開關柜帶電檢測技術的現場綜合應用研究

付兆遠，高兆麗，焦方軍，孫　巖，蘇　娜

（國網山東省電力公司濟南供電公司，濟南　250012）

開關柜帶電檢測技術的現場綜合應用研究

付兆遠，高兆麗，焦方軍，孫巖，蘇娜

（國網山東省電力公司濟南供電公司，濟南250012）

開關柜的運行可靠性直接關系到整個配電網絡的供電可靠性，開展開關柜帶電檢測工作是提高供電可靠性的關鍵措施之一。暫態地電壓檢測技術、超聲波檢測技術、紅外檢測技術是開關柜帶電檢測中常用的技術手段，結合實際案例分析3種檢測手段的優劣。實際應用情況表明綜合利用3種檢測手段可及時發現設備缺陷，提高設備運行的可靠性。

帶電檢測；開關柜；現場應用；局部放電

0　引言

高壓開關柜是金屬封閉開關設備的俗稱，集控制、保護、計量等功能于一體，具有占地面積小、安全性高、易于維護的優點，廣泛于35 kV、10 kV配電系統中，其模塊化的組合可滿足不同接線形式的要求，具有良好的可擴展性。開關柜內導體大部分采取熱縮絕緣材料工藝，通過優化電極形狀顯著縮小占地面積；斷路器、接地開關、前后柜門均設有機械連鎖，對于防止誤操作，提高安全運行水平具有重要意義［1］。

由于高壓開關柜的母線室是互通的，停電例行試驗時只能逐個間隔進行，試驗對象僅限于開關柜內電流互感器（TA）、開關、避雷器，各導電部位的絕緣、連接情況缺乏有效檢查手段，傳統的定期預防性試驗技術無法滿足當前的需要。隨著狀態檢修的逐步深入開展，各類帶電測試手段廣泛應用于開關柜狀態檢測，取得了良好的效果［2］。

開關柜內部缺陷的典型早期表現主要是局部放電。由于開關柜內部結構緊湊，場強分布極不均勻，絕緣內部存在氣泡、接觸不良、絕緣表面污穢等均會引起局部放電。局部放電產生的發熱、射線及化學活性生成物會對絕緣材料產生緩慢損害，經過長期的發展，最終導致設備故障［3］。

英國電力企業數據統計顯示，85%的破壞性故障與局部放電有關［4］，因此開展開關柜帶電測試工作可以及時發現局部放電、元件過熱，從而顯著降低配電設備的故障概率。

1　開關柜帶電測試技術

局部放電是一個復雜的化學物理過程，發生放電時不僅存在電磁輻射、能量損耗，而且還伴隨聲、光、熱等一系列現象，開關柜帶電檢測技術可以通過檢測局部放電過程中發生的各種現象來判斷放電位置及嚴重程度，為停電檢修提供充足的數據支持。目前常用的開關柜帶電檢測技術有暫態地電壓檢測、超聲波檢測和紅外檢測［5］。

1.1暫態地電壓檢測技術

高壓開關柜內部發生局部放電時，帶電粒子快速由導體向外遷移，在開關柜柜體上產生高頻電流行波。受集膚效應的影響，電流行波無法穿透金屬柜體，只能集中在開關柜內表面，當遇到不連續的金屬斷開面時，電流行波從內表面轉移到外表面，以電磁波的形式向空間傳播，且在金屬柜體外表面產生暫態地電壓，該信號可由特定的傳感器接收、識別［6］，暫態地電壓信號產生機理如圖1所示。通過對比開關柜不同部位接受到的暫態地電壓信號幅值大小、重復程度可初步判斷局部放電的位置及危險程度。

圖1　暫態地電壓信號產生機理

1.2超聲波檢測技術

局部放電發生時，電荷的快速遷移會引起開關柜內粒子出現振蕩性機械運動，從而產生聲波。通過開關柜間隙檢測到聲波強度正比于放電活動強度，放電活動達到一定程度導致絕緣擊穿，危急設備、人員安全。開關柜中的局部放電信號頻率為10～1 000 kHz，使用超聲波傳感器可有效檢測聲波信號中的特征信息。

實際使用中的便攜式開關柜超聲波局部放電檢測設備只能簡單地測試信號強度。為掌握更多缺陷信息，通常使用局放調理電路將超聲波信號轉變為可聽信號，檢測人員使用耳機依據音頻信息判斷局部放電類型及局部放電位置［7］。

