局放帶電檢測技術在開關柜電纜缺陷檢測中的應用

周 挺，胡永芳，汪新秀，范 敏，段肖力

(1.國網湖南省電力公司，湖南長沙410007；2.國網湖南省電力公司岳陽供電分公司，湖南岳陽420005；3.國網湖南省電力公司電力科學研究院，湖南長沙410007)

局放帶電檢測技術在開關柜電纜缺陷檢測中的應用

周 挺1，胡永芳2，汪新秀3，范 敏3，段肖力3

(1.國網湖南省電力公司，湖南長沙410007；2.國網湖南省電力公司岳陽供電分公司，湖南岳陽420005；3.國網湖南省電力公司電力科學研究院，湖南長沙410007)

簡要闡述了開關柜局部放電檢測技術原理和開關柜內局部放電缺陷類型，介紹了一例利用暫態電壓、超聲、特高頻綜合檢測技術成功發現某開關柜熱縮電纜終端絕緣對地局部放電的典型案例，并提出了一種開關柜內局部放電聲電聯合定位方法。

開關柜；電纜；帶電檢測；聲電聯合定位

1 開關柜局放帶電檢測技術簡介

開關柜局部放電帶電檢測技術主要包括特高頻局部放電檢測(UHF)、超聲局部放電檢測(AE)、暫態地電壓局部放電檢測(TEV)。

1.1 特高頻局部放電檢測(UHF)

電力設備內發生局部放電時的電流脈沖(上升沿為納秒級)能在內部激勵頻率高達數G赫茲的電磁波，特高頻局部放電檢測就是通過檢測這種電磁波信號來實現局部放電檢測的目的。特高頻法檢測頻段高(通常為300～3 000 MHz)，具有檢測靈敏度，現場抗低頻電暈干擾能力強的優點，可實現局部放電源定位。同時，不同類型絕緣缺陷局部放電所產生的特高頻信號的脈沖幅值、數量、相位分布、頻譜等特征量存在不同，可根據這些特征量來判斷絕緣缺陷類型。

1.2 超聲波局部放電檢測(AE)

電力設備內發生局部放電時，在放電區域中的分子會出現劇烈運動并相互撞擊，宏觀上會產生聲波，通過檢測頻率大于20 kHz的超聲波信號來判斷局部放電的方法稱為超聲波檢測法。

高壓開關柜內產生的局部放電時的超聲波信號可以利用非接觸式超聲波傳感器在柜體縫隙處進行檢測。由于超聲波在開關柜內部的傳播存在折反射，使得局部放電定位的精度受到限制，難以利用超聲波信號對局部放電進行精確定位。

1.3 暫態地電壓局部放電檢測(TEV)

綜上所述，自動化的機械制造發展必將經歷技術革新與創新，核心技術內容的掌握尤為必要。為滿足未來階段的技術發展需求，自動化機械設備制造應以市場發展方向為導向，對現階段的核心技術內容加以改進，并加大綜合性技術研發投入，解決關鍵性技術問題，為我國自動化機械制造發展奠定良好的技術根基。

暫態地電壓局部放電檢測技術是一種檢測電力設備內部絕緣缺陷的技術，廣泛應用于開關柜、環網柜、電纜分支箱等配電設備的內部絕緣缺陷檢測。但由于暫態低電壓脈沖必須通過設備金屬殼體間的間隙處由內表面傳至外表面方可被檢測到，因此該檢測技術不適用于金屬外殼完全密封的電力設備(如GIS)，暫態地電壓局部放電檢測技術對尖端放電、電暈放電和絕緣子內部放電比較敏感，檢測效果較好，而對沿面放電、絕緣子表面放電不敏感，因此，在電力設備絕緣缺陷檢測時，暫態地電壓局部放電檢測技術常與超聲波檢測技術配合使用。

1.4 開關柜局放帶電檢測信號分析原則

1)橫向分析法。對同個開關室中開關柜的檢測結果做出橫向比較，如果其中一個開關柜的檢測結果明顯大于現場背景值以及相鄰開關柜的測試結果，則可推斷該設備可能存在缺陷。

2)趨勢分析法。分析同一個開關柜在不同時間的檢測結果，進行縱向比較判斷開關柜的局放帶電檢測信號變化趨勢。按周期開展開關柜局放帶電檢測，保留每次的檢測結果，可根據檢測結果對設備局部放電狀態變化的趨勢進行分析。

3)定值判別。將判斷閾值或典型圖譜與開關柜的局放帶電檢測結果比較，分析比較結果來判斷開關柜的運行狀態。應當注意，超聲波定值判別時應結合聲音進行判別，以提高判斷準確性。

2 典型案例分析

2.1 開關柜局放普測數據分析

對某變電站內10 kV開關柜進行暫態地電壓、超聲波、特高頻信號普測，開關柜的測試異常數據見表1。測試背景為:陰天，溫度14℃，相對濕度82%，TEV背景為11 dB，AE背景為0，UHF背景值為0。

