暫態地電壓和超聲波在開關柜檢測中的應用

陳巧勇，李宏雯，余 睿，潘 杰

（杭州市電力局，杭州 310009）

10 kV和35 kV金屬封閉成套開關設備被廣泛應用于電力系統中，因此開關設備的安全可靠運行，決定了電力系統的供電可靠性和安全性，開關設備在電力系統具有舉足輕重的地位。

電氣設備在長期運行中會因為電、熱、化學等異常狀況導致絕緣劣化，甚至發生故障。對開關柜的事故統計分析顯示，絕緣事故占開關柜事故的31.9%，居事故之首[1]。開展開關柜局部放電在線檢測工作，尤其是利用暫態地電壓和超聲波檢測方法，對提前判斷開關柜內部絕緣狀況能起到很好的輔助作用。

1 測試原理

1.1 暫態地電壓檢測

當開關柜的內部元件對地絕緣發生局部放電時，少部分放電能量會以電磁波的形式轉移到柜體的金屬鎧裝上，并產生持續約幾十納秒的暫態脈沖電壓，在柜體表面按照傳輸線效應進行傳播。地電壓局部放電檢測技術采用容性傳感器探頭檢測柜體表面的暫態脈沖電壓，從而發現和定位開關柜內部的局部放電缺陷。

地電壓局部放電定位儀（PDL1）主要用于測量及定位35 kV和10 kV開關柜內部局部放電狀況。該儀器通過2根距離600 mm或更遠的電耦合探測器進行測試，不僅能夠顯示局部放電的存在及強度，而且能夠根據放電脈沖到達2根探針的不同時間確定放電的具體位置。

采用局部放電監測儀（PDM03）可以連續監測并分析一段時間內的局部放電活動，以及因環境（如電壓波動、溫度等）變化而引發的局部放電變化情況，分析放電水平及其變化，判斷放電狀況。該儀器具有局部放電的定量和定位功能。

1.2 超聲波檢測

超聲波檢測技術主要采用20 kHz以上頻帶的超聲波，可不受外部噪聲的干擾。通常認為，由于超聲波檢測時探頭完全置于設備外部，放電信號通過絕緣介質衰減嚴重，靈敏度較差，定量分析比較困難，僅對局部放電初測及比較嚴重的空氣中的放電比較有效。但是實踐中也曾發現超聲波方法能檢測到地電壓甚至超高頻等手段發現不了的缺陷，尤其是處于某一發展階段的缺陷主要反應為振動信號時，超聲波檢測方法是有優勢的。

2 現場實例

2011年3月28日，某220 kV變電站35 kV開關柜在投入運行后發現多處有異常聲響。該35 kV開關柜型號為DNF7-03G，于2010年8月出廠，出廠試驗及驗收試驗均無明顯異常。受測試環境影響，紅外檢測也未檢測出明顯發熱點。為尋找異響來源，判斷故障性質，對該組開關柜進行了暫態地電壓（TEV）和超聲波測試。

2.1 初步檢測

測試環境空氣TEV讀數為1 dB，空氣超聲讀數為4 dB，開關柜測試結果如表1所示。

表1 暫態地電壓（TEV）測試數據

從表1可以看出，TEV檢測和超聲波檢測結果顯示35 kV母分Ⅱ段閘刀柜、35 kV母分開關柜、35 kV 1號所用變壓器柜、35 kV 2號電抗器柜可能存在故障點。

2.2 柜體頂部超聲檢測

35 kV高壓室內的放電聲主要在35 kV母分Ⅱ段閘刀柜、35 kV 2號電抗器柜等處，經儀器檢測發現放電聲主要來源于柜體中上部。為進一步探測聲源，對開關柜背面頂部再次進行檢測，檢測結果見表2。從表2可以看出：

