一、引言

高压开关柜广泛应用于10-35kV配电网，其内部绝缘缺陷（如绝缘子破损、导体接触不良）会引发局部放电，长期发展会导致绝缘击穿、设备烧毁，甚至造成大面积停电。传统监测模式依赖“定期停电+离线检测”（如超声波检测、介损测试），存在两大局限：一是“监测间隙性”，两次检测间隔（通常3-6个月）内易形成故障隐患；二是“环境适应性差”，离线检测需停电操作，无法捕捉设备带负荷运行时的动态放电信号（如负荷波动引发的瞬时放电）。随着智能电网建设推进，研发具备“实时性、高精度、抗干扰”的局部放电在线监测技术，成为保障高压开关柜安全运行的关键。

二、高压开关柜局部放电在线监测的技术难点

高压开关柜局部放电在线监测面临三方面核心难点：一是“信号微弱且复杂”，局部放电产生的电信号（几mV至几十mV）、超声信号（几十dB至一百多dB）易被电网谐波、开关操作等强干扰信号淹没，信噪比普遍低于10dB，难以有效提取；二是“空间安装受限”，开关柜内部结构紧凑（如10kV开关柜体积通常≤1m³），传感器需小型化、非侵入式安装，避免影响设备正常运行；三是“多干扰源叠加”，现场存在电磁干扰（如附近电机、变频器产生的电磁场）、机械振动干扰（如柜体共振），传统监测技术易出现误报（误报率超20%）、漏报问题，无法准确判断放电类型与严重程度。

三、高压开关柜局部放电在线监测技术研发要点

3.1小型化高灵敏度传感器研发

针对安装空间与信号捕捉需求，研发两类核心传感器：电信号监测采用“内置式超高频（UHF）传感器”，基于微带天线原理设计，尺寸缩小至50mm×50mm×10mm，通过开关柜观察窗嵌入安装，可捕捉300-1500MHz频段的局部放电UHF信号，灵敏度达1pC（在500MHz频段），且不破坏柜体密封性；超声信号监测采用“压电陶瓷超声传感器”，直径仅15mm，吸附式安装于开关柜外壁，监测频段20-200kHz，通过声阻抗匹配设计（采用环氧树脂封装），将超声信号衰减降低15%，可有效捕捉绝缘缺陷产生的超声振动；同时，传感器内置温度补偿模块（-40℃至85℃范围内），避免环境温度变化导致的灵敏度漂移（漂移量控制在±3%内），确保不同工况下监测精度。

3.2抗干扰信号处理算法设计

为解决信号提取难题，设计“多域联合去噪+特征识别”算法：时域去噪采用“小波阈值去噪”，选取db4小波基对原始信号进行5层分解，通过自适应阈值剔除高频干扰（如电网谐波），信噪比提升至25dB以上；频域去噪引入“陷波滤波”，针对50Hz工频及其整数倍谐波（100Hz、150Hz）设计窄带陷波器，抑制工频干扰；时空域联合识别采用“多传感器数据融合”，对比UHF信号与超声信号的时间差（局部放电产生的电信号与超声信号传播速度不同，时间差与放电位置相关），剔除单一传感器的干扰信号（如仅UHF有信号、超声无信号则判定为电磁干扰），误报率降低至5%以下；此外，提取放电信号的特征参数（如脉冲重复率、峰值、相位分布），建立“放电类型识别模型”（基于支持向量机算法），可区分绝缘老化、尖端放电、悬浮电位等6类典型放电，识别准确率达92%。

3.3在线监测系统集成与预警设计

构建“传感器-采集器-云平台”三级在线监测系统：现场采集器采用ARM Cortex-M4处理器，每10ms采集1次传感器数据，通过4G/5G无线通信将数据上传至云端平台，支持边缘计算（如本地初步判断放电是否超标），避免数据传输延迟；云平台具备三大功能：实时监测（以波形图、频谱图展示放电信号，标注放电量、频次）、智能诊断（结合放电特征与设备运行年限、负荷数据，评估绝缘缺陷严重程度，分为“正常-关注-预警-紧急”四级）、预警推送（当放电量超50pC或放电频次超100次/分钟时，通过短信、APP推送预警信息至运维人员，附带放电位置、类型分析）；同时，系统兼容电力行业标准协议（如IEC 61850），可接入配电网调度系统，实现与其他设备的协同监测。

四、技术验证与应用效果

基于先进的研发技术，精心搭建了一个10kV高压开关柜模拟实验平台，该平台特别设置了绝缘老化、尖端放电等多种典型缺陷。经过一系列严谨的测试，结果显示：传感器能够准确无误地捕捉到放电信号，其定位误差严格控制在5厘米以内，放电量的监测精度高达±5皮库仑。在实际应用中，在某220kV变电站现场对36台10kV开关柜安装了在线监测系统。经过长达6个月的稳定运行，该系统成功预警了2起潜在的绝缘缺陷事件，其中一起是母线接头悬浮电位放电，另一起则是绝缘子老化导致的放电。运维人员根据预警信息及时进行了检修，有效避免了故障的进一步扩大。值得一提的是，该系统的误报率仅为3.2%，漏报率更是达到了零，相较于传统的离线监测方式，其监测效率提升了80%，每年可减少约12小时的停电时间。这一系列数据和实际应用效果，充分验证了该技术的可靠性和实用性，为电力系统的安全稳定运行提供了有力保障。

五、结论

高压开关柜局部放电在线监测技术通过小型化传感器、抗干扰算法、智能系统的协同研发，突破了信号捕捉难、干扰抑制难、安装适配难的技术瓶颈，实现了局部放电的实时、高精度监测。实践表明，该技术可有效提前3-6个月发现开关柜绝缘缺陷，为电力设备状态检修提供数据支撑。未来，需进一步优化传感器成本（推动批量生产降低单价）、拓展多参数监测（如融合温度、湿度数据提升诊断准确性），助力智能电网配电环节的安全稳定运行。

参考文献:

[1]陈蓉.高压开关柜绝缘故障在线监测与安全预警技术研究[J].产业创新研究,2025,(14):132-134.

[2]高兴军,李子健,李永彬.浅析高压开关柜设备状态的智能监测及诊断技术[J].中国设备工程,2025,(10):201-203.

[3]王晓辉,赵雨,柏小辉,等.变电站开关柜“在线监测+带电检测”双模式研究与应用[J].农村电气化,2024,(06):21-24.