開關柜局部放電帶電檢測定位技術的應用與研究

孔令明,肖云東，劉 娟，曾令甫

（1.濟寧供電公司，山東 濟寧 272100；2.山東電力集團公司超高壓公司，山東 濟南 250021）

0 引言

長期以來，運用預防性試驗來診斷開關柜內設備的絕緣狀況起到了很好的效果，但由于預防性試驗周期的時間間隔較長，不能有效發現設備存在的潛伏性缺陷，且開關柜內設備大都采用環氧樹脂型材料作為外絕緣，制造過程中不可避免地會殘存少量氣泡，由于開關室內環境因素不一樣，受溫度、潮濕等環境影響嚴重，運行中會產生局部放電的可能，導致電氣絕緣強度降低，甚至發生故障。近年來許多突發事故，多是局部放電所致。

隨著用電負荷的不斷增加，10～35 kV金屬封閉成套開關設備廣泛應用于各個變電站，這些開關設備安全可靠的運行決定了供電的合格率和可靠性。電氣設備在長期運行中必然存在著電的、熱的、化學的及異常狀況下形成的絕緣劣化，經公司技術人員調查研究，“開關柜局部放電帶電檢測技術”主要針對開關柜局部放電檢測，該方法在檢測時不用嵌入現場開關設備，就可直接檢測，檢測過程中不必提供高壓測試電源、不必停電，可以了解開關柜帶電運行下局部放電的狀態，從而預先發現開關柜內潛在的故障點，確保現場設備持續、安全、有效地運行，提高供電可靠性。

1 局部放電檢測原理

高壓系統組件結構一般比較復雜，采用的介質也多種多樣，常用的有氣體介質（如SF6）、固體介質（如聚烯烴、硅橡膠、環氧樹脂等）。固體介質的工藝上是經過真空澆注成一體的，從理論上講，真空澆注應該沒有氣泡，但實際上因為工藝原因，在澆注時不可避免地存在氣泡和雜質（圖1）。在運行中由于這些氣泡的存在將導致局部場強增大、局部放電發生，這種放電不斷蔓延和發展，會引起絕緣的損傷（碳化痕跡或穿孔），如任其發展，會導致絕緣喪失介電性能而造成事故。此外，大多數機械破壞也會導致局部放電的產生。

局部放電會產生各種物理、化學現象，如電荷交換、電磁波、聲波、發熱、發光、產生分解物等，因而可以有很多測量局部放電的方法。本文討論對局部放電產生的電磁波的檢測。

圖1 固體介質中的空隙

通過放電產生的電磁波通過金屬箱體的接縫處或氣體絕緣開關的襯墊傳播出去，同時產生一個暫態電壓，通過設備的金屬箱體外表面而傳到地下，這些電壓脈沖為暫態對地電壓，簡稱TEV。

開關柜局部放電帶電檢測定位技術，采用暫態對地電壓的原理來對開關設備局部放電狀況進行檢測、測量及定位，通過電容耦合式傳感器在被檢設備的接地金屬外殼上進行探測及測量。檢測由于局部放電而引起短暫的電氣脈沖，可測出局部放電的幅值。

使用兩只電容耦合傳感器檢測，通過時間差法來確定放電活動的位置，原理是比較電磁波到達每只傳感器所需要的時間（圖2）。系統指示哪個傳感器先被觸發，表明哪只探測器離放電點的電氣距離較近。采用時間差法來確定放電點的方法在本質上優于采用比較信號強度來確定放電點的方法，因為電磁波的多次反射可能造成幅值測量結果不正常。

圖2 時間差法確定局放點

2 技術的應用

2.1 引起開關柜局部放電的主要原因

爬距及空氣間隙不夠；制造質量及工藝不良；接點容量不足或接觸不良；環境條件的影響；雷電過電壓造成開關柜閃絡。

2.2 測試點的選取

測試過程中選擇局部放電容易發生的位置進行檢測，如母排（連接處、穿墻套管，支撐絕緣件）、開關刀閘，電纜接頭等位置。如有條件，應對開關室內母線橋架進行檢測。

2.3 干擾及干擾的排除

潛在的干擾源之一是無線電廣播發射機，該技術的檢測帶寬為3～60 MHz，因此，無線電廣播發射機的信號頻率不可避免地也在裝置測量范圍之間，當無線電廣播發射機離開關室距離實在太近或功率太強時，會對檢測結果產生一定的影響。

寬頻段的噪聲是由各種類型的電子裝備發出的，包括遙感儀器、計算機、控制器、逆變器和電源，另一種干擾源是有機械切換電流或有電刷或其它類似產生電火花的設備，其它干擾源包括放電電子管、熒光燈、電流回路接觸不良等。

還有一種干擾源是被測設備相鄰位置或自己本身的其它地方還有放電活動發生。例如正在進行電纜終端箱放電試驗的電纜本身在幾米遠的地方內部又發生放電活動；正在進行內部放電檢測的電纜絕緣層本身外部出現放電；正在進行試驗的設備上方的導線（可能是更高電壓等級）出現放電。

區分干擾有多種辦法。例如，關閉干擾源，如一些室內的排風扇等；采用不同的時間進行測試，避開無線電及其它電子裝置的干擾信號；也可用雙傳感器測量模式找出信號傳播方向來確定與被測設備相距較遠的放電干擾源。遠處的干擾信號還可從比較傳感器在不同位置測得的信號變化區分出來，如果在某個位置測得很強的信號而稍微換個地方信號就立即減弱很多，這說明附近不遠處存在放電活動，而在設備上各個位置測得的讀數均差別不大，說明放電點（活動可能較強）的位置離得較遠。

