原文发表在《高压电器》2025年第1期。
https://www.chndoi.org/Resolution/Handler?doi=10.13296/j.1001-1609.hva.2025.01.003
基于分布式地电压测量的开关柜放电溯源方法
谢荣斌1，薛静1，靳斌1，王瑞果1，关浩斌2
(1. 贵州电网有限责任公司贵阳供电局，贵阳 550081；2. 西安交通大学电气工程学院， 西安 710049)
一 内容简介
暂态地电压（TEV）检测是测量开关柜局部放电的常用方法之一，然而由于现场接地系统布置等原因，其信号时常在设备间出现串扰，从而给放电源的定位带来困难。针对该问题，分别构建了单体开关柜与变电站开关室并排开关柜的电磁仿真模型，探究了在放电源未知的条件下单体开关柜暂态地电压信号的最佳测量点，以及多台开关柜共用接地体时的放电源定位方法。仿真结果表明，在放电源位置未知的条件下，柜体正面中下方的测量点位具有最佳的测量效果；对于共用接地体的并排开关柜，各柜对于同一放电脉冲的响应幅值随其与放电源的距离增加而显著衰减，因此可通过构建分布式传感器网络，在同步检测的条件下实现放电源的定位。最后，在某变电站开展的现场实测表明，分布式同步测量定位方法具有良好的应用效果，对暂态地电压法的现场应用提供了有价值的参考。
二 主要内容
高压开关柜是配电网系统中广泛应用的电能开断和调配设备，具有结构紧凑、组合灵活、安装方便等特点。高压开关柜在长期带电运行的过程中，其内部的绝缘材料、绝缘附件和金属连接件会在各种应力和环境因素的综合作用下，发生绝缘劣化，引起异常放电甚至绝缘失效。因此，定期开展局部放电检测，及时发现潜在的绝缘故障，是配网系统运维的重要工作内容。
暂态地电压(TEV)是一种灵敏度高且使用方便的非侵入式局部放电检测方法，在金属铠装式开关柜等设备上有着较为广泛的应用。然而，近年来的现场经验表明，该检测方法的信噪分辨能力和放电定位能力不甚理想，其检测效果受现场环境和开关设备布局影响显著。当多台开关柜共用一套接地系统时，其中一台开关柜内部的局部放电TEV信号会通过接地阻抗耦合至其他各柜体形成串扰，虽然地电压检测手段能够较为有效的定位开关柜内大致放电源位置，但对多台共地开关柜情况的很难做出有效判断。另一方面，由于局部放电具有随机性和间歇性的特点，而传统的带电巡检作业对于各设备局部放电的检测无法满足时间上的同步性，因此也将带来放电定位上的困难。
为了解决TEV信号的放电定位问题，邢雅、姜纪宁等学者提出了基于信号时间差的四通道传感器定位方法。该方法可对故障开关柜进行有效定位，其优点是不仅可以对故障开关柜进行溯源，而且可以定位到柜内故障发生的具体隔室，但是该方法需在同一台开关柜上布置至少4个TEV传感器，成本较高，从而限制了其广泛应用。
相较于基于信号时间差的四通道传感器定位方法，分布式同步测量的定位原理只需在每一台开关柜上布置1个TEV传感器。针对TEV传感器目前存在的难以广泛应用问题，文中基于单台及多台开关柜的电磁—电路耦合仿真结果提出了利用分布式地电压传感器网络实现开关柜局部放电的定位方案。首先，文中基于时域有限差分数值仿真技术，构建了开关柜场—路耦合仿真模型，分析了局部放电发生在电缆室支柱绝缘子、电缆终端处等不同情况下的电磁波传播模式和暂态地电压信号时频域特征，并确定了地电压检测传感器最优部署位置。在此基础上，根据配电室内开关柜的典型实际布局，建立了共地并排开关柜的仿真模型，探究了在同一放电脉冲电磁辐射源下各柜的地电压信号特征，提出了利用分布式传感器网络实现放电源定位的方法。为了验证该方法的实际效果，采用多个分布式组网的地电压无线智能传感器，在某变电站配电室中展开了该方法的实际应用，并成功定位一处绝缘缺陷，验证了分布式传感网络定位方案的有效性。
1 仿真模型的建立
1.1 TEV信号的耦合原理
1.2 TEV耦合装置的等效电路模型
1.3 仿真模型的构建
2 传感器布置方案的确定
2.1 电缆室支柱绝缘子放电仿真
2.2 电缆终端放电仿真
2.3 实测放电信号及结果分析
3 多台并列开关柜局放地电压仿真分析
3.1 开关柜单列布置的定位原理仿真
3.2 开关柜双列布置的定位原理仿真
4 分布式测量定位方法的实验验证
4.1 测试条件
4.2 测试结果
4.3 结果分析
三 结论
1)文中建立了完整的开关柜局部放电的暂态地电压检测的仿真模型；基于仿真模型，得到了TEV传感器的优化布置方案。
2)根据开关柜在运行中采用的布置方式，以仿真手段进行了暂态地电压幅值分布的研究。结果表明，虽然共地的开关柜存在局部放电信号的串扰现象，但通过采用同步测量的方式，各开关柜上的TEV信号幅值分布情况可有效表征放电源位置。
3)在仿真研究的基础上，采用分布式TEV传感器网络，在某变电站开关室中开展了实际测量定位。通过对故障开关柜的解体检查，证明了该放电溯源方案的有效性。
作者简介
谢荣斌(1970—)，男，高级工程师，主要研究方向为高电压技术及电网智能感知技术的研究(E-mail：2895935341@qq.com)。
本文索引
谢荣斌，薛静，靳斌，等. 基于分布式地电压测量的开关柜放电溯源方法[J]. 高压电器，2025, 61(1)：19-29.
XIE Rongbin，XUE Jing，JIN Bin，et al. Location method for partial discharge in switchgear cabinet based on distributed transient earth voltage measurement[J]. High Voltage Apparatus，2025, 61(1)：19-29.
《高压电器》，CN 61-1127/TM，ISSN 1001-1609，邮发代号：52-36，1958年创刊，月刊，国内外公开发行，刊名由当时的人大常委会副委员长、中国科学院院长郭沫若同志亲笔题写。陕西省科技期刊精品期刊。
《高压电器》入选的数据库有：中文核心期刊、中国科技核心期刊、中国科学引文数据库（CSCD）核心刊、RCCSE中国核心学术期刊、世界期刊影响力指数（WJCI）报告。另外，《高压电器》还被国际著名的Scopus数据库收录，同时被俄罗斯的《文摘杂志》（AJ，VINITI）、英国的《科学文摘》（SA）及日本科学技术振兴机构数据库（JST）等著名期刊检索机构列为来源期刊。
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