高壓開關柜局部放電分析方法

程祝媛，陳穎頻，黃鵬

(1.國家電網福建電力漳州供電公司，福建 漳州 363000)(2.閩南師范大學 物理與信息工程學院，福建 漳州 363000)

【應用技術研究】

高壓開關柜局部放電分析方法

程祝媛1，陳穎頻2，黃鵬1

(1.國家電網福建電力漳州供電公司，福建 漳州 363000)
(2.閩南師范大學 物理與信息工程學院，福建 漳州 363000)

高壓開關柜運行狀態對電力系統供電可靠性具有重大影響，其絕緣缺陷和潛在故障檢測尤為重要。通過基于暫態地電壓和超聲波的局部放電檢測技術在開關柜局部放電檢測中的分析應用，可有效的發現開關柜的放電故障，了解設備運行狀態，為保證電網安全可靠運行奠定基礎。

高壓開關柜；暫態地電壓；超聲波；局部放電檢測

1　前言

高壓開關柜是使用極廣、數量最多的開關設備，其運行狀態對電力系統供電可靠性具有重大影響。高壓開關柜由于在設計、制造、安裝和運行維護方面存在著不同程度的問題，同時因污穢、絕緣薄弱、小動物侵入等原因常引發事故。事故發生帶來的后果是十分嚴重的，其直接的危害是設備所保護的線路、設備受損，電量損失，間接的危害則造成用戶大面積停電，影響正常的生活、生產。

近年來，英國電力企業對其國內使用的中壓真空開關所做的故障統計結果表明，高達44%的故障都可以通過局部放電檢測技術檢測出來，而85%的破壞性故障都是與局部放電現象相關。因此，對開關設備實施放電檢測可顯著減少配電設備的故障概率［1］。

2　高壓開關柜放電檢測技術

目前國內電力系統中廣泛使用的是基于暫態地電壓（TEV）［2-5］和超聲波（AE）［6-9］的局部放電檢測技術，該技術是反映開關柜絕緣狀況的有效手段，是開關柜類設備實現狀態檢修的重要狀態信息量，是保證設備安全可靠運行的關鍵。

2.1TEV放電檢測技術原理

暫態地電壓傳感器原理圖如圖1所示［1］。開關柜內部局部放電產生的電磁波通過開關柜金屬外殼的通道由開關柜內表面傳播到外表面時，會在開關柜的金屬箱體上產生一個暫態地電壓（TEV）。測試時，電容耦合式TEV傳感器緊貼開關柜金屬表面，裸露的金屬柜體類似于平板電容器的一個極板，暫態地電壓傳感器類似于平板電容器的另一極板。這樣，金屬柜表面任何電荷變化均會在傳感器的金屬盤上感應出同樣數量的電荷變化，并形成一定的高頻感應電流。感應電流再經過檢測阻抗轉換為與放電強度成正比的高頻電壓信號。電壓信號再經過數字轉換為相應的分貝值顯示在儀器屏上。

2.2超聲波放電檢測技術原理

超聲波傳感器結構示意圖如圖2所示［1］。當柜體內部發生局部放電時，局部放電導致的機械振動會激發聲音信號，頻譜范圍從可聞頻段到超聲波頻段都有，以超聲波頻段為主。傳感器采集聲波信號，通過前置放大電路、帶通濾波電路、峰值檢測電路、模數轉換電路后以電壓信號輸出，再經過換算成分貝值在儀器上顯示。

圖1　暫態地電壓傳感器原理示意圖　

圖2　超聲波傳感器結構示意圖

2.3TEV及超聲波放電檢測技術應用案例

電力系統中常用的是英國儀安科技有限公司生產的UTP1型Ultra TEV Plus+設備，它將超聲波檢測與暫態地電壓（TEV）檢測組合在一起，其能將檢測結果以數字形式顯示在彩色顯示屏上，也可顯示每個周期中的局部放電脈沖數、嚴重度等級、內部放電最大水平，同時也可用配供的耳機監聽到超聲波數值。

