TEV和超聲波技術在開關柜局放檢測中的應用

摘要：開關柜的安全可靠運行直接影響電力系統的供電可靠性，而絕緣故障是開關柜故障的主要部分，局部放電檢測能有效發現開關柜中絕緣缺陷。其中，TEV和超聲波法是目前開關柜局放檢測的主要手段。但對于開關柜內不同的放電類型，兩種檢測方法的敏感度相差較大。主要總結開關柜中幾種典型放電時用TEV和超聲波法測試時的現象。

關鍵詞：開關柜；局部放電；TEV；超聲波

作者簡介：汪楨毅（1986-），男，安徽黃山人，國網衢州供電公司，助理工程師；柯明生（1974-），男，福建莆田人，國網衢州供電公司，工程師。（浙江 衢州 324000）

中圖分類號：TM712 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）03-0266-02

10kV及35kV開關柜被廣泛應用于電力系統中，是電力系統中極其重要的設備，它是電網與電力用戶聯系的樞紐。因此，其可靠運行對供電可靠性和安全性具有舉足輕重的作用。

電力設備在長期運行中不可避免地會因老化、受潮、機械損傷等導致絕緣劣化的情況。由于開關柜絕緣劣化引起事故的臺次占開關總事故臺次的68%和事故總容量的74%。[1]但狀態檢修的開展以及供電可靠性的要求使人們很難對電力設備進行周期的停電檢修，發現設備缺陷。因此，在帶電的情況下掌握開關柜內設備絕緣狀況顯得尤為緊迫。現階段國內外廣泛采用暫態地電壓法（TEV）和超聲波法來對開關柜進行帶電測試。

一、TEV法原理

高壓電氣設備發生局部放電時，放電量往往先聚集在與接地點相鄰的接地金屬部位，形成對地電流，并在設備金屬表面傳播。對于內部放電，放電量聚集在接地屏蔽的內表面。屏蔽連續時，在設備外部無法檢測到局部放電信號，但屏蔽層通常在某些絕緣部位不連續，局部放電信號就會由此傳輸到設備屏蔽外殼。因此，局部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出，并沿著設備金屬箱體外表面繼續傳播，同時對地產生一定的暫態電壓脈沖信號。該現象由Dr.John Reeves于1974年首次發現，并將其命名為暫態對低電壓（transient earth voltages，TEV）。[2]TEV法在理論上具有靈敏度高、抗干擾強的優點，但變電所現場干擾源眾多，TEV測量時依舊會出現受外界干擾而影響測量的情況。測試時一般認為對于測試數據大于20dB，高出背景水平10dB，以及放電脈沖數在50～1000之間，可以認為開關柜內存在局部放電。

二、超聲波法原理

電力設備在放電過程中會產生聲波，放電產生的聲波的頻譜很寬，可以從幾十Hz到幾MHz，超聲波檢測技術主要采集20kHZ以上頻帶的超聲波，通過超聲波傳感器接收電氣設備局部放電產生的超聲信號，由此來檢測局部放電的大小和位置，超聲波檢測技術可不受外部噪聲及電磁信號的干擾。通常認為，由于超聲波檢測時探頭完全置身于設備外部，放電信號通過絕緣介質時衰減嚴重，靈敏度較差，定量分析比較困難，[3]但同時嚴重的信號衰減也使外界的干擾被排除。因此，當用超聲波法檢測發現有疑似局放信號時，開關柜內存在局放的可能性相當高。一般認為，超聲測試讀數超過6dB時就有放電存在。

三、開關柜幾種局放類型及案例分析

開關柜內局部放電主要分設備外部放電和內部放電，而外部放電又可以細分為懸浮電位放電、沿面放電、電暈放電等。

1.懸浮電位放電

現象：超聲數據超標明顯，TEV數據較明顯。此類放電主要存在于導體與絕緣體、導體與導體接觸不良的情況下。

案例：

由表1可知，TEV檢測：該變電站35KV杜銅3543線路壓變柜TEV數據為21dB，超過背景值16dB，放電脈沖在50～1000之間，TEV幅值向兩邊逐步衰減，從數據上看是一個數據略微超標的局部放電信號；超聲波檢測：杜銅3543線路壓變柜后中部數值18dB，超過標準值（6dB），其余開關柜超聲波檢測正常。

