35 kV開關柜母線異常放電分析

梁 雯，宋方超，張春旭，金愛民

（國網山東省電力公司煙臺供電公司，山東 煙臺 264000）

0 引言

為滿足社會經濟不斷發展的需求，電力系統逐漸向大容量、特高壓方向發展，這對電網安全和設備運維質量提出了更大挑戰。因此，掌握電力設備帶電檢測技術手段、實現電網設備狀態管控、保證電網安全可靠運行是供電企業現階段面臨的重要課題［1］。

經過多年的探索實踐和發展，電力設備帶電檢測逐漸成為發現設備隱患的重要手段，國內外已形成相對成熟的帶電檢測技術，如局部放電檢測、紅外熱像檢測、避雷器阻性電流檢測等［2-6］。國內學者針對帶電檢測技術進行研究，成功通過紅外熱像檢測發現設備過熱，利用暫態地電壓檢測出開關柜內部放電現象，以及通過超聲波和特高頻檢測發現GIS設備內部放電缺陷［7-13］。這些都有效證明了帶電檢測對超前發現設備隱患具有重要意義。

對某220 kV變電站35 kV高壓室內開關柜進行帶電檢測時發現異常放電聲音，通過暫態地電壓、超聲波和特高頻檢測3種方法，綜合判斷35 kV 6號電容器327柜母線室存在較嚴重的懸浮放電和一定程度的沿面放電，對放電源進行準確定位。最后結合停電工作對該開關柜進行解體，驗證了柜內確實存在懸浮放電和沿面放電，并對缺陷部位進行處理，成功消除該項缺陷。

1 缺陷檢測與分析

帶電檢測人員于2017－11－26對某220 kV變電站35 kV開關柜進行帶電檢測時，發現35 kV高壓室內某開關柜存在輕微的異常放電聲音，現場檢查開關柜外觀無放電痕跡。檢測人員立即用T90四合一局部放電檢測儀，采用暫態地電壓、特高頻和超聲波3種檢測方法對該35 kV高壓室內開關柜進行異常放電檢測。

1.1 暫態地電壓檢測

當開關柜內部發生局部放電時，放電信號會向外傳播，通過縫隙傳出開關柜，并在柜體表面形成脈沖電流，可以通過專用測試儀的傳感器耦合此脈沖電流，測量其暫態地電壓，以此判斷信號的大小。利用暫態地電壓檢測到的數據如表1所示，檢測背景幅值40 dB。

表1 暫態地電壓檢測數據 dB

從表1可知，暫態地電壓檢測背景幅值較大，經分析為內部放電強度較大，信號傳播至外部空間與原背景值疊加所得。因此，雖然檢測最大值與背景值的差值為18 dB，但實際信號最大值與背景值的差值高于18 dB。從分布來看，主要集中于柜體后中、后上部，覆蓋間隔較多，且幅值差別不大。

1.2 特高頻局部放電檢測

設備內部發生局部放電時產生的放電電流脈沖具有上升前沿陡、持續時間短、能夠激發頻率達100 MHz以上的電磁波的特點。電磁波從放電點向外輻射，可以通過傳感器耦合局部放電產生的特高頻電磁波信號，實現設備內部局部放電信號的檢測，通過對比典型放電圖譜，判斷放電類型。檢測人員利用特高頻檢測到的數據如表2所示，圖譜如圖1～3所示。其中，圖1～3中左側為局部放電相位分布圖譜（PRPD），右側為脈沖序列相位分布圖譜（PRPS）。

表2 特高頻檢測數據

圖1 低通檢測圖譜

圖2 高通檢測圖譜

圖3 特高頻背景圖

從表2及圖1～3可知，特高頻檢測背景同樣很大，靠近設備區域的空間背景在低增益下可達58 dB?？拷鼨z測窗口時，低增益高通下幅值為59 dB，四面柜體幅值差別不大，但放電重復率以6號電容器327柜相對較高，圖譜特征具有較明顯的懸浮放電特征，即放電信號在工頻相位正、負半周均會出現，且具有一定的對稱性，幅值大，相鄰放電信號時間間隔基本一致。在低通下，幅值54 dB，放電重復率降低，圖譜特征轉為類沿面、空穴放電特征，即放電幅值較分散，放電次數少，間隔不穩定。據此推斷內部放電類型不唯一。

1.3 超聲波局部放電檢測

設備內部發生局部放電時，也會伴隨產生超聲波信號，超聲波信號向外擴散，可以通過超聲波傳感器檢測到，進而判斷設備內部局部放電情況。檢測人員利用超聲波（AE）檢測到的信號數據如表3所示，圖譜如圖4、圖5所示。

表3 超聲波檢測數據 dB

圖4 超聲波檢測背景

圖5 327柜頂部縫隙超聲檢測

從表3及圖4、圖5可知，檢測空氣背景峰值為-6 dB。開關柜中、下部檢測基本無異常，但在柜體頂部縫隙檢測時，可見異常。6號電容器327柜頂部縫隙峰值達23.3 dB，且伴有明顯的50 Hz、100 Hz相關性，且100 Hz相關性大于50 Hz相關性，符合懸浮及沿面放電特征。相鄰間隔頂部亦可見一定程度的超聲波幅值異常。

