35kV開關柜局放檢測異常分析及處理

張雄清 劉 黎 金海龍

（舟山電力局，浙江 舟山 316000）

10kV、35kV金屬封閉開關柜成套設備廣泛用于電力系統的各個變電站，其運行安全直接影響整個變電站的供電可靠性。開關柜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，且開關柜內電氣設備在運行時，由于絕緣介質中氣泡或雜質的存在將導致局部場強增大，發生局部放電。

目前，常采用停電例行試驗來檢測設備的絕緣狀況，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。開關柜局部放電檢測在帶電情況下檢測設備狀態，能夠及時發現設備絕緣缺陷，是保證設備安全運行的有效方法。該方法在檢測時不用嵌入現場開關柜內部，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，就可以了解開關柜在運行情況下局部放電的情況，從而發現開關柜內潛在的故障點。對開關柜運行狀態的監測、故障的預判和合理檢修是保證開關柜設備安全可靠運行的關鍵。

1 開關柜局部放電檢測原理

1.1 概述

局部放電是指絕緣結構中由于電場分布不均勻、局部電場過高而導致的絕緣介質中局部范圍內的放電或擊穿。它可產生在固體絕緣孔隙、液體絕緣氣泡或不同介質特性的絕緣層間。這種放電的程度通常很小；但是，它們會導致絕緣性能不斷下降，可能導致最終的故障。局部放電采用下列方式發射能量：第一種電磁能量包括無線電波、光和熱；第二種是聲能，包括聲音和超聲波；第三種是氣體，包括臭氧和氮氧化物。非侵入式檢測最實用的技術是基于電磁頻譜中的無線電頻率部分以及超聲波發射。

1.2 開關柜局放超聲波檢測原理

局部放電活動中的聲波輻射出現在整個聲譜范圍中。聽聲音是可能的，但是要取決于各人的聽覺能力。使用儀器來檢測聲譜中的超聲波，這種做法具有幾個優點。儀器比人耳更敏感，與操作員無關，且工作在聲頻以上的頻率，又具有更強的方向性。

其中最敏感的檢測方法是使用中心頻率為40kHz的超聲波麥克風。如果在聲源和麥克風之間存在空氣路徑，則該方法可以非常成功地檢測局部放電活動。

1.3 開關柜局放暫態接地電壓檢測原理

當局部放電活動出現在高壓開關柜絕緣層中時，它會產生無線電頻率范圍內的電磁波，它只可以通過金屬外殼上的開孔，從開關柜內泄漏到外表面。這些開孔可以是外殼或密封墊圈或其它絕緣部件周圍的間隙。當電磁波傳播到開關柜外面時，它會在接地的金屬外殼上產生暫態電壓。暫態接地電壓（TEV）在幾個毫伏至幾伏的范圍內，存在時間很短，具有幾個納秒的上升時間。可以在開關柜正在工作時將探頭放在開關柜的外面，采用這種非侵入方式來檢測局部放電。

2 檢測結果分析方法

檢測結果分析是開關柜局部放電檢測的重要環節，分析結果直接關系到潛伏性故障能否及時消除，通常情況下我們采用以下三種分析方法：

第一種是縱向分析法：是對同一開關柜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。開關柜局放檢測信號容易受周圍環境影響，因此縱向分析法只能作為一種參考，來判斷開關柜是否有內部故障。

第二種是橫向分析法：是在一次檢測過程中，把同類開關柜測得的試驗結果進行比較，當某個開關柜的測試結果比其它測試果及現場背景值均大時，該設備可能就存在缺陷。

第三種是儀器技術標準分析法：根據儀器的技術標準，分析開關柜內是否存在缺陷。測試人員可以根據儀器的技術標準，判斷開關柜內部是否存在故障，技術標準如下：

1）高背景讀數，即大于 20dB，高水平噪聲可能會遮蓋開關柜內的放電，可能受到外界影響。如果可能，應該消除外部干擾源再重新測試，或使用局部放電監測儀以識別開關柜中的任何放電。

2）如果開關柜和背景參考的所有讀數都小于20dB，沒有重大放電。

3）對于開關柜讀數比背景水平高 10dB，且讀數大于20dB（絕對值，亦即不是比背景值高20dB），以及計數值高于50，開關裝置內放電嚴重。

4）讀數的計數率大于 1000，在該區域中可能有背景電磁干擾。如果讀數大于20dB，則建議安裝一個局部放電監測儀來識別外部電磁活動。

在實際應用中可以同時應用三種分析法，由于沒有歷史數據，目前應用較多的是橫向比較法和儀器技術標準分析法。當開關柜內部可能發生局部放電時，可以通過開關柜局放超聲波檢測加以驗證。

3 檢測實例

2012年9月13日，對220kV昌洲變35kV所有開關柜進行局部放電檢測，發現35kV糧油3201線測得的數據異常，35kV糧油3201線和周圍間隔的測量結果見表1。

表1 未處理前的數據

通過數據分析，我們可以發現糧油3201線暫態對地電壓最大，并且糧油3201線左右兩個間隔的數據也異常，超過儀器技術標準，但離糧油3201線越遠，暫態對地電壓越低。因此我們認為#1所用變和#1接地變測得的異常數據是由于糧油 3201線局部放電信號沿金屬表面傳播引起的。應用開關柜局放超聲波檢測法，在糧油3201線開關柜底部靠近1#接地變側聽到沿面放電聲音，而附近間隔無局部放電聲音，因此我們認為故障點在糧油3201線開關柜內。

2012年10月9日對糧油3201線進行停電檢查，在檢查過程中發現電纜護層保護器內壁已經被燒黑，說明之前存在嚴重的放電故障，如圖1所示。

圖1 糧油3201線電纜護層保護器

糧油3201線更換電纜護層保護器后，我們對該開關柜和左右兩側開關柜進行復測，測得的數據見表2。

表2 處理后的數據

表1和表2對比，我們可以看出，糧油3201線暫態對地電壓和周圍間隔的測量結果都明顯降低且相差不大，用超聲波檢測也沒有發現放電聲音，由此我們可以得出糧油 3201線開關柜內部故障已經消除，表1測得#1所用變和#1接地變數據異常都是由于糧油 3201線電纜護層保護器內部局部放電引起的結論是正確的。

4 結論

采用開關柜局部放電檢測儀，運用暫態接地電壓（TEV）檢測方法和超聲波檢測原理，對開關柜局部放電缺陷的檢測是有效的，是一種便捷的檢測技術。目前開關柜局部放電檢測還存在分析手段簡單、試驗人員缺少經驗、設備容易受環境影響等問題，但隨著開關柜局部放電檢測技術應用的深入，帶電檢測技術的進步，上述問題將在不久的將來得到解決。今后我們應加強開關柜的局放檢測，及時發現設備缺陷，合理安排檢修，保證開關柜設備和供電的可靠性。

[1] 陳剛.聲電波檢測儀在 10kV開關柜局放檢測中的應用[J].電工技術, 2010(7): 67-68.

[2] 孔令明,肖云東,劉娟,曾令甫.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.

[3] 龐驍剛.開關柜局部放電原因分析與處理[J].云南電力技術, 2011(4): 56-57.

[4] 任明,彭華東,陳曉清,董明.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):2460-2465.

[5] 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.

[6] 葉國棟.現場局部放電試驗中干擾源的識別和采取的對策[J].安徽電力, 2006, 23(3): 31-33.

[7] DL417-2006電力設備局部放電現場測量導則.