停電檢查后發現杜銅3543線路壓變柜靠后柜較近的穿柜套管接頭處接觸不良，產生松動，如圖1所示。將接頭固定好重新運行后測量，TEV及超聲波數據均下降到標準以下。

2.沿面放電

現象：超聲數據明顯異常，TEV數據不明顯。此放電主要存在于設備受潮、臟污等情況。

案例：

對某變電站35KV開關室內開關柜進行局放測量時發現，TEV數據均小于10dB，未超過標準值；超聲波數據在15～35dB之間，遠遠大于標準限值，并有放電聲以及臭氧的味道。停電檢查發現整個開關柜內的大多數觸頭盒、套管表面有水膜并存在放電痕跡，絕緣電阻只有20MΩ，耐壓試驗未通過，套管照片如圖2所示。更換觸頭盒、套管重新投運后測量，TEV及超聲波數據均降到標準值以下。

3.電暈放電

現象：超聲波數據超標明顯，嚴重時人耳可聽到放電聲；TEV信號不一定明顯。此類放電主要存在于導體上有尖端、毛刺及其他異物。TEV測量時數據也會偏大，有時還會出現脈沖數大于1000的情況。

案例：

由表2可知，TEV幅值小于20dB，也未超過背景10dB，放電脈沖大于1000，不能確定是否為局放信號，但超聲波最大值為36dB，遠遠大于標準值。停電后對2#主變與35kVII段母線之間的進線母橋（帶2#主變35kV CT）進行絕緣電阻測量，A、C相絕緣電阻50000（MΩ），B相絕緣電阻320（MΩ），很明顯B相絕緣已經劣化，拆開2#主變35kV進線母橋柜板，發現B相與C相母橋進線之間的絕緣隔離擋板傾倒，斜靠在B相母橋進線的熱縮套上，熱縮套上放電痕跡明顯，如圖3所示（圖中已將隔離擋板移開）。更換熱縮套并固定隔離擋板，重新投運后復測TEV及超聲波信號均降到標準值以下。

4.內部放電

現象：超聲波數據不一定超標，TEV數據超標明顯。此類放電主要存在于絕緣件澆筑不良等情況。

案例：

由表3可知，此35KV開關室所測背景TEV幅值較小，而#1主變35kV開關柜、35kVⅠ母線壓變柜、姜港3527開關柜、姜港3527線路壓變柜、35kV母分開關柜設備上的TEV數據均超過背景10dB且幅值大于20dB，放電脈沖在50～1000之間。其中，以姜港3527線路壓變柜幅值最高，且向兩邊衰減，是典型的局部放電信號。停電檢查發現，B相母線耐壓試驗不通過，經觀察姜港3527開關柜與姜港3527線路壓變柜之間的穿柜套管絕緣件上有小洞，并有放電痕跡。更換此穿柜套管重新運行后復測，TEV及超聲波均降到標準值以下。

四、結束語

TEV和超聲波法是帶電工況下檢測開關柜局部放電的有效手段，通過實踐發現，TEV檢測法對設備內部放電敏感而對設備外部放電不敏感；超聲波檢測法對設備外部放電敏感而對設備內部放電不敏感。現場測試中應同時采用這兩種測試方法對開關柜進行測量。

電氣設備從出現局部放電到發生故障一般都有個較長的過程。當檢測到有局部放電信號時，只要局放現象不是非常嚴重，可以考慮加強跟蹤檢測，避免因外界干擾或者儀器操作不當而造成的誤判斷。

不同生產日期、不同廠家的設備因制造工藝、材料等因素，以及現場測試環境的不同，在局部放電檢測中反映的數值相差很大，不能簡單地通過閥值來判斷設備的好壞。對設備進行分析時應與歷史數據、同類設備數據等進行綜合比較。

實踐表明，局部放電的嚴重性不僅與放電幅值有關，與設備的放電類型也有很大的關系。通過對不同放電類型在TEV和超聲波檢測下的分析總結，讓工作人員在發現疑似缺陷時能對缺陷類型進行初步判斷，并結合測試幅值的大小判斷放電的嚴重性，對接下來的檢修策略有很好的指導作用。

參考文獻：

[1]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）.

[2]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）.

[3]陳巧勇，李宏雯，余睿，潘杰.暫態地電壓和超聲波在開關柜檢測中的應用[J].浙江電力，2012，（4）.

（責任編輯：王祝萍）