出，逡逑当ｑ越大、Ｃ２越小时
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TM591

【参考文献】