表1 暫態地電壓、超聲波、特高頻測試數據表dB

從表1中可知，TEV的相對值均小于20 dB，暫態地電壓未顯示該開關柜存在局部放電現象。但超聲波傳感器在314開關柜前面板下方檢測到有異常的超聲信號，幅值最大為17.4 dB，如圖1所示。

圖1 超聲檢測幅值圖譜

耳機中能聽到明顯放電聲，觀察超聲檢測波形和相位圖譜，每周期有一簇幅值較大和一簇幅值較小的信號，如圖2，3所示，根據超聲波局部放電缺陷類型的判定標準，初步判斷為314柜內存在類電暈放電現象。

圖2 超聲檢測波形圖譜

圖3 超聲檢測相位圖譜

同時，特高頻傳感器在該位置也檢測到異常信號，如圖4所示，根據特高頻圖譜特征分析，也判斷為類電暈放電現象。

圖4 特高頻檢測PRPD/PRPS圖譜

2.2 局放診斷數據及缺陷定位分析

采用高速示波器對314開關柜局部放電進行精確診斷，波形如圖5所示(黃色為特高頻信號，紅色為超聲信號)，從該波形可知，特高頻信號每周期一簇，信號較為密集，幅值較小，約148 mV，但具有間歇性，判斷為類電暈放電。超聲信號較為明顯，幅值約117 mV。

圖5 局部放電診斷波形

使用聲電聯合法對該局放信號進行定位，如圖6所示(黃色為特高頻信號，紅色為超聲信號)。由圖6數據可知，聲電時延約1.5 ms，利用空氣中的等值聲速(340 m/s)與聲電時延的乘積可知，放電點離超聲傳感器約0.5 m。

圖6 局部放電診斷定位波形

2.3 分析與驗證

從314開關柜局放檢測信號、典型圖譜及聲電聯合定位表明在314開關柜前面板下方存在類電暈型放電，放電點位于開關柜前面板最下方中部縱深約0.5 m處。初步判斷放電位置如圖7中圓圈位置，懷疑是B相電纜本體離接地扁鐵距離太近，絕緣距離不夠導致的空氣中類電暈型放電。后停電對314開關柜進行檢查，發現柜內B相熱縮電纜對電纜接地構架處有明顯放電痕跡，驗證了帶電檢測結論的正確性，如圖8所示。

圖7 缺陷疑似位置

圖8 解體檢查發現的局部放電位置

3 結論

1)帶電檢測技術能在不停電的情況下有效發現開關柜內潛伏性絕緣缺陷，避免開關柜事故的發生，保證了設備安全穩定運行；

2)采用聲電定位技術可準確推斷開關柜內局部放電源位置，能有效指導檢修策略制定和檢修工作的開展，減少缺陷處理時間。

〔1〕張雄清，劉黎，金海龍.35 kV開關柜局放檢測異常分析及處理〔J〕.電氣技術，2013(6):58-60.

〔2〕龐驍剛.開關柜局部放電原因分析與處理〔J〕.云南電力技術，2011，39(4):56-57.

〔3〕Gupta N，Ramu T.S.Estimation of partial discharge parameters in GIS using acoustic emission techniques〔J〕.Journal of Sound and Vibration，2001，247(2):243-260.

〔4〕Baumgartner R.，Fruth B.，Lanz W.，el al.Partial Discharge Part X: PD in gas insulated substations-measurement；practical considerations〔J〕.IEEE Electrical Insulation Magazine，1992，8(1):16-27.

〔5〕國家電網公司運檢部.電網設備帶電檢測技術〔M〕.北京:中國電力出版社，2014.

Application of PD live detection techniques in diagnosis of switchgear cable defect

ZHOU Ting1，HU Yongfang2，WANG Xinxiu3，FAN Min3，DUAN Xiaoli3
(1.State Gird Hunan Electric Power Corporation，Changsha 410007，China；2.State Gird Hunan Electric Power Corporation Yueyang Power Supply Company，Yueyang 420005，China；3.State Gird Hunan Electric Power Corporation Research Institute，Changsha 410007，China)

This paper briefly describes the principle of switchgear partial discharge detection and the types of switching cabinet partial discharge defect，introduces a typical case about the use of transient earth voltage(TEV)，acoustic emission(AE)，ultra high frequency(UHF)technology to successfully find the partial discharge on heat shrinkable cable-ending in switchgear，and proposes a method of partial discharge electro acoustic positioning.

switchgear；cable；live detection；electro-acoustic positioning

TM855.1

B

1008-0198(2016)02-0080-03

周挺(1981)，男，碩士，高級工程師，主要從事輸電線路試驗和帶電檢測研究工作。

10.3969/j.issn.1008-0198.2016.02.021

2015-12-29 改回日期:2016-02-24