與開關柜超聲波局部放電檢測相比，GIS超聲波局部放電檢測理論更為成熟，檢測設備使用經驗更豐富。雖然開關柜結構與GIS結構明顯不同，但局部放電過程中的超聲波產生機理是一樣的，當懷疑開關柜內部存在局部放電時，可以使用GIS超聲波局部放電檢測儀進行綜合診斷。

1.3紅外檢測技術

由于局部放電同時會伴隨設備發熱現象，對設備進行紅外檢測，可以發現絕緣劣化的部位。紅外檢測主要是檢測設備由于絕緣缺陷、連接缺陷等原因導致局部能量過于集中而發熱的情況，如果能量的積累速度小于對流、熱輻射引起的能量逸散速度，紅外檢測無法發現設備絕緣缺陷。一般情況下，紅外檢測僅適用于檢測絕緣極度劣化或接觸不良導致的放電現象［8］。

2　帶電測試技術的應用

2.1聲電聯合測試現場應用

2.1.1開關柜超聲波測試

對220 kV安康變電站35 kV開關柜進行超聲波局部放電測試時，發現1號主變進線306間隔存在超聲波數據異常，超聲波背景測試數據如圖2所示，306間隔超聲波測試數據如圖3所示。

圖2　背景測試

圖3　306間隔測試

由圖2可看出，測試背景圖信號有效值為0.46 mV，周期峰值1.64 mV，沒有表現出頻率相關性，為典型的頻率均勻分布的白噪聲，說明測試空間沒有其他形式的聲源干擾。當對306間隔進行測量時，發現測試信號發生急劇增長，在對開關柜底部、中部、上部、頂部進行綜合測試后，發現306間隔進線開關柜頂部信號最大，如圖3所示，有效值達到8.6 mV，周期峰值為27.3 mV，頻率相關特征明顯，且100 Hz頻率相關性大于50 Hz頻率相關性。此時相位模式下的測量結果如圖4所示。

圖4　306間隔超聲波測試相位模式圖

從相位模式中可以看出：信號幅值較大，相位聚集特征不明顯，在脈沖檢測模式下，未出現“三角駝峰”形狀，可排除自由顆粒的干擾。由于相位模式下，圖譜并未表現出明顯的“雙峰”或“單峰”特征，不能可靠區分局放缺陷和電暈放電現象，但由于信號幅值較大，不能排除局放和電暈均存在的可能。

由于母線排外部有絕緣套、絕緣板，結構較復雜，而聲波在不同媒介間傳輸時由于界面的反射、擴散作用，衰減很大，實際放電現象更為嚴重。

2.1.2開關柜暫態地電壓測試

分別對306間隔及各臨近間隔進行了暫態地電壓測試，測試過程中發現各間隔暫態地電壓測試結果均在3～5 dB之間，且306間隔開關柜前、后、上、下無明顯差別，與背景3 dB相比幅值較小，即暫態地電壓測試未能檢測到局放現象。這可能因為局部放電信號頻率不在暫態地電壓檢測設備的有效檢測頻帶范圍內，或局部放電可能存在于母線排與絕緣件之間或絕緣件內部。

對1號主變35 kV進線開關柜母線橋室解體檢查，發現母線外瓷套及附近絕緣擋板均有不同程度的放電痕跡，現場檢修照片如圖5所示。為防止缺陷進一步發展，對銅排外絕緣護套、外絕緣瓷套以及絕緣板整體進行更換，并適當調整絕緣板安裝位置，進行復測發現局放信號消失。

圖5　306間隔開關柜現場檢修照片

2.2暫態地電壓測試現場應用

2014-10-06，在220 kV玫瑰變電站35 kV開關柜進行局部放電測試過程中，發現35 kV開關柜暫態地電壓結果測試異常，開關柜測試位置及相鄰間隔測試數據如表1所示。

開關柜暫態地電壓測試數據值明顯偏高，且脈沖數量多、重復性好。經查閱，該站最近一次開關柜局部放電測試是在2013-05-07，暫態地電壓測試數據在12 dB左右。與上次相比，此次開關柜檢測結果增大了35 dB，開關柜存在明顯的放電異常。檢測數據顯示暫態地電壓信號呈中間高、兩邊低的變化趨勢，在2段TV及MOA間隔達到峰值，為59 dB。

表1　開關柜暫態地電壓檢測數據　dB

為進一步確認，試驗人員使用超聲波檢測器進行檢測，發現2段TV間隔超聲波測試存在明顯的放電聲音，且檢測值在20 dB左右，大于15 dB的警戒值。

根據檢測數據，可得出開關柜內部存在較嚴重的局放現象；局部放電發生部位應位于2段TV及MOA間隔處，且靠近開關柜前方中部。

該間隔進行停電處理情況見圖6。2段TV及避雷器間隔靜觸頭與母排下引線連接處存在明顯的燒蝕痕跡，拆除過程中發現母排下引線與靜觸頭連接螺栓明顯松動，致使該處產生懸浮電位，引發長時間的低能量電暈放電。檢修人員對下引母線排和靜觸頭進行了處理，并更換、緊固了連接螺栓，放電現象消失。