通過以上3種檢測方法的綜合分析，初步判斷35 kV 6號電容器327柜母線室存在較嚴重的懸浮放電和一定程度的沿面放電。

2 放電源定位

由于檢測到的放電信號較強，無法通過特高頻和暫態地電壓的幅值法準確判斷放電源位置，因此只能通過超聲波檢測到的幅值初步判斷放電源位于柜體中上區域，靠近6號電容器327柜、5號電容器326柜區域。

為了準確判定放電源，利用特高頻局部放電檢測定位儀和高速數字示波器對所測信號進行采集、定位。

圖6 定位示意

圖7 基于時差定位的放電源位置

圖8 放電源的放電主頻率

首先，將兩個特高頻傳感器分別放置于6號電容器327柜和5號電容器326柜前面上部的可視窗上接收放電信號，如圖6所示；然后通過示波器得到兩個傳感器接收到的波形，如圖7所示。此時，檢測人員可以通過時差定位法準確計算放電源位置，還可以通過調節示波器波形，得到放電源的放電主頻率，如圖8所示。

時差定位法的原理如圖9所示。

圖9 時差定位法

其計算公式如式為

式中：x為放電源距離左側傳感器的位置，m；L為兩個傳感器之間的距離，m；c為電磁波傳播速度，3×108m／s；Δt為兩個傳感器檢測到的時域信號泊頭之間的時差，s。

經計算，放電源位于距離327柜測點約0.1 m處，放電主頻率375 MHz。

檢測人員建議結合停電工作，重點對35 kV 6號電容器327柜進行整體檢查、異物清理和除濕。處理前應縮短檢測周期，跟蹤監測異常信號發展趨勢。

3 缺陷處理

檢修人員對35 kV高壓室5號母線進行停電檢修。檢修人員首先打開母線蓋板，對現場6號電容器327母線室進行檢查，發現B相母線在穿板套管處存在較多灰塵，且套管內壁處的母線排存在發黑變色現象（其余兩相均正常），如圖10所示，圖中紅圈部位為變色部位。

圖10 母線排存在發黑變色現象

由于母線室空間有限，不好觀測，檢修人員將327柜與326柜的B相連接母線排和穿板套管拆除，如圖11所示。

圖11 拆解下來的母線排與穿板套管

拆除后，檢修人員發現主要放電點為均壓彈簧片與穿板套管連接處，均壓彈簧片與內壁金屬層放電，損壞情況較為嚴重，進而導致母線排和套管內壁產生沿面放電。圖12為均壓彈簧片燒毀情況，圖13為穿板套管內壁放電情況，圖14中紅圈部位為穿板套管內壁放電點。

圖12 均壓彈簧片燒毀

圖13 穿板套管內壁情況

圖14 穿板套管內壁放電點

通過現場檢查，分析放電主要原因：1）均壓彈簧片在長期使用后彈性減弱且發生了一定程度的變形，導致正常情況下無法與內壁金屬層良好接觸，使彈片與內壁金屬層產生了較大的電位差，進而導致均壓彈簧片對內壁放電；2）B相母線在穿板套管處存在較多灰塵，灰塵的附著使母線排和穿板套管產生一定程度的沿面放電。

檢修人員對母線排及穿板套管進行處理：1）使用酒精對母線排及穿板套管進行擦拭，除去上面的灰塵及放電附著物，處理完成后分別對母線排和穿板套管進行絕緣電阻測試，測試結果符合要求；2）更換均壓彈簧，清除彈簧片周圍雜物，多次試驗驗證彈簧片與內壁接觸良好；3）將穿板套管旋轉180°，使均壓彈簧片不與原來放電處連接，轉而連接無損壞的另一側。

全部處理完成后，將母線排及套管復位，對整條母線進行耐壓試驗并用超聲波檢測儀檢測是否還存在放電情況。檢測結果表明，母線通過了耐壓試驗并且現場無明顯放電現象。

4 結語

通過一起35 kV開關柜內部母線異常放電缺陷的發現與分析，驗證了帶電檢測技術在提前發現設備缺陷排查設備隱患方面具有不可或缺的作用。通過3種局部放電檢測方法的對比，得到超聲波局部放電檢測法對開關柜類設備內部異常放電測試較為靈敏，特高頻局部放電檢測法更合適用于放電點定位的結論。

解體檢修后，發現開關柜內部母線異常放電的主要原因是均壓彈簧片與穿板套管內壁金屬層接觸不良。如果均壓彈簧片的材質不佳或安裝不到位，就會在長期運行中引起彈簧片與穿板套管內壁的接觸不良，從而產生局部放電。

山東省內已發生多起該結構設計的等電位連接部位放電缺陷，因此，建議廠家改進設計，采用螺栓固定等可靠連接方式，避免類似缺陷發生。同時，對此類結構開關柜，應加強巡視力度，制定詳細的帶電檢測計劃并執行，以便提前發現問題，防患于未然，進一步確保電網的安全穩定運行。