Page 58 - 电力与能源2021年第五期

5 5 0 谢荣斌, 等: 开关柜局部放电传感器监测方案及仿真研究

巡检, 不仅会消耗大量的人力物力, 还会因为监测
人员水平和经验的不足而导致漏判误判。由于对
开关柜内部局放位置与严重程度尚未进行深入研
究, 分布式传感器节点部署位置并未有实际方案。
基于开关柜绝缘故障的原理, 提出一种改进
的 TEV 局部放电检测方法, 传感器采用非侵入
式监测手段实现在线监测, 可以发现一些潜在的
绝缘故障。对开关柜内部局放位置进行研究, 结
合传感器数据采集特点进行开关柜的局部放电监
测, 优化监测效果。仿真及试验结果验证了本文
方法的有效性和可行性。

1 开关柜内局放电磁波传播机理
图 1 开关柜仿真模型( 单位: mm )
利用麦克斯韦方程分析开关柜内局放电磁波 表 1 各个组件材料电磁参量
-1
的传播机理, 可以得到均匀介质中电磁场的波动 开关柜元件 相对介电常数 电导率σ /( S · m )
外壳 1.0 1.1×10 6
方程:
铜母线 1.0 5.7×10 7
2
ì ∇ E =ε μ ∂E ∂E 电流互感器材料 3.6 1×10 -8
ï
2
2 + μ γ
ï ∂t ∂t 断路器瓷瓶 5.7 1×10 -8
í ( 1 )
2
ï 2 ∂H ∂H ( 1 ) 对开关柜内部的 YZ 平面内部的场强变
ï ∇ H =ε μ 2 + μ γ
î ∂t ∂t 化进行监测, 如图 2 所示。由图 2 中场强的变化
引入标量势 φ 和矢量电势 A , 分析得到方程 可知, 在刚开始时, 缝隙处的场强逐渐增大, 在经
的解:
过一段时间后, 电磁波穿过开关柜缝隙向外部传
(
ρ x' , ' , z' , t- r ) 播, 在时间为 7.1ns时, 缝隙处场强比柜体中央
y
1
(
φ x ,, z , t ) = 4π ε ∫ v dv 表面大 25dB 左右。由此可知, 电磁波在经过缝
y
v r 隙时, 一部分向空气传播, 另一部分沿着开关柜表
r
δ ( x' , ' , z' , t- ) 面传播, 形 成 暂 态 地 电 压, 并 且 在 边 界 处 场 强
y
μ
A ( x , , z , t ) = 4π ∫ v dv
y
v r 最大。
( 2 )
由式( 2 ) 可知, 局放所产生的高频电磁波是沿
着r 方向进行的, 传播速度为v , 这说明电磁波产
生之后向周围空间均匀辐射和扩散。
2 仿真分析
2.1 开关柜仿真模型的建立
受制于计算力与仿真时间的限制, 在开关柜 图 2 开关柜内YZ 平面的场强变化过程
建模过程中仅保留一些主要设备 [ 7-10 ] 。 ( 2 ) 探究局放源脉宽对 TEV 信号幅值的影
针对该类型开关柜进行仿真建模, 柜体大小 响。不同放电源下脉冲宽度与 TEV 信号幅值的
为800mm×1500mm×2300mm , 如图1 所示。 关系: 检测点的 TEV 幅值随着电源脉冲宽度的
各个组件材料的电磁参量如表 1 所示。 增加而呈指数衰减, TEV 的脉冲宽度也随着电源
2.2 仿真分析 的脉宽增加而增大。
通过仿真模型探究开关柜内电场强度的分布 ( 3 ) 局放源幅值 对 TEV 信号的影响。在开
规律, 以及局放脉宽、 局放幅值与检测距离对传感 关柜外表面上设置分布式传感器的探测单元检测
器测量信号的影响。 暂态地电波信号。结果表明, 局放源的幅值越高,