2.4 檢測結果的分析

縱向分析法：是對同一設備不同時間的測試結果進行分析，從而比較分析得出設備的運行狀況，周期性的對開關室內開關柜進行檢測，并將每次檢測的結果存檔備份，以便分析不同時間內設備局部放電狀態的變化，從而判斷設備的運行狀況。

橫向分析法：是對同一個開關室內同類設備的測試結果進行比較，當同類型的某一設備個體的測試結果比其它同類設備的測試果及現場背景值均大時，就可以認為此設備存在缺陷的可能性。

數據判斷法：根據大量的實驗以及現場的測試經驗，得出以下判斷數據供檢測人員使用。

1）當發現開關室內背景值與測試值都在20 dB以下時，表示沒有發現信號源，開關設備正常，下月再次進行巡檢。

2）如果開關室內，測試值和背景值都在20～30 dB以上，表示發現有信號源，應對該開關室加強關注，縮短檢測周期，觀察信號的發展趨勢。

3）如果開關室內背景值在20 dB以下，而某幾個開關柜的測試值大于背景值20～25 dB，檢測人員應使用定位技術來對放電位置進行定位，并采取一定的處理措施。

4）如果開關室內，測試值和背景值都在30 dB以上，且并沒有發現在某個開關柜上出現峰值，應使用定位技術來判斷放電信號的來源，如檢測結果發現放電信號是從開關柜上傳來，而不是外界的干擾信號，那么需要對存在問題的開關柜采取一定的處理措施。

5）所有被清掃或被檢修的開關柜，在清掃或檢修完后，應再次對該開關室進行檢測。

2.5 定位結果的判斷

定位過程中，首先在開關柜的橫向進行定位，當兩個傳感器的定位指示燈同時亮的時候，說明放電位置在兩個傳感器的中線上，同理，我們在開關柜的縱向進行定位，同樣確定一根中線，兩根中線的交點，就是局部放電的具體位置。

3 檢測實例

采用該技術分別對7個110kV變電站內10 kV和35 kV開關柜進行檢測。

3.1 測試結果正常

參考放電幅值不大于20 dB的判斷依據，絕大部分開關柜的測試數據均在此范圍內，說明局部放電現象不明顯，開關柜屬正常運行范圍，見表1。

表1 35 kV 501開關柜局部放電測試數據

3.2 間歇放電

在不同的時間段內，對110 kV某變電站10 kV 9120柜進行局部放電測試，得到表2～4所示數據。

表2 10 kV 9120開關柜局部放電測試數據

表3 10 kV 9120開關柜局部放電測試數據

表4 10 kV 9120開關柜局部放電測試數據

通過數據，我們可以初步判斷為10 kV 9120柜內設備存在局部放電，且放電幅值比較大，采用定位技術對放電點進行定位，最終確定電纜處有局部放電現象，并進行重點檢查試驗，發現電纜終端頭受潮導致電暈放電。

3.3 永久性放電

對110 kV某變電站10 kV 9502開關柜進行局部放電檢測，得到如表5中的數據。

表5 10 kV 9502開關柜局部放電測試數據

通過數據，可以初步判斷為10 kV 9502柜內設備存在局部放電,且存在很嚴重的絕緣缺陷，采用定位技術對放電點進行定位，發現放電源位于該柜母排處，后檢查發現現場安裝人員進行安裝時忘記上母排的螺帽，在銅鋁過度板周圍出現間隙放電（藍色電弧光），圖3所示。

圖3 母排未上螺母處

4 結語

應用開關柜局部放電檢測儀，采用局部放電TEV檢測方法和時間差定位方法，對開關柜局放缺陷的檢測是有效的，是一種實用而又方便的檢測技術。由于對開關柜局部放電和缺陷的分析尚處于積累資料階段，對電力設備的缺陷定性需結合其它檢測或試驗手段綜合分析判斷，因此開關柜局部放電定位儀的推廣應用還需要進行如下工作，以取得更大的成果：

1）結合變電站設備狀態檢修工作，進一步加大開關柜局部放電檢測的設備量，通過大量的數據積累和分析，并結合其它檢測和試驗加強分析，提高開關柜局部放電檢測的應用水平。

2）制定開關柜局部放電檢測現場應用手冊，為現場實際操作提供指導性文件，繼續豐富電氣設備局部放電檢測的判斷依據，便于一線人員對結果進行綜合分析判斷，及時發現缺陷。

3）對開關柜內部局部放電進行檢測診斷，提高開關柜在線檢測能力，開展數據分析整理工作，采用同類比較判斷法、檔案分析判斷法等多種方法，對局部放電檢測結果進行評估診斷，為開關柜的運行狀態提供診斷數據，為狀態檢修提供依據。

4）通過對開關柜局部放電檢測儀的應用，為預防性試驗的測試結果進行補充，從而預先發現開關柜內潛在的故障點，確保現場設備持續、安全、有效地運行，提高供電可靠性。

［1］GB/T7354-2003/IEC 60270：2000局部放電測量.

［2］DL417-2006電力設備局部放電現場測量導則.

［3］DL/T596-1996電力設備預防性試驗規程.