局部放電檢測在開關柜中的應用

于洪乾 閆祥申 祝世輝 陶源 毛建明

（1.萬華化學（寧波）有限公司，浙江 寧波 315812； 2.上海毅榕電力技術服務有限公司，上海 200090）

供配電系統的安全運行對工業企業來說至關重要，特別是大型石化企業對供電的可靠性、連續性和安全性要求更高。工廠配電網絡中的設備運行可靠性直接關系到整個工廠生產能否安全穩定，進而直接影響到企業的經濟效益。

隨著經濟的快速發展，科技水平的不斷進步，工廠對供電的需求和可靠性要求也越來越高。開關柜在工廠配電網絡中廣泛應用，其安全運行對供電可靠性起舉足輕重的作用。因此及時發現開關柜早期絕緣缺陷，保證供電安全可靠性對整個工廠的安全高效生產和效益增長都有著十分重要的意義。

1 國內外開關柜運行維護

為保證6kV 及以上高壓開關柜的安全運行，減少停電事故給生產和生活帶來的影響，迫切需要對電力設備運行狀態進行評估，及時反映電力設備的問題，以便采取預防措施，避免突發停電事故的發生。

目前高壓開關柜故障比例相對較高，現階段國內主要是按照《電力設備預防性試驗規程》的要求對配網中的開關設備按照一定的時間周期進行預防性試驗。預防性試驗項目主要包含絕緣電阻試驗、交流耐壓試驗等。預防性試驗基本以停電試驗為主。結合石化企業現狀停電試驗只能安排在例行工廠大修期間開展。依據規程預防性試驗周期基本在1～3年，但工廠大修檢修時間安排受市場、行業形勢等影響存在不確定性。這樣勢必會導致高壓開關柜不能嚴格依據規程開展試驗工作。目前國內高壓開關設備帶電測試、在線檢測開展力度不夠。即使部分已經開展的企業目前存在檢測周期過長、頻次過少等情況，尚未建立趨勢分析。預防性試驗一方面需要停電增加直接和間接的經濟損失，另一方面由于試驗條件和運行條件不一致導致不能發現潛在的故障。因此不管是從經濟角度還是從技術角度來講都存在一定的局限性。

國外對高壓開關柜進行狀態檢測以帶電測試、在線監測和遠方監控為主。正常試驗項目與周期為：超聲波檢測、局部放電檢測、紅外檢測，周期為3～6 個月。只有在需要進行設備缺陷、故障的綜合診斷時才結合開關檢修機會進行停電試驗。國外因其帶電測試開展廣泛、檢測周期較短，所以能夠適時發現許多潛伏的缺陷。帶電檢測的廣泛開展同時為企業節省了大量的人力、物力，更為關鍵的是設備安全穩定運行有了重要保障。

2 開關柜在線局部放電檢測

2.1 局部放電

局部放電是由于電氣設備絕緣內部存在的弱點，在一定外施電壓作用下在電氣設備中形成場強后發生的局部的和重復的擊穿和熄滅現象。因其在放電區域內未形成固定放電通道，所以它是一種非貫穿性的放電（如圖1所示）。

隨著絕緣內部局部放電的發生，將伴隨著如光、熱、噪音、電脈沖、介質損耗的增大和電磁波放射等現象的發生（如圖2所示）。這種放電可能出現在固體絕緣的空穴中，也可能在液體絕緣的氣泡中，或不同介電特性的絕緣層間，或金屬表面的邊緣尖角部位。所以根據放電類型，大致可分為絕緣材料內部放電、表面放電及電暈放電。當絕緣發生局部放電時絕緣會加速老化并直接導致絕緣壽命下降。

圖1 局部放電

圖2 絕緣內部局部放電

2.2 開關柜局部放電檢測

1）電磁波技術

當電氣設備發生內部放電、表面放電和電暈放電時，伴隨著局部放電現象同時會產生高頻的電磁波信號并從局部放電源向四周擴散。在局部放電的電氣設備周圍使用電磁波（EM）傳感器便可檢測到由局部放電產生的電磁波信號。通過后期數據處理、分析及消噪等措施便可判斷出電氣設備內部是否存在局部放電現象以及局部放電的類型和局部放電嚴重等級。

2）超聲波技術

電氣設備在放電過程中會產生聲波。聲能與放電釋放的能量之間是成比例的。根據放電釋放的能量與聲能之間的關系，用超聲波信號聲壓的變化代表局部放電所釋放能量的變化，通過測量超聲波信號的聲壓，便可推測出放電的強弱，這就是超聲波信號檢測局部放電的基本原理。