圖6　2段TV間隔現場處理照片

2.3紅外檢測現場應用

2013年7月，在對110 kV開發區變電站10 kV開關柜進行紅外測試時發現1號主變進線柜柜體發熱嚴重，測試時1號主變進線負荷1 700 A，環境參照體溫度為32℃，開關柜側面紅外圖譜如圖7所示，繼電器室紅外圖譜如圖8所示。

圖7　開關柜側面紅外圖譜

圖8　繼電器室紅外圖譜

從紅外圖譜中可以看出，從上至下，進線柜柜體金屬縫隙處溫度明顯高于正常值，上部繼電器室溫度最高。由于柜體金屬的阻隔無法準確定位發熱部位，結合進線柜內部結構可以確定發熱位置應位于母線排上，柜體整體發熱是由于封閉空間內的熱對流效應導致。為進一步確認缺陷性質，分別進行暫態地電壓局部放電測試和超聲波局部放電測試，均未發現異常，排出了局部放電存在的可能性。初步確定發熱現象可能是由于熱塑絕緣護套破損或穿墻套管處渦流損耗所引起。經停電檢查發現進線母線橋積灰嚴重，熱縮護套已卷曲燒損。處理后發熱現象消失。

3　結語

在實際應用過程中，暫態地電壓檢測技術、超聲波檢測技術、紅外檢測技術各有優劣。暫態地電壓測試方法對尖端放電、電暈放電敏感有效，而對沿面放電、絕緣子表面放電不敏感。超聲波檢測對絕緣子內部缺陷無能為力而對其他類型的放電較敏感。紅外檢測無法發現開關柜內早期的局部放電現象，但可以發現接觸不良等嚴重載流故障。

帶電檢測的目的是通過各種技術手段掌握設備真實運行狀態，對設備故障進行定性、定位，提前干預，防止設備事故的發生。現場局部放電現象的電磁特征和產生機理復雜多變，而檢測工作受環境干擾和傳感器精度的影響較大，可能經常出現誤判或漏判現象，給狀態評價工作帶來負面影響。在現有的儀器裝備技術水平下，應充分發揮各種檢測方法的優勢互補特性，不斷積累檢測數據，充分利用統計分析技術和趨勢分析技術，為設備狀態評價提供強有力的數據支撐。

［1］肖登明.電力設備在線監測與故障診斷［M］.上海：上海交通大學出版社，2005.

［2］王少華，葉自強，梅冰笑.輸變電設備在線檢測及帶電檢測技術在電網中的應用現狀［J］.高壓電器，2011，47（4）：84-91.

［3］張曉春.輸變電設備在線監測技術在云南電網的應用［J］.云南電業，2009（9）：37-38.

［4］錢家驪，黃瑜瓏，徐國政.智能化高壓開關設備運行統計分析［J］.高壓開關行業通訊，1997（12）：33-36.

［5］Q/GDW 1168—2013輸變電設備狀態檢修試驗規程［S］.

［6］任明，彭華東.采用暫態對地電壓法綜合檢測開關柜局部放電［J］.高電壓技術，2010，36（10）：2 460-2 466.

［7］汪楨毅，柯明生，童志明.TEV和超聲波技術在開關柜局放檢測中的應用［J］.中國電力教育，2014（3）：266-267.

［8］印華，王勇，王謙.12 kV開關柜內部放電的分析與處理［J］.高壓電器，2006，42（5）：395-396.

Comprehensive Application of Live Testing in Switchgear Detection

FU Zhaoyuan，GAO Zhaoli，JIAO Fangjun，SUN Yan，SU Na
（State Grid Jinan Power Supply Company，Jinan 250012，China）

The switchgear condition directly affects power supply reliability of distribution network.Live testing for the switchgear is one of the key measures to improve power supply reliability.Transient earth voltage test，ultrasonic test and infrared detection are commonly used in live testing.Advantages and disadvantages of these testing methods are analyzed combined with actual cases.Practical application shows that comprehensive utilization of these methods can detect defects accurately and improve operation reliability of the switchgear.

live testing；switchgear；engineering application；partial discharge

TM591

A

1007-9904（2016）01-0050-04

2015-09-23

付兆遠（1987），男，工程師，主要從事高壓試驗技術工作。