35 kV 開關柜內部局部放電異常分析

董 政，王小朋，魏 彬，顧慶東

（國網天津市電力公司檢修公司，天津 300000）

0 引言

高壓開關柜具有結構緊湊、占地面積小、運行安全可靠以及操作方便等優點，在變電站內得到廣泛應用。但由于開關柜內的各種電器元件、機構及連接線都被封在柜體內，一旦出現缺陷，依靠現有帶電檢測手段不易對缺陷進行檢測和定位［1-2］，這就給后續的停電檢修造成諸多不便。通過對某運行35 kV 開關柜實際缺陷進行帶電檢測、波形數據分析以及停電耐壓檢測定位，給出了一種典型的開關柜缺陷診斷分析和定位方法，并通過停電解體驗證了分析的準確性，進一步分析給出了處理建議和現場施工改進方法。對于開關柜內部缺陷的檢測、定位和缺陷處理具有普遍的指導意義。

1 異常情況

2019 年1 月29 日，某交流220 kV 變電站35 kV 3067 開關柜及其上方35 kV-44 母線橋附近有異響，人耳即可聽到明顯放電聲。該站35 kV-44 母線分為兩段，中間通過35 kV-44 母線橋跨接303 開關柜和3067 開關柜。對3067 開關柜及35 kV-44 母線橋進行帶電檢測［1-2］，檢測手段包括紅外測溫、紫外放電、超聲波、特高頻、暫態地電壓局部放電檢測。檢測發現，在3067 開關柜頂部縫隙處及其上方35 kV-44母線橋通風孔處測到超聲信號最大，幅值45 dB；在3067 開關柜頂部縫隙處測得特高頻信號最大，幅值-18 dB，特征為多點懸浮放電；3067 開關柜上部母線室暫態地電壓信號最大，幅值51 dB。綜合分析認為3067 開關柜母線室或35 kV-44 母線橋位于3067開關柜正上方位置處存在異常放電，放電類型為多點懸浮放電。受現場條件所限，無法進一步確定放電位置。由于放電信號特征明顯，幅值較大，建議立即停電檢查，結合耐壓試驗進行紫外放電和超聲波檢測，對放電位置進行定位。

1 月31 日，電力公司對該變電站3067 開關柜及35 kV-44 母線橋進行停電耐壓試驗和解體，并結合耐壓試驗進行紫外放電和超聲波檢測，最終確定3067 開關柜三相母線套管內部以及母線套管和相間絕緣擋板間存在放電，并進行檢修處理。

2 現場檢測情況

2.1 檢測對象及項目

檢測設備為金屬鎧裝型式的小車開關柜，投運時間2009 年6 月，被測設備及其結構如圖1—圖2所示。

圖1 被檢測設備實物

圖2 被檢測設備結構

檢測項目及檢測儀器如表1 所示。

表1 檢測項目及儀器

2.2 檢測結果

2.2.1 紅外測溫、紫外放電檢測

在開關柜運行處于運行狀態，即柜門封閉的條件下，紅外測溫和紫外放電檢測無法檢測開關柜的內部元件。

2.2.2 特高頻檢測

在對該開關柜進行特高頻檢測時，發現存在疑似多點懸浮放電信號，信號最大位置在開關柜頂部縫隙處，如圖3 所示。特高頻檢測的脈沖序列相位分布譜圖（Phase Resolved Pulse Sequence，PRPS）和局部放電相位分布譜圖（Phase Resolved Partial Discharge，PRPD）如圖4 所示［3-4］。

圖3 特高頻信號最大位置處

2.2.3 超聲波檢測

在3067 開關柜的柜頂縫隙處及其上方35 kV-44母線橋通風孔處使用聚波器測得的超聲波信號最大，幅值45 dB，背景值-2 dB，且人耳能聽到明顯放電聲。超聲波信號最大位置如圖5 所示，相鄰開關柜超聲波檢測無放電信號［5-6］。

2.2.4 暫態地電壓檢測

3067 開關柜上部暫態地電壓檢測數值為51 dB，大于下部暫態地電壓檢測數值44 dB，其上方35 kV-44 母線橋暫態地電壓檢測數值49 dB。3067開關柜及相鄰開關柜的檢測結果如表2 所示。可見3067 開關柜暫態地電壓數值最大，向另一側開關柜方向的數值逐漸減小［6］。

