超聲波局部放電檢測及定位技術在開關柜中的應用

謝云飛　王四保　宋淑紅　梁偉

摘要：高壓開關柜是電力系統中的關鍵設備之一，其內部電氣元件分布繁多、排列緊密、絕緣裕度很小，易出現局部放電現象。隨著狀態檢修深入開展，局部放電檢測在開關柜缺陷診斷中發揮了至關重要的作用。超聲波局部放電的合理應用為高壓開關柜的故障檢測以及安全運行提供了技術依據。

關鍵詞：超聲波；局部放電檢測；定位技術；開關柜；故障診斷；電力系統 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM855 文章編號：1009-2374（2016）09-0039-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.09.018

1 概述

目前，高壓開關柜已廣泛用于電力系統的變電站中，是電力系統中不可或缺的重要組成部分。然而由于環境中濕氣、高溫、放電、氧化等因素，造成開關柜內電氣設備絕緣劣化，最終以局部放電的形式表現且加劇絕緣劣化，進而帶來安全事故和經濟損失，因此對局部放電信號的檢測以及定位是發現開關柜故障并對其進行及時維修的關鍵。

電氣設備在制造和加工以及運輸安裝過程中，由于工藝和制造水平等原因往往會致使設備金屬表面存在突起、絕緣子存在氣泡、裂縫、設備表面留有金屬碎屑或設備安裝過程中留有連接部位松動接觸不良等，這些情況都會造成開關柜內設備出現局部放電現象。局部放電長期存在會造成設備絕緣能力下降，引起設備故障。目前的開關柜局部放電檢測技術主要有超聲波檢測法、暫態地電壓法和特高頻法。各種方法都有其優缺點，超聲波法是近幾年出現的一種檢測方法，由于其靈敏度高、抗電磁干擾能力強、定位準確得到廣泛應用。

2 超聲波局部放電檢測技術

當高壓電氣設備內部存在局部放電，在放電過程中，隨著放電的發生，伴隨著爆裂狀的聲發射，其振動頻率在10Hz≤f≤107Hz，產生超聲波，且很快向四周介質傳播。伴隨有聲波能量的放出，超聲波信號以某一速度通過不同介質（油、SF6氣體、空氣等）以球面波的形式向四周傳播。超聲波頻率高其波長較短，因此它的方向性較強，且在空氣中衰減較大，容易進行定位。此外，聲能與放電釋放的能量之間是成比例的，因此誕生出幅值比較法。根據超聲波在空氣中的速度是一定的，誕生了時間計算法進行定位。由于在開關柜內部件眾多，而且超聲法檢測只能從開關柜縫隙中檢測，有的局部放電用時間差法計算相對較為復雜，而幅值比較法由于應用方便、結果直接，常用于現場實際檢測中。

超聲波局部放電檢測技術是通過超聲波傳感器對電力設備中局部放電時產生超聲波信號進行檢測，從而獲得局部放電的相關信息，實現局部放電監測。由于開關柜帶電部件較多，電磁環境較為復雜，但超聲波法能有效規避這些電磁干擾，對于一些有超聲信號的熒光燈和電磁振動等機械波干擾較難排除，因此檢測時應閉燈和盡量排除某些振動干擾。

開關柜超聲波局部放電檢測儀主要由傳感器、耳機和檢測主機組成，其中超聲傳感器為敞開式，將傳感器沿著開關柜體的空氣縫隙掃描監聽，同時注意耳機中聲音和屏幕示數的變化。當檢測到有異常信號時，應該在異常信號周圍多布置幾個測點檢測，找到信號最大值位置，再根據現場開關柜內電氣設備情況進行綜合診斷。

3 超聲波局部放電檢測技術的應用

圖1 T412開關柜超聲波測試點圖

圖2 2號站變開關柜超聲波測試布點

本文以長治某220kV變電站的35kV開關柜為例，應用超聲波局部放電檢測技術對設備疑似放電部位進行帶電檢測和定位。35kV T412斷路器開關柜布置超聲測點如圖1所示，測試數據見表1；35kV 2號站變開關柜布置超聲測點如圖2所示，測試數據見表2。

表1 T412開關柜超聲測試數據

檢測部位 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦

檢測結果（dB） 17 13 8 16 13 11 5

表2 2號站變開關柜超聲測試數據

檢測部位 ⑧ ⑨ ⑩ ? ?

檢測結果（dB） 15 13 9 9 13

兩個開關柜為相鄰的開關柜，因此通過測試數據和放電聲音的音量大小可判斷超聲信號最大區域為兩開關柜相鄰的縫隙的中上部，其超聲波信號更是達到19dB，超聲信號最大值區域如圖3所示：

圖3 超聲信號最大值區域

結合開關柜的內部結構，這里正是斷路器出線經穿墻套管和站變連接的部分，因此初步判斷為穿墻套管內部臟污或有懸浮電位等引起的局部放電。信號最大值位置開關柜的側視圖如圖4所示：

圖4 超聲信號最大值開關柜側視圖

4 解體驗證

通過對開關柜超聲局部放電信號檢測和結構分析，初步判斷出開關柜內部穿墻套管存在放電缺陷，并得出了大概的放電類型，但對于具體放電位置和原因還有待進一步確定，對此，檢修試驗人員申請停電后打開開關柜柜門進行查看，發現2號站變開關柜穿墻套管屏蔽線斷裂，如圖5所示。致使引線母排與套管內壁和屏蔽線處于不同電位，使得屏蔽線對母排的絕緣護套發生懸浮放電，且在母排上有明顯放電痕跡，如圖6所示。

圖5 A相套管屏蔽線斷裂

圖6 引線母排上懸浮放電痕跡

5 結語

超聲波局部放電檢測技術是目前發現開關柜內部電氣設備因接觸不良、臟污、懸浮電位、自由金屬顆粒等引起的局部放電最有效的手段之一，尤其是對開關柜內外絕緣發生的爬電和表面局部放電更為有效。超聲波在空氣中衰減較大，這就為超聲波局部放電在定位上得到了更方便的應用。而開關柜內電氣設備較多、電磁環境復雜，幅值比較法不失為一種簡便快捷的現場超聲波定位方法。

參考文獻

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[2] 劉新宇，王衡.一起應用超聲法檢測高壓開關柜局部放電的案例分析[J].新疆電力技術，2011，（3）.

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作者簡介：謝云飛（1983-），男，河北邢臺人，國網山西電力公司長治供電公司工程師，碩士，研究方向：電氣試驗、帶電檢測；王四保（1956-），男，山西長治人，供職于國網山西電力公司長治供電公司，研究方向：電氣試驗、帶電檢測；宋淑紅（1988-），女，河南安陽人，國網山西電力公司長治供電公司助理工程師，研究方向：電費會計；梁偉（1981-），男，山西長治人，供職于國網山西電力公司長治供電公司，研究方向：電氣試驗、帶電檢測。

（責任編輯：蔣建華）