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[摘要]文章根据作者的实践工作经验，介绍了暂态地电压测试技术的原理等内容，通过开关柜发生内部放电时会产生暂态对地电压的原理， 进行开关拒内部局部放电的检测对于及时发现开关拒内部缺陷及安全隐患， 防范设备事故的发生具有重要作用。
[关键词]开关柜 暂态对地电压 局部放电
0 前言
开关柜是电网中的重要组成部分，承担着直接向用户馈电的任务。因此，开关柜设备运行的可靠性直接决定了用户供电的可靠性。开关柜设备发生故障的情况很多， 其故障情况主要可以分为以下几种：
1） 主要是由机构等机械原因引起的拒动故障；
2） 主要由二次控制回路原因引起的误动故障；
3） 主要由绝缘性能不良引起的绝缘故障（如爬电、闪络、击穿等）；
4） 主要由接触不良、设备插件偏心引起的载流故障；
5） 开断与关合故障； 外力破获或加工工艺不良等原因引起的其他故障等。
电气设备在长期运行中会因为电、热、化学等异常状况导致绝缘劣化，甚至发生故障。在众多性质的事故中，绝缘故障与载流故障所占的比率约在30%一50%之间，并且通常造成的后果也很严重，往往1 台开关柜发生事故，波及到相邻设备的现象更为突出。
在以往的工作经验中我们得知，定期停电试验时无法在有效的时间内发现电气设备的缺陷，在采用成熟的带电检测方法，如红外测温、紫外放电、特高频局部放电等技术手段对于变压器、避雷器等设备的检测效果非常好， 但对于开关柜这种结构复杂、外壳为金属屏蔽的封闭式设备， 效果不甚理想。 因此，根据开关柜的特殊情况采取适当的技术手段进行带电测试是很有必要的。
研究证明，绝缘与载流故障都与放电现象密切相关，对设备进行放电检测和监测可有效发现设备隐患，是实现状态监测的重要技术手段。为了能将局放测试实现带电测试，近年来发现了通过测量开关柜内因局部放电致使其金属壳体上产生的瞬间对地电压（Transient Earth Voltages，简称TEV），可有效检测判断设备内部是否存在绝缘故障。
1.暂态地电压检测原理
根据麦克斯韦电磁场理论， 高压电气设备内部局部放电现象发生时产生出变化的电场，变化的电场激起磁场，而变化的磁场又会感应出电场，这样，交变的电场与磁场相互激发并向外传播，形成了电磁波。这些电磁波通过开关柜金属壳间的通道传播，对于内部放电，放电电量聚集在开关柜接地屏蔽的内表面，因此，如果开关柜的屏蔽层完全屏蔽时无法在外部检测到放电信号但实际上，开关柜的屏蔽层通常在绝缘部位、金属外壳间的间隔、垫圈连接处、电缆绝缘终端等部位无法屏蔽，这样，高频电磁信号就会沿屏蔽层传输到设备外层，通过金属箱体的接缝处或气体绝缘开关的衬垫传播出去，因柜体接地， 电磁波在开关柜外表面感应出高频电流，同时产生一个暂态电压，通过设备的金属箱体外表面而传到地下去。这些电压脉冲是于1974年由Dr Jolm Reeves首先发现，并把它命名为Transient Earth Voltages即暂态对地电压，简称TEV.
