多種方法聯合診斷開關柜局部放電缺陷

謝細華，鄢文清

（國網上饒供電公司，江西上饒 334000）

0 引言

目前，10 kV、35 kV金屬封閉式開關柜已廣泛運用于電網配電系統中，在電力供應中發揮了重要作用，但設備長期運行導致的絕緣劣化會降低開關柜內設備的電氣絕緣性能，嚴重時甚至引起開關柜爆炸[1]。其中局部放電是絕緣劣化的重要征兆，也是造成絕緣故障的主要因素。現行預防性試驗周期性長，難以及時發現緩慢發展的絕緣缺陷。局部放電帶電檢測可以及時發現相關缺陷，是實現開關柜狀態檢修的有效手段之一。

開關柜局部放電的檢測方法主要有脈沖電流法（ERA）[2]、射頻法（RF）[3]、超聲法（AE）[4]、超高頻法（UHF）[5]、暫態地電壓法（TEV）[6]等，其中基于AE、TEV、UHF 原理的測試方法在現場較為實用。本文提出一種綜合運用AE、TEV和UHF技術的開關柜局部放電檢測方法，實現不同檢測方法的優勢互補。該方法成功檢測、并定位江西上饒供電公司某變電站10 kV 化工線911 開關柜內局部放電缺陷，經停電檢查找到了開關柜內的放電痕跡，工作人員及時消除了該缺陷，為進一步開展高壓開關柜局部放電檢測工作積累了寶貴的現場經驗。

1 檢測原理與特點

1.1 超聲波檢測法

AE法一般利用超聲波傳感器在開關柜的縫隙處獲取柜內設備局部放電產生的超聲波信號，據此確定設備局部放電的大小和位置。超聲波信號實質上是一種機械振動波，它基本上不受電氣干擾的影響，并且可以對放電點進行初步定位，但該方法靈敏度不高且定位的精度易受環境噪聲和設備機械振動等因素的影響。

1.2 超高頻檢測法

開關柜中發生局部放電時，會向外輻射大量的電磁波，超高頻法通過采集這些電磁波中的超高頻分量（300 MHz≤f≤3 GHz）實現局部放電的檢測，可以較好的避開現場電磁干擾，具有較強的抗干擾能力，該方法還可有效識別缺陷類型以及對放電源進行精確的定位，但也存在一定缺陷即難以實現設備放電量的標定。

現場應用時，可通過兩個探頭在垂直及水平方向的不同位置分別捕捉超高頻信號，運用時差法逐步尋找放電源的大致位置。

1.3 暫態地電壓法

高壓電氣設備發生局部放電時，產生的電磁波不但通過開關柜的縫隙或玻璃窗傳出，還會在設備表面金屬上對地產生持續納秒級的暫態電壓脈沖信號。電壓脈沖在金屬殼的內表面傳播，從開口、接頭、蓋板等的縫隙處傳出，然后沿著金屬殼外表面傳到大地[7]。應用中可通過電容耦合式傳感器檢測該信號，并將測試結果用相對讀數的大小來表征局部放電活動的嚴重程度。此外，利用電磁波信號在傳播過程中隨距離出現不同衰減特性的原理，可實現設備內部放電源定位。但TEV信號頻率低、衰減慢，存在抗干擾性不強、定位技術復雜且精度低等問題[8]，一般用作普測與跟蹤。

綜合以上三種方法，不難發現三者之間具備良好的互補性，在工作中AE 法和TEV 法可作為普測手段，用于發現疑似放電點，然后再用UHF法進行準確的定性和定位，三種方法聯合使用可以大大提高開關柜放電缺陷診斷的準確性。

1.4 時差法局放源定位原理

開關柜中進行局放源定位的時差定位法基本原理如圖1所示。

圖1 開關柜時差定位系統

兩傳感器間的某一位置發生局部放電，傳感器1和傳感器2 接收到的電磁波信號分別為和。設和的起始脈沖時差為，則局放源距傳感器1的距離X1為：

式（1）中：X為傳感器1與傳感器2之間的距離；X1和X2分別為局放源到傳感器1和傳感器2的距離；c0=0.3 m/ns，為電磁波傳播速度。

式（1）以傳感器所測得局放信號的起始脈沖時間作為參考時間點進行時差定位計算。該方法要求被測信號起始和終止脈沖區分度高，以清楚的讀取信號起始和終止時間。

2 現場檢測分析

某變電站10 kV 高壓室共有KYN28A 型金屬鎧裝中置式開關柜15面。在2013年6月19日的局放帶電普測中發現911柜超聲波幅值達+17 dB（環境背景為-10 dB），存在典型的放電噪聲，而暫態地電壓幅值僅為9 dB。為此試驗人員又使用UHF法對911 柜進行復測、定位和放電類型識別。