其實無論哪種檢測技術均存在一定的局限性，無法將開關柜的運行狀態客觀、全面、真實的反映出來，同時還會出現誤判的可能。由于放電類型、能量的釋放形式不同兩種檢測方法的實用性與靈敏度也存在差異，所以在對開關柜局部放電檢測過程中，要將兩種檢測手段綜合應用，采用電-聲聯合檢測法（即以電磁波檢測為主、超聲波檢測為輔）來開展局部放電檢測工作。

3 應用實例

下述實例中采用PD-PAC 型局部放電檢測裝置以及電磁波（EM）檢測技術手段對高壓開關柜實施在線局部放電檢測。

3.1 實例一

某汽車制造廠在年度檢測服務中，起初在其1#主變進線電纜接地處檢測到微弱的局部放電信號，后經確定排查該線路的所有設備，最終確認局部放電信號來自1#主變上游H1 開關柜，在該開關柜外殼處檢測到明顯的電磁波信號。波形分析圖譜如圖3所示。

圖3 H1 開關柜波形分析圖譜

經與現場運行人員了解該開關柜內部在該段時間存在異常振動聲音，且在陰雨天氣振動更為明顯。結合檢測到的數據波形分布特征和設備的實際使用情況，分析判斷該開關柜內可能存在松動部件或金屬連接間隙的現象。由于暫不能停運該線路，對該開關進行后續跟蹤發現信號逐漸增大。為防止突發事故發生，在兩個月后對該開關停機檢修時發現該開關柜內一個穿墻套管存在異常（如圖4所示）。診斷分析為該穿墻套管由于生產工藝落后，其上面彈簧在長時間運行下松動，引起該部位發生局部放電。

3.2 實例二

某知名大型化工企業10kV 開關柜301-134 柜在2014年6月16日檢測中結合圖譜數據波形分布特征、單位周波內產生脈沖數（24 個）及局部放電量（24mV)綜合分析判斷該開關柜內部存在電暈放電信號，其波形分析圖譜如圖5所示。根據放電類型判斷，該電暈放電信號可能是由于開關柜內部存在尖端或者裸露電極引起。

圖5 301-134 柜上部波形分析圖譜

2014年6月24日運行人員在301 變電所10KV配電室進行例行巡檢，當途經134 柜前時聽到開關柜內存在“嗡嗡”異響聲。打開高壓柜儀表室檢查時發現端子排處電流互感器二次保護電流連接端子劃片脫落，造成電流互感器二次側開路（如圖6所示）。電流互感器運行時二次側不允許開路，開路運行會伴隨著嗡嗡的放電聲，長時間會燒毀電流互感器。二次開路側電壓會升至幾千伏不等。得知該情況后運行人員立即上報，并采取安全措施將電流連接端子重新連接上，避免了后續事故的發生。經后期調查發現該柜自2013年12月施工方繼電保護試驗交付后未有其他檢修工作，判斷為繼電保護試驗工作結束后連接端子未及時恢復，送電檢查時也未及時發現并消除該隱患。

圖6 CT 開路實物圖片

2014年9月17日對301-134 開關柜進行復檢并進行數據分析，發現該柜的局部放電信號已經消失。檢測結果與實際情況吻合，開關柜內的局部放電是由于電流互感器二次保護用電流連接端子脫落，電流互感器二次側開路產生裸露電極引起的電暈放電。

通過上述兩個案例介紹可見局部放電檢測可以及時發現開關柜內潛在故障與起始故障，為開關柜預防性維護提供技術支撐，有效防止開關柜突發性絕緣事故的發生。

4 結論

開關柜在配電網中使用范圍廣且數量較大，因開關柜自身引起的故障也很多。通過開關柜在線局部放電檢測手段可以實現開關柜故障早發現、早處理，防止惡性事故發生，同時可以有效減少企業非計劃停產損失。

通過對開關柜等電氣設備的狀態檢測、故障診斷、趨勢預測等手段對電氣設備的絕緣狀況進行分析和評估，從而實現：

1）絕緣損壞可以被早期發現、及時干預，以防止破壞性放電導致絕緣劣化加劇。

2）可以減少定期檢查時間。

3）設備的清掃周期可按照實際污染程度安排。

4）在安全監控下設備的整體運行時間得到延長。

5）可以避免非計劃停機、停產和其他較大設備財產損失。

在線局部放電檢測，作為狀態檢測眾多手段中的一種，用作工業配網中電力設備故障預警，設備運行狀態評估被證明是行之有效的檢測手段。

通過工廠運行人員的日常巡檢與大修預防性試驗，輔助一定周期性的專業檢測服務和趨勢分析，采用多種手段相結合，才能真正實現設備的可靠性維護，保障設備安全穩定運行，進而達到為企業創造經濟效益的最終目的。