2.暂态地电压信号特点
暂态对地电压一般在几十毫伏～几伏之间，且只能维持几纳秒。其信号幅值与设备内部放电量和传播途径的衰减程度有关， 衰减量主要取决于放电点在开关柜内部的位置！开关柜内部结构以及开口大小，如垫圈的厚度。
暂态对地电压传感器类似于RF耦合电容器，开关柜壳体上暂态对地电压的变化会在传感器的金属极板上感应出高频电流，感应电流的大小与放电脉冲的前沿陡峭程度有关，对传感器输出的高频电流进行处理，可以间接获得局部放电的强度和频度。 因此，可以利用专门的传感器对暂态对地电压信号进行检测判断开关柜内部的放电故障，同时可以利用同一放电源产生的暂态地电压信号到达不同传感器的时间差对局部放电源进行定位，或者通过幅值对比来定位。
在开关柜的暂态对地电压测量中，通常采用dB 的形式表明局部放电信号的强度，采用信号幅值与基准值的比值的对数来表征，OdB 表示信号幅值与采用的基准值相等。
3.案例分析
某220kV变电站内35kV开关柜在进行隐患排查时，测试发现暂态地电压局部放电测试背景值为28 dB。部分开关柜暂态地电压局部放电测试值大于50dB，且小室内存在放电声音.根据测得的信号与背景值均较大，且测得信号值大于背景信号15dB以上，判断设备中可能存在有害的局部放电，利用PDL-1开关柜暂态地电压局部放电定位仪对局部放电源进行定位检测，主要根据暂态地电压信号所经过的时间来确定放电活动的位置，原理是采用比较暂态地电压信號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。检测过程中，在开关柜的横向进行定位，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，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。
通过定位测试，内部异常放电位置为35kV 3号接地变19336开关柜上侧A 相穿墙套管附近，该位置暂态地电压局部放电测试值大于63dB。
异常放电位置
通过测试结果，判断其余开关柜信号值偏大是35kV 3号接地变19336开关柜内存在异常放电引起，设备内部未存在异常放电。停电检修后，对支持瓷瓶进行了处理。投运后小室内放电声音消失。
4.总结
开关柜暂态地电波检测技术可有效发现开关柜内部放电故障，，但由于开关柜数量众多，属于多种电气设备的组合体，种类繁多，结构复杂，紧凑型设计通常不可能固定安装大型监测装置，监测设备的高成本与开关柜设备的低造价不成比例等原因，不能像变压器、GIS等设备那样的在线监测，仅能采用带电检测的手段进行分析。所以该技术在检测周期、数据处理、分析等方面还需要进一步的明确。
开关柜暂态地电波检测技术对于发现开关柜内部绝缘缺陷，如金属尖端缺陷，悬浮电位缺陷、绝缘气隙缺陷等均有较好的应用效果，对于及时发现开关柜内部缺陷及安全隐患，防范故障的发生具有重要作用，对提高电力系统的供电可靠性具有重要的现实意义。
参考文献
[ 1 ]王风雷等.电力设备状态监测新技术应用案例精选.中国电力出版社.
[ 2 ]陈为荣，宋永华，孙锦鑫电力系统设备状态监测的概念及现状.
[ 3 ]袁易全.局部放电超声特性实验研究。
[ 4 ]幸晋渝， 留念.高电压开关柜的在线监测与故障诊断技术.
[关键词]开关柜 暂态对地电压 局部放电
0 前言
开关柜是电网中的重要组成部分，承担着直接向用户馈电的任务。因此，开关柜设备运行的可靠性直接决定了用户供电的可靠性。开关柜设备发生故障的情况很多， 其故障情况主要可以分为以下几种：
1） 主要是由机构等机械原因引起的拒动故障；
2） 主要由二次控制回路原因引起的误动故障；
3） 主要由绝缘性能不良引起的绝缘故障（如爬电、闪络、击穿等）；
4） 主要由接触不良、设备插件偏心引起的载流故障；
5） 开断与关合故障； 外力破获或加工工艺不良等原因引起的其他故障等。
电气设备在长期运行中会因为电、热、化学等异常状况导致绝缘劣化，甚至发生故障。在众多性质的事故中，绝缘故障与载流故障所占的比率约在30%一50%之间，并且通常造成的后果也很严重，往往1 台开关柜发生事故，波及到相邻设备的现象更为突出。
在以往的工作经验中我们得知，定期停电试验时无法在有效的时间内发现电气设备的缺陷，在采用成熟的带电检测方法，如红外测温、紫外放电、特高频局部放电等技术手段对于变压器、避雷器等设备的检测效果非常好， 但对于开关柜这种结构复杂、外壳为金属屏蔽的封闭式设备， 效果不甚理想。 因此，根据开关柜的特殊情况采取适当的技术手段进行带电测试是很有必要的。
研究证明，绝缘与载流故障都与放电现象密切相关，对设备进行放电检测和监测可有效发现设备隐患，是实现状态监测的重要技术手段。为了能将局放测试实现带电测试，近年来发现了通过测量开关柜内因局部放电致使其金属壳体上产生的瞬间对地电压（Transient Earth Voltages，简称TEV），可有效检测判断设备内部是否存在绝缘故障。
1.暂态地电压检测原理
根据麦克斯韦电磁场理论， 高压电气设备内部局部放电现象发生时产生出变化的电场，变化的电场激起磁场，而变化的磁场又会感应出电场，这样，交变的电场与磁场相互激发并向外传播，形成了电磁波。这些电磁波通过开关柜金属壳间的通道传播，对于内部放电，放电电量聚集在开关柜接地屏蔽的内表面，因此，如果开关柜的屏蔽层完全屏蔽时无法在外部检测到放电信号但实际上，开关柜的屏蔽层通常在绝缘部位、金属外壳间的间隔、垫圈连接处、电缆绝缘终端等部位无法屏蔽，这样，高频电磁信号就会沿屏蔽层传输到设备外层，通过金属箱体的接缝处或气体绝缘开关的衬垫传播出去，因柜体接地， 电磁波在开关柜外表面感应出高频电流，同时产生一个暂态电压，通过设备的金属箱体外表面而传到地下去。这些电压脉冲是于1974年由Dr Jolm Reeves首先发现，并把它命名为Transient Earth Voltages即暂态对地电压，简称TEV.