使用UTP1型Ultra TEV Plus+設備，試驗人員對某變電站35kV開關柜室開展暫態地電壓和超聲波測試，測試結果及分析如下。

（1）暫態地電壓測試（TEV）結果分析①環境背景測試結果如表1所示。

表1　環境背景暫態地電壓測試結果

配電室內空氣背景幅值為8dB，相對較大。前門處金屬背景幅值較大（30dB）且脈沖數達36 320，臨近手車的測試值為26dB，后門處金屬背景幅值為8dB且無脈沖數，前后門處測試值存在較大的差異。現場發現，靠近前門處存在直流饋線屏及通信屏，對其進行測試，記錄如表2。

表2　直流饋線屏及通信屏暫態地電壓測試結果

直流饋線屏及通信屏測試脈沖數均在30 000以上，且金屬背景所選位置處的脈沖數隨著離前門的距離變大而減小。因此，可以初步判斷配電室內存在較大的干擾且干擾源主要來自于直流饋線屏及通信屏。

②測試結果分析

本站35kV開關柜的暫態地電壓測試記錄如表3。

表3　35kV開關室各開關柜暫態地電壓測試結果

由表3可以發現，35kV開關室各開關柜的暫態地電壓幅值偏大，介于10-30dB之間，且脈沖數較大，介于20 000-40 000之間。根據前文的分析，由于環境背景幅值較大造成所有開關柜的幅值和脈沖數都偏大，根據《電力設備帶電檢測技術規范（試行）》的規定“相對值=測試值-背景值≤20dB為正常”判斷［10］，35kV開關室各開關柜的暫態地電壓測試結果無異常。

（2）超聲波測試結果分析

接著又對本站35kV開關柜進行超聲波測試，記錄如表4所示。

表4　35kV開關室各開關柜超聲波測試結果

由表4可知，Ⅰ段母線PT柜測得的超聲波最大值為27dB，且存在明顯異于其他柜的異常響聲，正常情況下超聲波測試值應＜0dB。本站上次超聲波測試結果正常，開關柜測試值均小于零，且無異常聲響。通過兩次測試結果進行比較，Ⅰ段母線PT柜測試結果已出現明顯變化。根據《電力設備帶電檢測技術規范（試行）》的規定“10dB＜超聲波測試值≤30dB為異常”判斷，Ⅰ段母線PT柜內部存在較強的放電現象。

（3）異常聲源定位

開關柜超聲波局放檢測主要通過檢測局部放電產生的超聲波信號在空氣中傳播的振動現象，放電能量在一瞬間轉化為熱能，放電中心的氣體受到熱能的作用會發生膨脹，通過聲波向外傳播，傳播區域內氣體被加熱后形成一個等溫區，其溫度超出環境溫度。等到這些氣體冷卻后開始收縮，則會產生后續波，后續波的頻率以及強度均比較低，因此越靠近放電源檢測到的信號越強。為查明異常聲源的位置，需對開關柜各縫隙部位進行逐點排查，如圖3所示將開關柜前柜門四周縫隙等分，采用定量分析的方法，在各位置測量超聲波幅值，測試結果如表5所示。

圖3　開關柜前柜示意圖

表5　35kVⅠ段母線PT柜前柜門各位置超聲波測試結果

由表5檢測結果分析，在35kVⅠ段母線PT柜前下柜門左右兩側及上側縫隙測得的超聲波幅值超標，Ⅰ段母線PT柜型號為KYN61-40.5，其內部結構圖如圖4。

圖4　Ⅰ段母線PT高壓柜內部結構圖

結合Ⅰ段母線PT柜內部結構圖及表5的分析結果可初步判斷，刀閘部位存在放電現象。

（4）放電類型分析

因暫態地電壓測試和超聲波測試對不同類型的放電敏感程度不一樣，前者對尖端放電、電暈放電及內部放電較為敏感，后者對沿面放電、絕緣子表面放電、尖端放電、電暈放電較為敏感。尖端放電可能是銅排等金屬部件表面存在毛刺所致，或者是銅排連接部位、銅排與絕緣子連接處存在尖端引起場強不均導致。沿面放電可能是銅排熱塑套表面或者絕緣子表面出現臟污或異物（如標簽開裂、脫落等）或者受潮、絕緣子表面出現裂紋等引起。因此結合兩種局部放電測試方法的特點及開關柜的內部結構，可初步判斷開關柜后上部存在著沿面放電或者表面放電。

