高壓開關柜局部放電帶電檢測技術的應用

柴靖

摘要：高壓開關柜一般用于電力系統發電、輸電、配電、電能轉換和消耗等工作，可以起到通斷、控制或保護等作用，電壓等級在 3.6kV-550kV 之間，可以分為高壓負荷開關、高壓隔離開關與接地等幾大類。在實際工作中，高壓開關柜往往存在局部放電問題，造成絕緣劣化，加速絕緣損壞過程，整個系統的電能消耗也會因此增加。分析局部放電現象、危害以及檢測技術十分必要。

關鍵詞：高壓開關柜;局部放電帶電;檢測技術

1開關柜主要缺陷及放電類型

開關柜缺陷：高壓開關柜由于其特殊的結構性，發生問題的概率較高。另外因污穢、絕緣薄弱、小動物侵入等原因常引發事故，表現為柜內 CT 的絕緣擊穿、絕緣材料開裂等;瓷瓶套管爆炸、絕緣擊穿、臟污閃絡，過電壓閃絡擊穿，相間絕緣閃絡，內絕緣對地閃絡擊穿，外絕緣對地閃絡擊穿。 高壓開關柜發生事故的原因概括主要有以下原因：（1）爬距和空氣間隙不足：爬距以及空氣間隙不夠是開關柜發生絕緣損壞事故的主要原因。 尤其是手車柜，為了達到縮短柜體尺寸的目的，大幅度減小柜內的斷路器，完全隔離插頭相間或是對地距離，卻未采取有效措施保證絕緣強度。（2）生產安裝質量和施工工藝不良：安裝和施工的工藝對開關柜整體耐壓水平有很大的影響。 柜內的相關配件能夠通過耐壓試驗，但是開關柜整體卻不能通過，主要是由于裝配質量差。 比如緊固螺絲不規則，擰緊后螺桿長出螺母過多;有些支持瓷柱的緊固底板成“丁”型，在支持瓷柱處作特殊處理，這樣既可以縮短絕緣距離，又能夠造成電場相對集中。（3）搭接處接觸不良，長期發熱導致事故：當接觸不好時，該接觸電阻增高引發發熱，嚴重時會直接燒毀連接處設備，引起短路故障。（4）周 圍環境的影響 ：隨著環境污染不斷加劇 ，空氣污染也不斷加劇，也使電力設備的絕緣子等部件受到污染。 分析多年來污閃事故，總結出發生污閃的原因主要有二：①（客觀存在的）是污穢和潮濕兩個因素同時存在于絕緣件的表面，產生污閃的可能性較大。 ②（人為原因）是絕緣子串的泄漏距離偏小，不能適應污穢和潮濕的環境。

2 開關柜局放檢測原理及測試方法

2.1 基本原理及參數

局部放電具有表現形式的多樣性特征， 如它可同時以超聲波、光、電脈沖等的形式向外傳播。 不同階段的局部放電或不同類型的局部放電又具有其表現形式的主次性特征， 如絕緣內部放電的電磁高頻特征較為常見， 空氣中表面放電以聲發射特征為主。 爬電屬于間歇性放電現象，電磁輻射特性不明顯，聲波特征較強但也不十分穩定;電暈放電電磁輻射穩定，聲波特征也穩定但相對弱。當局部放電發生時，就會產生電磁波，向外傳播的同時會金屬殼內表面形成脈沖電流， 同時在集膚效應作用下形成一個暫態電壓脈沖（地電波）。 利用（容性）探頭即可檢測到脈沖，從而反映局部放電情況，如圖 1 所示。

由氣體的放電理論可以得出， 局部放電部分能量會以聲波的形式向周圍傳播。 在室溫和標準大氣壓條件下，聲波傳播的距離和衰減的快慢快速取決于放電過程中釋放的能量大小。 利用（超聲波）探頭即可檢測這些聲脈沖，從而反映局部放電的狀況。一般來說，電磁波在油紙、環氧介質中的穿透性較強，在空氣中的衰減性大，而聲波在油紙、環氧介質中的衰減快、放射強。

主要技術參數及指標：傳感器中心頻率：30～50kHz 之間;分辨率：1～2dB;精度±1dB;測量范圍：-7～60dBμV;傳感器靈敏度：不小于-65dB;外差頻率：30～50kHz 之間。

2.2 檢測方式

（1）地電波檢測方式由于外部的電磁脈沖會進行變電站內， 會對檢測結果造成干擾主要是由于外部的電磁脈沖會在開關柜的金屬表面均會感應出地電位。 因此，測試前需要在電房金屬門及空氣中各進行一次測量，掌握周圍環境干擾水平。 正常時候，對開關柜的上柜、中柜、下柜以及兩個側面進行檢測。（2）超聲波檢測方式超聲波模式時應首先測量測試背景的干擾噪音， 另外超聲波模式可有效避免空間的電氣干擾。 首先，根據柜子的類型及高度等選擇具體型號的傳感器。 測試時，將傳感器放置在開關柜的縫隙處以接收從內部傳出的放電信號。

