開關柜局部放電監測裝置的技術原理與選型要點分析

一、開關柜局放監測需求分析

對開關柜進行局部放電監測，是評估設備絕緣狀況的重要手段。

在電氣設備的絕緣內部，若存在氣泡間隙、雜質、尖刺等缺陷，在強電場作用下，開關柜絕緣內部的電場分布會變得不均勻，缺陷部位的電場強度會顯著變大，進而容易導致該部位發生未貫穿整個絕緣的放電現象，即局部放電。

局部放電通常不會引發開關柜內部絕緣的穿透性擊穿，但會導致絕緣介質出現局部損壞。若局部放電長期存在，在一定條件下會破壞絕緣裝置的電氣強度，最終造成開關柜內部絕緣擊穿。

開關柜局放監測能夠盡早發現設備的潛伏性故障并實現故障預警，是避免故障發生的有效措施之一。

二、開關柜局放監測技術手段

1、開關柜局部放電現象

電氣設備發生局部放電時，會伴隨電、光、聲、熱等一系列物理現象。高壓開關柜局部放電監檢方法，正是基于對這些能直觀反映放電特征的物理量的檢測而設計，通過捕捉這些物理量的變化，實現對局部放電的有效監測。

2、開關柜局部放電監測手段：聲波、暫態地電壓、特高頻

①暫態對地電壓（TEV）法

依據麥克斯韋電磁場理論，當高壓開關柜內部出現局部放電時，會產生交替變化的電磁場，進而激發電磁波。這些電磁波信號在柜體內部傳播，在屏蔽結構不連續處，會向柜體外殼泄露。泄露的電磁波信號會在外殼表面感應出電流，該感應電流通過設備表面存在的波阻抗，形成脈沖電壓，即暫態對地電壓信號（TEV）。通過檢測 TEV 信號的強度、頻率等特征參數，可實現對局部放電的監測與分析。

②超聲波檢測法

局部放電發生時間很短，瞬時功率高，釋放的能量以熱能形式被周圍介質吸收。介質分子受熱激發，形成聲源，產生超聲波信號。由于放電過程迅速，所產生的超聲波信號具有很寬的頻譜范圍。這些超聲波信號在開關柜柜體中傳播，被安裝于柜體上的傳感器中的壓電晶體接收，并轉換為電信號。電信號經放大、采集后，可進行后續的特征分析，從而判斷局部放電的位置、強度等信息。

③特高頻法

開關柜內發生局部放電時，會激發出頻率很高的電磁波，其頻率可達 GHz 級別。特高頻法通過在開關柜內部合理設置天線傳感器，捕捉這一頻段的電磁信號。通過對采集到的特高頻信號進行分析處理，可進一步判斷故障類型、故障位置及故障距離等關鍵信息，為開關柜的狀態評估與故障診斷提供重要依據。

三、開關柜局部放電監測裝置APD系列

1、APD100開關柜特高頻局放監測裝置

產品功能

檢測帶寬：300MHz~1600MHz；

等效高度：≥10.5mm；

接口類型：SMA；

通信方式：同軸電纜；

防護等級：IP65；

安裝方式：磁吸式。

2、APD100開關柜特高頻局放傳感器

產品功能

工作電源：DC10~30V，≤3W；標配220V適配器；

檢測通道：1路；

測量范圍：-60dBm~+10dBm；

測量內容：放電幅值，放電頻次；

連接電纜：同軸電纜；

匹配阻抗：50Ω；

告警輸出：1路，5A/AC250V，5A/DC30V；

通信方式：1路RS485, MODBUS-RTU協議；1路Lora 無線通訊；

安裝方式：導軌式安裝。

3、APD300-L開關柜三合一有線局放傳感器

產品功能

供電方式：DC 9-36V（標配電源適配器）

通訊方式：RS485

采樣周期：4s

安裝方式：磁吸式

4、APD300-W開關柜三合一無線局放傳感器

產品功能

工作電源：電池供電（可充電鋰電池）

通訊方式：Lora

采樣周期：2h

安裝方式：磁吸式

4、APD300局部放電裝置已獲取國網電科院報告

四、開關柜局放監測現場應用

1、特高頻傳感器APD100

應用場景：適于中壓開關柜（61柜、28柜、環網柜）出廠前集成安裝或對已投用的高壓開關柜進行停電安裝。

產品特點：系統抗干擾能力強，可靠性高。

應用安裝：特高頻傳感器磁吸方式安裝于電纜室，采集裝置導軌式安裝于儀表室。

實現過程：頻傳感器所檢測的信號很高，經過同軸電纜送往開關柜局部放電在線監測裝置，進行放大、濾波、檢波，數字脈沖提取、數字濾波、局放特征量計算等數字化處理，并完成局放可視化操作、局放判斷、數據存儲、數據上送等功能。

監測內容：放電次數、放電量、PRPD/PRPS圖譜等。

告警機制：采樣周期1s，連續5次采樣超過報警閾值，報警（寄存器置位+DO輸出）。

2、三合一局放傳感器APD300

應用場景：適于中壓開關柜（61柜/28柜/環網柜）

產品特點：系統抗干擾能力強，可靠性高。

應用安裝：三合一有線傳感器磁吸方式安裝于電纜室，通過RS485總線將局放數據上傳至監控系統平臺。三合一無線傳感器磁吸方式安裝于柜們外，通過無線方式將局放數據上傳至局放接收器ATC600-PD。

監測內容：監測3種信號的放電次數和放電量、噪聲、溫度、濕度。

告警機制：有線款：每4s采樣時間內放電次數和放電量同時超過報警閾值，報警（傳感器寄存器置位）。

無線款：每2小時的4s采樣時間內放電次數和放電量同時超過報警閾值，報警（接收器寄存器置位）

五、開關柜局放監測系統組網