圖4 特高頻信號PRPS 圖及PRPD 圖

圖5 超聲波信號最大位置

表2 暫態地電壓檢測結果 dB

2.3 檢測結論

根據特高頻、開關柜暫態地電壓及超聲檢測結果，結合相關標準規范［7-9］及現場經驗綜合判斷，3067 開關柜母線室或35 kV-44 母線橋位于3067 開關柜正上方位置處存在異常放電，放電類型包括多點懸浮放電。判斷異常放電原因可能為：1）母線橋導電排螺絲松動導致懸浮放電；2）開關柜母線套管存在內屏蔽松動或高壓屏蔽線與低電位部位接觸或靠近導致懸浮放電；3）相間絕緣擋板絕緣距離不夠導致電暈放電。

受檢測條件所限，無法進一步確定放電位置。由于放電信號特征明顯，幅值較大，建議立即停電檢查，防止發生突發故障波及其他在運設備，導致大范圍停電事故。同時結合停電耐壓試驗進行紫外放電及超聲波檢測，定位放電源。

3 耐壓定位及解體分析

3.1 耐壓定位

1 月31 日，電力公司對該變電站3067 開關柜及35 kV-44 母線橋進行臨時停電檢修。首先結合停電后的耐壓試驗對3067 開關柜和35 kV-44 母線橋進行紫外放電及超聲波檢測，3067 開關柜母線套管位置如圖6 所示。對三相逐相依次進行串級式交流耐壓試驗，當A 相相電壓升至20 kV 時紫外放電檢測發現A 相母線套管內有明顯放電，升至40 kV 時A相母線套管內放電進一步增強［10］，并且在A 相母線套管上檢測到超聲波信號，如圖7 所示。當B、C 兩相相電壓分別升至40 kV 時紫外檢測未發現B、C 相母線套管放電，但是在B、C 相套管上檢測到較強的超聲波信號，據此判斷B、C 相套管沒有檢測到紫外放電信號應該是套管內部放電點較深或放電能量較小。綜上所述，判斷三相母線套管內部均存在放電。

3.2 解體檢查

將3067 開關柜三相母線套管拆下后，發現套管內部均存在套管和屏蔽線之間的懸浮放電痕跡。套管之間的絕緣隔板有傘裙狀放電痕跡以及受潮痕跡，如圖8—圖15 所示。

圖6 3067 開關柜母線套管位置

圖7 A 相套管耐壓試驗紫外測試

圖8 3067 開關柜母線A 相套管內壁

圖9 3067 開關柜母線B 相套管內壁和屏蔽線

圖10 3067 開關柜母線C 相套管內壁

圖11 3067 開關柜母線套管絕緣擋板位置

圖12 3067 母線套管A、B相之間絕緣擋板A 相側

圖14 3067 母線套管B、C相之間絕緣擋板B 相側

圖15 3067 母線套管B、C相之間絕緣擋板C 相側

3.3 分析

結合帶電檢測結果和解體后的放電痕跡，分析放電原因［11］：

三相母線套管內的屏蔽線過長，和套管內壁（非內屏蔽部分）接觸，在接觸點存在放電。這是因為在運行過程中屏蔽線和導板連接是高電位，與套管內壁（非內屏蔽部分）之間存在電位差，屏蔽線和套管內壁（非內屏蔽部分）碰觸后引起放電。

解體后發現A、B 兩相套管間的絕緣擋板上有明顯傘裙狀放電痕跡，尤其是A 相側較為明顯。現場發現絕緣擋板和A 相套管傘裙挨到一起，和B 相套管傘裙只有2～3 cm 的距離，運行中絕緣擋板和套管傘裙間存在電暈放電。這是由于靠近絕緣擋板部位的傘群處電磁場較強，超過附近空氣的擊穿電壓后導致放電。

B、C 兩相套管間的絕緣擋板上有受潮后的放電痕跡，說明開關柜內部有潮氣，降低了附近空氣的絕緣性能，加劇了絕緣擋板和套管之間的放電。同時，濕氣附著在絕緣材料上，容易引起爬電，最終引起相間或相對地短路放電。

4 結語

通過對某運行35 kV 開關柜缺陷的檢測、分析和解體，給出了典型的開關柜內部缺陷診斷分析和定位方法，并且通過停電解體得到了驗證。針對此次帶電檢測發現的問題，對后續的安裝和施工提出幾點建議：選擇合適長度的屏蔽線，或者將過長的屏蔽線封在導板和屏蔽線連接螺栓處的熱縮管內，以避免屏蔽線和套管內壁接觸或距離過近；絕緣擋板和套管之間保持足夠的間距；保持開關柜內部干燥，必要時可加裝除濕裝置。