開關柜結構對局部放電UHF電磁波傳播特性的影響

來源：揚州國浩電氣有限公司 2025年05月08日 07:26

隨著生產力和科學技術的迅速發展，電力在整個國民經濟和人民日常生活中發揮著越來越重要的作用。無論是高度生產自動化的工業用電還是居民越來越依賴的生活用電，保證供電可靠性都是電力系統必須解決的首要問題。高壓開關柜在電力系統中起著重要的作用，承擔著正常線路的投入、退出以及故障線路的切除，對電網和負荷的安全、穩定運行起著控制和保護的雙重作用。根據公司高壓開關設備運行狀況統計分析，截止2009年底，公司系統僅12kV-40.5kV開關柜在運量己經達到了33萬面。一旦發生故障，隨之產生的后果也是十分嚴重的。直接的危害是被開關柜所控制保護的線路、設備受損，電量損失；間接的危害則是造成用戶大面積停電，影響正常的生產、生活甚至社會穩定。高壓開關柜的安全穩定運行時刻關系著電力系統的可靠運行。絕緣故障在開關柜故障中占有很大比例。在絕緣故障的情況下，事故潛伏期會發生局部放電(partial discharge，PD)現象。大量統計分析表明，局部放電是造成絕緣故障的主要原因，也是絕緣劣化的重要征兆。因此，監測局部放電可有效地發現開關柜內部存在的絕緣故障缺陷，從而及時進行針對性檢修，免除故障排查的繁瑣和人力、物力、財力的浪費，避免停電事故的發生。開關柜局部放電監測方法主要有脈沖電流法、超聲波法、射頻法、紫外脈沖監測法、暫態對地電壓(transient earth voltage，TEV)法、超高頻(ultra high frequency，UHF)法。 UHF法是通過監測開關柜局部放電過程產生的UHF電磁波信號實現局部放電監測，由英國(CEGB)實驗室于20世紀80年代初期提出。在高壓開關柜運行現場，變電站背景噪聲和空氣中電暈干擾其頻率通常小于400MHz。因此，在超高頻范圍內(500-1500MHz)提取局部放電產生的超高頻信號，外界干擾信號少，因而檢測系統受外界干擾影響小，可以極大地提高高壓開關柜局部放電在線監測的可靠性和靈敏度。

開關柜結構

高壓開關柜是由高壓斷路器、負荷開關、接觸器、高壓熔斷器、隔離開關、接地開關、互感器，控制、測量、保護、調節裝置，以及內部連接件、附件、外殼和支持件等組成的成套配電裝置。復雜的內部結構對局部放電輻射產生的UHF電磁波具有折反射、散射、以及衍射等作用，從而導致接收到的PD信號失真，存在UHF信號幅值的衰減、波形的畸變、時延等現象，這些影響跟電磁波的傳播距離和傳播路徑有直接的關系。電磁波傳播過程造成的信號失真使得傳感器及時檢測到PD信號和根據檢測到的PD信號對故障進行定位發生困難，所以欲對開關柜中的局放源實現準確定位以及傳感器合理化布局，就必須深入了解電磁波在開關柜中的傳播特性，展開開關柜結構對局部放電UHF電磁波傳播特性的影響研究。開關柜一般電壓相對較低，局部放電監測方面重視不夠。基于UHF法的開關柜局部放電監測系統研究還比較匾乏，考慮到不同環境電磁波傳播特性的差異，不能簡單的將GIS和變壓器UHF監測法的研究成果簡單應用于開關柜。此外，開關柜內部封閉空間狹小，結構緊湊，在展開傳播特性研究基礎上考慮開關柜結構對各類時延算法的影響分析，比較研究各類時延估計算法在開關柜實際運行情況下的適用性，對基于UHF法的開關柜故障定位以及開關柜超高頻監測系統的開發研究都具有一定的指導作用。

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