2.暂态地电压信号特点
暂态对地电压一般在几十毫伏～几伏之间，且只能维持几纳秒。其信号幅值与设备内部放电量和传播途径的衰减程度有关， 衰减量主要取决于放电点在开关柜内部的位置！开关柜内部结构以及开口大小，如垫圈的厚度。
暂态对地电压传感器类似于RF耦合电容器，开关柜壳体上暂态对地电压的变化会在传感器的金属极板上感应出高频电流，感应电流的大小与放电脉冲的前沿陡峭程度有关，对传感器输出的高频电流进行处理，可以间接获得局部放电的强度和频度。 因此，可以利用专门的传感器对暂态对地电压信号进行检测判断开关柜内部的放电故障，同时可以利用同一放电源产生的暂态地电压信号到达不同传感器的时间差对局部放电源进行定位，或者通过幅值对比来定位。
在开关柜的暂态对地电压测量中，通常采用dB 的形式表明局部放电信号的强度，采用信号幅值与基准值的比值的对数来表征，OdB 表示信号幅值与采用的基准值相等。
3.案例分析
某220kV变电站内35kV开关柜在进行隐患排查时，测试发现暂态地电压局部放电测试背景值为28 dB。部分开关柜暂态地电压局部放电测试值大于50dB，且小室内存在放电声音.根据测得的信号与背景值均较大，且测得信号值大于背景信号15dB以上，判断设备中可能存在有害的局部放电，利用PDL-1开关柜暂态地电压局部放电定位仪对局部放电源进行定位检测，主要根据暂态地电压信号所经过的时间来确定放电活动的位置，原理是采用比较暂态地电压信號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。检测过程中，在开关柜的横向进行定位，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，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。
通过定位测试，内部异常放电位置为35kV 3号接地变19336开关柜上侧A 相穿墙套管附近，该位置暂态地电压局部放电测试值大于63dB。
异常放电位置
通过测试结果，判断其余开关柜信号值偏大是35kV 3号接地变19336开关柜内存在异常放电引起，设备内部未存在异常放电。停电检修后，对支持瓷瓶进行了处理。投运后小室内放电声音消失。
4.总结
开关柜暂态地电波检测技术可有效发现开关柜内部放电故障，，但由于开关柜数量众多，属于多种电气设备的组合体，种类繁多，结构复杂，紧凑型设计通常不可能固定安装大型监测装置，监测设备的高成本与开关柜设备的低造价不成比例等原因，不能像变压器、GIS等设备那样的在线监测，仅能采用带电检测的手段进行分析。所以该技术在检测周期、数据处理、分析等方面还需要进一步的明确。
开关柜暂态地电波检测技术对于发现开关柜内部绝缘缺陷，如金属尖端缺陷，悬浮电位缺陷、绝缘气隙缺陷等均有较好的应用效果，对于及时发现开关柜内部缺陷及安全隐患，防范故障的发生具有重要作用，对提高电力系统的供电可靠性具有重要的现实意义。
参考文献
[ 1 ]王风雷等.电力设备状态监测新技术应用案例精选.中国电力出版社.
[ 2 ]陈为荣，宋永华，孙锦鑫电力系统设备状态监测的概念及现状.
[ 3 ]袁易全.局部放电超声特性实验研究。
[ 4 ]幸晋渝， 留念.高电压开关柜的在线监测与故障诊断技术.