一种改进型脉冲电流法的开关柜局部放电监测装置

　　1 装置工作原理

　　1.1 改进型脉冲电流法

　　在开关柜绝缘系统中,由于受到过电压、过电流、机械震动、温湿度等因素的影响,导致绝缘系统中电场强度分布不均使得部分区域发生放电,这种放电会在绝缘部分形成不固定的放电通道,但不足以形成导电通道,即未击穿绝缘系统,这种现象称为局部放电。当发生局部放电时会有一定数量的电荷通过电介质,这一放电时间很短,表征出来就是一次陡峭的电流脉冲,测量这个脉冲的方法就是脉冲电流法。基于脉冲电流法的局部放电测试通常用于电气设备的型式试验、出厂试验和其他离线测试中,通过无局部放电的可控升压测量系统实现测试。而实际运行设备现场由于存在各种形式的电磁干扰,并不具备相比于离线测试时的无局部放电升压测试条件,所以基于脉冲电流法的带电或在线局部放电测试应用较少。

　　改进型脉冲电流法是一种直接测量脉冲电流的方法,同时兼顾提高抗干扰能力和可带电安装的要求。高压开关柜普遍配置了带电显示器,通过一个母线支撑绝缘子等效成的电容器和发光氖灯泡串联实现对三相母线带电情况进行指示[1]。该等效电容器可作为脉冲电流法局部放电测试的耦合电容器,并与带电显示装置一起构建了局放脉冲电流检测回路。如图1所示,母线支撑绝缘子等效成的耦合电容器代表Ck,带电显示装置的等效阻抗代表Zm天然形成了并联脉冲电流法的检测回路。由于运行中的开关柜的Ck和Zm的值不统一,同时不希望对带电显示器工作造成影响,且为了提高在线监测装置的抗干扰能力,我们设计了采用专用的固体磁芯材料的开口式高频宽带电流传感器,卡接在耦合电容Ck所在回路上。

　　图中Cx表示被检测设备,当其内部存在绝缘缺陷并在电压作用下产生局部放电时会产脉冲电流Ij,从图1看出Ij有I1和I2两个分量,但由于脉冲电流中含有频率高达数10kHz以上的分量,该高频电流沿I2方向上受到低通滤波器Zch的阻挡,所以I2分量很小、I1分量大。当I1流过时开口式高频宽带电流传感器就会产生一个脉冲电压被传送到局放检测仪器进行分析。脉冲电流法对于突变信号反应灵敏,易于准确及时地发现故障,同时脉冲电流法以pC作为反映局部放电严重程度的度量指标,具有严格的判断依据[2]。相较于脉冲电流法,改进型脉冲电流法采用高频宽带开口式Rogowski线圈制作的高频电流传感器,检测频带更宽,抗干扰能力更强。

　　图1 改进型脉冲电流法检测原理图

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　　图2 安装位置图

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　　1.2 局部放电信号获取位置

　　进行局部放电检测首先要获取局部放电信号。结合开关柜自带带电显示回路的特点,改进型脉冲电流局放传感器在开关柜仪表室中找到了可免断电安装得信号接入点[3]。如图2所示,在开关柜的仪表室中有绝缘子式电容传感器和带电指示灯串联回路,该回路具有耦合高频局放信号的作用。将高频电流传感器卡在绝缘子式电容传感器和带电指示灯之间的导线上可获取局放脉冲信号,同时不影响带电指示器的正常工作,再将高频电流传感器输出端子接到局部放电采集单元输入端就可采集到开关柜局部放电信号。改进型脉冲电流法能够带电安装,尤其适合安装于已运行中的开关柜中。

　　2 高频电流传感器及在线监测装置系统组建

　　高频电流传感器作为改进型脉冲电流局部放电检测法的传感器部件,使用Rogowski线圈方法,即在环状的磁芯材料上围绕多匝导电线圈,高频交变电流穿过磁芯中心引起的高频交变磁场会在线圈中产生感应电流[4]。我们设计了开口式高频宽带电流传感器(图3),开口式高频宽带电流传感器的检测频段为1～30MHz,在此频段上的幅频特性曲线如图4所示。该传感器具有抑制低频和高频干扰的能力,为整个监测装置提供降噪的能力。此外该传感器还具有转移阻抗高、易于安装的特性。

　　图3 开口式高频宽带电流传感器

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　　图4 开口式高频宽带电流传感器幅频特性曲线

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　　图5 在线监测装置系统图

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　　变电站内的高压开关柜总是按照一次主接线图成组布置的,柜与柜并排排列。考虑到外部干扰的无差别性,将在线监测装置设计成对一组开关柜的同时监测通过横向比较降低外部干扰。如图5所示,在开关柜前部仪表室,将三个高频电流传感器分别卡在开关柜三相绝缘子式电容传感器和带电指示灯之间的导线上,输出接到固定在仪表仓中的带有三个输入通道的局部放电采集单元上[5]。通过CAN总线连接8台局部放电采集单元和一台开关柜局部放电监测装置。局部放电监测装置对8台开关柜的采集数据进行分析诊断,诊断结果可通过以太网和或485总线将发送给智能变电站综合在线监测系统或远程终端单元,远程监测系统实现显示、故障报警等功能。

　　3 结语

　　本文通过共用开关柜内绝缘子式电容传感器和带电指示器构建的串联回路实现了对局部放电信号的获取;同时设计了专用的开口式高频宽带电流传感器降低低频和高频干扰提高了抗干扰能力;三相输入提高了对局放采集单元环境噪声的抑制力并提高了故障定位的准确性;局部放电监测装置通过多台开关柜采集数据的横向比较进一步提高了整个系统的检测可靠性。