2.1 AE法檢測結果

試驗人員利用AE法對該高壓室所有開關柜進行超聲波普測。發現“10 kV化工線911開關”后面板超聲波信號異常，幅值達+17 dB，且有典型放電噪聲，初步判斷柜內存在局部放電現象。

2.2 TEV法檢測結果

使用TEV 法對所有開關柜進行普測，分別測試開關柜的前面板中、上，后面板上、下共四個部位，得到圖2所示數據。暫態地電壓幅值均小于20dB，處在正常范圍內。

圖2 暫態地電壓數據

2.3 UHF放電源檢測結果

使用UHF 法對所有開關柜進行超高頻信號測試，在“10 kV 化工線911 開關”后面板觀察窗處有異常超高頻信號，幅值為25 dB，由此可以判斷911柜內存在較嚴重局部放電。

1）放電位置水平定位。

運用時差法對放電源進行水平定位，將紅、黃高頻傳感器放置于同一水平面，觀察數字示波器顯示兩高頻信號的時間差，調整兩傳感器的位置。當兩高頻信號觸發時間相同，則信號源距離兩傳感器的距離相等，放電源應位于兩傳感器的垂直平分面上。現場傳感器擺放及波形圖如圖3所示。

圖3 傳感器水平放置及信號波形圖(2 ns/格)

2）放電位置垂直定位。

定位放電源在垂直方向上的位置。在所確定的垂直方向上擺放兩個高頻傳感器，其中上面的傳感器為紅色，現場傳感器擺放及測試波形圖如圖4所示。可推斷放電源距離紅色傳感器超前于黃色傳感器2 ns，放電源距離紅色傳感器比黃色傳感器近約600 mm，根據現場設備情況，判斷開關柜內放電源垂直方向上處于觀察窗位置。

圖4 傳感器垂直放置及信號波形圖(2 ns/格)

3）放電類型識別。

利用數字示波器調理觀察窗處傳感器接收的高頻信號，如圖5 所示，信號有很好的工頻相關性且多信號疊加，判斷該缺陷為多點放電型。

圖5 UHF信號波形圖(10 ms/格)

從開關柜后面板觀察窗位置可觀察到B、C相間以及A相表面有間歇性放電火花，放電位置如圖6所示。

圖6 放電火花位置

2.4 局部放電缺陷的確認和消除

綜合分析3 種檢測方法的結果，判斷911 柜內存在嚴重放電缺陷。將10 kV911 化工線線路轉檢修，對開關柜開箱檢查，可見零序CT 上方約10 cm 的出線電纜上存在多處因放電灼燒產生的白色粉末。其中，B、C 兩相之間有明顯的氣隙放電痕跡，A 相有表面放電及對零序CT放電痕跡，如圖7所示。

圖7 電纜多點放電痕跡

處理消缺后，再次對911柜進行局部放電帶電檢測，AE、TEV以及UHF結果均正常，缺陷成功消除。

3 結論

1）對開關柜進行局部放電的普檢有效、可行，能夠及時發現開關柜內部絕緣缺陷。

2）在對開關柜進行局部放電檢測時，單一的檢測手段由于受現場環境影響而有明顯的局限性，而聯合應用超聲波、暫態地電壓、超高頻等多種檢測手段具有可靠性高的優勢，從而為開展開關柜狀態檢修工作提供了良好的依據。

[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]趙曉輝，楊景剛，路秀麗，等.油中局部放電檢測脈沖電流法與超高頻法比較[J].高電壓技術，2008，34(7)：1401-1404.

[3]關永剛，錢家驪.射頻法在高壓開關柜局放監測中的應用研究[J].高壓電器，2001，37（5）：1-3.

[4]裴斌斌，張麗，郭燦新，等.基于超聲的局放檢測系統[J].電工技術，2009(11)：43-44.

[5]TENBOHLEN S，DENISSOV D，HOEK S，et al.Partial dis charge measurements in the ultra high frequency (UHF)range [J].IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation，2008，15(6)：1544-1552.

[6]DAVIES N，TANG J Y，SHIEL P.Benefits and experiences of non-intrusive partial discharge measurements on MV switchgear[C]//CIRED 19th International Conference on Electricity Distribution.Vienna.Austria：CIRED，2007.

[7]鄭重，談克，高凱.局部放電脈沖波型特性分析[J].高電壓技術，1999，25（4）：15-17.

[8]曾雄杰，江健武，侯俊.TEV和UHF在10 kV開關柜帶電檢測中的應用[J].高壓電器，2012，48（1）：41-46.