（1）35 kV備用一線與35 kV母分Ⅱ段閘刀之間有明顯的放電聲。

（2）35 kV母分Ⅱ段閘刀與35 kV母分開關之間有明顯的放電聲。

（3）35 kV 1號電抗器與35 kV 2號電抗器之間有明顯的放電聲。

（4）35 kV 2號電抗器與35 kV 1號電容器之間有明顯的放電聲。

表2 柜體頂部超聲波測試數據

2.3 局放監測儀檢測

為進一步探測開關柜局部放電的發生部位，分析其放電水平及變化，對該組開關柜進行了長時間局部放電監測，檢測數據如表3所示。測試時間從2011年4月6日17:02到7日10:20。探針布置如圖1所示，其中1，2，11和12為背景探針，3-10為測試探針，上、下字符所在行表示開關柜某一面的上、下位置。

從表3可以看出，探針3，6和10均接收到信號，探針3和6每周期脈沖數量大于0.05個。根據經驗判斷，探針3和6處存在局部放電。而探針3處的短期放電程度為23 dB，未達到75 dB，但長期放電程度已達到6 dB，表明探針3處有較強的局部放電。

圖1 探針布置

圖2為探針3和6的脈沖數對比，圖3為探針3和6的短期放電劇烈程度對比，從中不難看出，探針3和6所接收到的脈沖數之和大于總脈沖數，且幅值變化趨勢基本一致，可以看出探針3和6測得的是同一個信號源，且都位于35 kV母分Ⅱ段閘刀柜。

調整探針布置至如圖4所示，檢測數據如表4所示。

由圖4和表4可以看出，信號源位于該開關柜背面中部偏右側，該區域靠近A相母線，懷疑該處母線存在局部放電源。

采用同樣方法，對35 kV 1號和2號電抗器進行局部放電監測，發現有局部放電源存在。

2.4 停電檢查

2011年4月12-13日，對35 kV開關柜Ⅰ、Ⅱ段母線進行了停電檢查，發現35 kV 2號電抗器柜與35 kV 1號電抗器柜、35 kV 1號電抗器柜與35 kVⅠ段母線TV柜、35 kV 1號所用電柜與35 kV母分開關柜、35 kV母分Ⅱ段閘刀柜的穿柜套管上的均壓線與銅線夾脫開，造成均壓線與銅線夾之間放電。

表3 開關柜局部放電監測數據

圖2 探針3和6的脈沖數對比

表4 調整探針布置后的檢測數據表

圖3 探針3和6的短期放電劇烈程度對比

圖4 調整后的探針布置

檢查銅線夾后，發現該銅線夾厚度極薄，無法壓緊均壓線，輕微晃動就會造成均壓線從線夾上脫落，造成間隙放電。更換銅線夾，重新對均壓線進行壓接、連接，通電后局部放電即消除。

3 結語

將暫態地電壓和超聲波技術結合起來進行高壓開關柜局部放電檢測，與傳統的局部放電測試技術相比，具有不停電、故障定位準確等優點。實踐證明，該技術的應用為電力設備狀態檢修提供了可靠的技術數據，是一種實用有效的檢測技術。高壓開關柜的狀態監測可采取以帶電測試為主，結合巡視情況、停電檢修的技術監督手段，對提高電網供電可靠率具有重要意義。

[1]田勇,田景林.6～10 kV開關柜事故統計分析與改進意見[J].東北電力技術,1996（8）:5-10.

[2]劉云鵬，王會斌，王娟，等.高壓開關柜局部放電UHF在線監測系統的研究[J].高壓電器，2009，45（1）:15-17.

[3]任明，彭華東，陳曉清，等.采用暫態對地電壓法綜合檢測開關柜局部放電[J].高電壓技術，2010，36（10）:2460-2466.

[4]何肖軍，徐志斌.高壓開關柜絕緣性能檢測與故障診斷技術研究[J].浙江電力，2010（5）:6-10.

[5]王錚，劉二麗，張認成，等.基于人工神經網絡的開關柜局部放電超聲波檢測方法[J].華東電力，2011，39（3）:0498-0500.

[6]喬進朝，王進鎖，樊毅.開關柜非嵌入式局部放電在線檢測定位研究[J].山西電力，2008（5）:24-26.

[7]孔令明，肖云東，劉娟，等.開關柜局部放電帶電檢測定位技術的應用與研究[J].山東電力技術，2010（6）:5-8.

[8]TENBOHLEN S，DENISSOV D,HOEK S，et al.Partial discharge measurements in the ultra high frequency（UHF）range[J].IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation，2008，15（6）:1554-1552.