2.3 判斷依據及方法

根據電網公司狀態檢測的經驗，地電波讀數若超過 20dB就應引起注意。 同時，該讀數應與被測環境的干擾讀數、以及其他開關柜的數據進行比對。 選擇超聲波功能進行檢測時，根據以往的經驗認為當相對讀數超過 7dB 時應該引起注意。 當超過 15dB 時，人應能夠分辨具體的放電聲響。另外也可以通過比較法（縱向比較及橫向比較法）進行判斷。 所謂橫向比較就是對同類設備的測試結果進行比較，當同類型的某一設備個體的測試結果比其它同類設備的測試果均大時， 就可以此設備存在缺陷的可能性; 所謂縱向比較的方式，是對不同時間的同一各設備的測量數據進行分析比較，從而判斷得出設備的運行情況。

3高壓開關柜局部放電帶電檢測的優勢

近年來，隨著供電安全性和穩定性要求的不斷提高，高壓開關柜局部放電帶電檢測顯得至關重要。當前，我國電力生產管理的主要方法是高壓開關柜的局放檢測，其可以迅速找到柜內的問題，隨時了解設備的實際運行情況。相對于傳統的停電檢測方式，高壓開關柜局部放電帶電檢測的優勢具體表現在如下兩點。第一，經濟優勢。無論是定期的例行檢修還是試驗，都必須要在停電的基礎上開展，這樣就勢必會出現由于停電而產生的經濟損失，并且容易出現過修或者失修的問題。但是如果采用高壓開關柜局部放電帶電檢測技術，就可以在很大程度上防止這種情況出現。第二，技術優勢。通常，就利辛實驗條件來講，停電和設備運行中存在很大的差異[3]。運行過程中設備容易受到多種因素的影響，如應力因素以及電磁場因素等，這些都是不能在停電的狀態下可以模擬的。在停電條件下開展的實驗往往都不能準確找到絕緣缺陷。缺陷潛伏發展都需要一個過程，在這個期間進行帶電檢測，可以將絕緣狀態下所有信息情況都全面反映出來。但是例行試驗的前提條件是必須要在停電情況下進行，通常都無法迅速正確的找到故障。如果在檢測設備實際運行情況時采用局部放電帶電檢測技術，可以更加方便的了解設備實際使用情況。

4開關柜帶電檢測的建議

在供電可靠性要求越來越高的情況下， 不停電的高壓開關柜局部放電帶電檢測，顯得尤其重要。 開展高壓開關柜的局放檢測已成為電力生產管理的重要手段之一， 它能有效的發現柜內缺陷，實時掌控設備的運行情況。 與傳統的停電檢測方式相比具有以下優點：（1）經濟優勢：定期的例行檢修及試驗均需要在停電的狀態下進行，這樣無法避免因停電帶來的經濟損失，另外也會帶來計劃安排難度的增加。 而且存在失修和過修的情況，而帶電檢測可以避免此情況;（2）技術優勢：停電的例行試驗條件與設備運行時的條件完全不同。 運行時設備有諸如電磁場、 應力等其它因素的影響，這些是無法在停電時模擬的，在這樣條件下進行的試驗很可能發現不了潛在的故障及絕緣缺陷; 缺陷的潛伏的發展是有時間性的， 在此期間開展帶電檢測能夠反映絕緣狀態各種信息情況。 例行試驗卻是定期停電下進行的，經常不能及時準確的發現故障：①漏報;②誤報或早報。 但局放帶電檢測在設備運行情況進行檢測，更有利于掌握設備實時動態。

結束語

局部放電難免會損壞電力系統部件，也會造成不必要的電能消耗。當前普遍運用的檢測技術包括暫態地檢測和超聲波檢測。這些檢測技術的基本原理是不同的，在實際工作可以結合具體情況選擇適宜的檢測技術。這樣可以保證檢測結果的準確性，也可以提高檢測效率。

參考文獻

[1] 羅 楊，劉彥琴，郭 超，等 . 高壓開關柜局部放電檢測及應用 [J]. 電工電氣，2018，（9）：56-59.

[2] 蔡智超 . 高壓開關柜局部放電檢測技術應用的相關探討[J]. 科技創新與應用，2018，（5）：143-144.

[3] 江 濤，朱興剛，江 明，等 . 開關柜局部放電帶電檢測技術的應用 [J]. 安徽電氣工程職業技術學院學報，2015，20（1）：54-56.