基于TEV传感器与TOA算法的高压开关柜局部放电定位方法的研究

广西电网公司梧州供电局、西安交通大学电气工程学院的研究人员麦茜坚、钟悦等，在2015年第6期《电气技术》杂志上撰文，提出采用阈值法、能量法、AIC法、Gabor法提取局部放电脉冲波前时刻，基于时间差（TOA）实现局部放电点自动定位算法。

采用上述算法首先在实验室进行高压开关柜的局部放电点定位，并对比上述方法的优劣。然后，在变电站现场对一面存在疑似放电的开关柜进行定位，通过查看时域波形波前时刻特征以及自动定位两种方法检测，检测结果表明，放电点位于该开关柜上部间隔的母线处，停电检修的结果印证了现场检测结论，证明了本文提出算法的有效性。

高压开关柜广泛用于变电站中，其内部装有电缆接头、避雷器、电流互感器、开关等多种一次配电设备。这些设备在长期运行中由于受到电、热、化学及异常状况影响，导致绝缘强度降低。近年来在配网开关柜中的许多突发设备事故，多是设备绝缘问题所致。

为此，以暂态地电压(TEV)为代表的高压开关柜绝缘状态带电检测技术得到大量的研究与应用[1-3]。文献[4-5]采用时域有限差分法（FDTD）对TEV信号在开关柜中的传播特性进行仿真，分析了开关柜内部各种部件对电磁波传播的影响规律。

文献[5]从波形分布、波形形态、放电幅值与放电相位等方面将TEV检测法与传统脉冲电流法进行比对，认为TEV法与脉冲电流法具备等效性。

文献[6]以针板放电、内部放电、沿面放电与悬浮放电等4种模型验证TEV法检测在开关柜局部放电检测中的合理性。

文献[7]基于FDTD算法对局部放电所产生的超高频电磁波在开关柜中的传播特性，研究各种放电模型的局部放电信号传播规律。此外，超声波传感器、超高频传感器、高频电流传感器等在开关柜等电力设备的联合检测中也得到大量应用[9]。

TEV法检测的基本流程可分为巡检与定位两个步骤。巡检时先比较相邻开关柜的TEV检测幅值，若某开关柜的检测信号值大于相邻开关柜且明显大于背景噪声值，则该开关柜可能存在局部放电点，需进一步定位确定。

对疑似局部放电点的定位，一般有两种手段。第一种手段通过判断幅值的大小实现，其基本逻辑为：距离放电点越近，放电幅值越大，距离越远，幅值越小。但这种方法只能定性检测，较难定量分析，再加上电磁波在开关柜内部传输的过程中，折射与反射分量叠加到原始信号波形上，增加了准确定位难度。

第二种方法通过判断局部放电信号到达各传感器的时间差，根据信号脉冲序列的时间差定位[10-12]。目前的高压开关柜局部放电定位设备一般通过模拟电路判断局部放电信号的上升沿，根据上升沿的时间差进行定位。但这种方法存在信号无法保存、原始信号无法重现以及易于被干扰信号误触发等缺点。

为解决上述问题，本文通过采集原始时域波形信号特征，基于时间差（TOA）法实现局部放电点自动定位。本文首先采用阈值法、能量法、AIC法与Gabor法自动提取局部放电信号序列的波前时刻，然后根据各采样通道的波前时刻确定时间差，以时间差定位局部放电点。放电脉冲具有统计规律，每个工频周期内有大量的脉冲，定位结果以统计结果为准。

本文作者首先在实验室对所开发的算法进行测试，然后变电站现场对一面存在放电的开关柜进行定位，结果表明，放电点位于该开关柜上部间隔的母线处，停电检修的结果印证了现场检测结论。

图5 检测装置框图

结论

开关柜局部放电带电检测是及时发现开关柜内部绝缘缺陷的重要手段，定位缺陷位置是提高检测效率的关键方法。本文基于四种波前时刻计算方法实现局部放电定位，在实验室与现场进行测试验证。从应用效果可看到，在四种方法的定位结果中，阈值法效率高，但阈值选取是否准确成为检测成功的关键因素，能量法定位的准确率最高。