2.4放電判斷的驗證及缺陷分析

對35kVⅠ段母線PT高壓柜進行停電異常聲響檢查。打開開關柜后，柜內所見情況如圖5，試驗人員發現開關柜內有一個加熱器未打開，導致柜內受潮嚴重，避雷器的引線繞在刀閘靜觸頭盒上，靠近接觸的部分有放電痕跡。引線外的絕緣筒靠在開關柜壁上，絕緣筒表面布滿水珠，柜體內部有多處發黑的跡象。驗證了上文在刀閘部位存在放電現象的初步判斷。

圖5　（1）柜內情況

圖5　（2）柜內情況

從現場拆取三相避雷器，對避雷器本體開展如下試驗項目：

（1）避雷器絕緣電阻試驗，使用兆歐表測試避雷器本體的絕緣電阻，三相試驗結果分別為：6 200M?、7 000M?、6 500M?。

（2）直流1mA參考電壓及75%參考電壓下的泄露電流試驗，使用高壓直流發生器 測得三相1mA參考電壓為分別為76.5kV、78.2kV、77.5kV，泄露電流分別為23mA、18mA、25mA。

通過以上3項避雷器本體的試驗項目可以判斷，避雷器本體完好。

模擬現場實際的安裝情況（如圖6）對避雷器本體進行耐壓試驗，加壓過程中，發現避雷器引線與導電桿接觸處存在明顯沿面放電現象，且引線外包的絕緣筒存在著火花狀的放電現象。對絕緣筒進行絕緣和耐壓試驗，絕緣筒絕緣電阻僅＜5M?，耐壓試驗過程中，電壓升壓至5kV左右，絕緣筒放電現象明顯。

通過以上試驗項目說明：避雷器本體性能良好，因內加熱器故障，導致柜內絕緣件受潮凝露，降低絕緣性能；母線避雷器安裝位置設計不合理，高壓引線與其他絕緣件纏繞在一起，爬距縮短，使得接觸的部位有放電痕跡。

圖6　試驗室模擬現場試驗情況

3　結論

暫態地電壓和超聲波相結合的檢測技術能夠便捷、有效地反映開關柜絕緣狀況，可監測開關柜局部放電的發展趨勢，合理的指導開關柜的檢修，減少不必要地停電，提高設備供電的可靠性。

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[10]國家電網公司.電力設備帶電檢測技術規范(試行)[S].2010,1:12.

（責任編輯：季平）

The analytical method of high-voltage switchboards with it`s Partial Discharge

CHENG Zhu-yuan，1CHEN Ying-ping2，HUANG Peng1
（1.Zhangzhou Power Supply Company in Fujian Province of State Grid，Zhangzhou Fujian 363000）
（2.College of physics and information engineering of Minnan Normal University，Zhangzhou Fujian 363000）

The running state of the high voltage switchboards of the power system has a great influence to the power supply's reliability，The detection of insulation and potential fault is particularly important to the high switchboards.Based on the technology of the Transient Earth Voltage and Ultrasonic technology，It can effectively find the potential discharge fault of the switchboards and realize the running statement of the equipment，Which lay a foundation to ensure safe and reliable operation of the power grid.

High Voltage Switchboards；Transient earth voltage；Ultrasonic；Partial discharge detection

TM591;TM855

A

1673-1417（2015）02-0001-06

10.13908/j.cnki.issn1673-1417.2015.02.0001

2015－04－20

程祝媛（1986－），女，四川廣安人，工程師，碩士，主要從事電氣試驗方面工作。