特高頻定位技術在高壓開關柜故障診斷中的應用研究

庫柏（寧波）電氣有限公司 李 玲

特高頻定位技術在高壓開關柜故障診斷中有著重要的作用，為了保證檢測的準確，應根據實際情況進行合理應用。通過對高壓開關柜故障診斷技術的闡述，介紹高壓開關柜常見故障以及高壓開關柜局部放電檢測中的故障原因，結合特高頻時差定位原理分析特高頻定位技術在高壓開關柜故障診斷中的實際應用，使其診斷更加準確有效。

高壓開關柜設備屬于電力系統中的重要輸電設備，應保證其運行的性能以提升電力系統效率，需要對高壓開關柜故障進行全面診斷，避免故障問題帶來不良影響。當前診斷技術包括了較多種類，其中特高頻定位技術作為一種重要的手段，為診斷工作的進行帶來了有效的幫助，合理地應用該技術，使高壓開關柜故障診斷能夠順利開展，為設備的使用提供保障。

1 高壓開關柜故障診斷技術

當高壓開關柜產生故障之前，一般會出現局部放電的情況，局部放電所產生的聲、光、電信號都能更通過帶電檢測來明確，當前在高壓開關柜帶電檢測中經常使用的方式有暫態地電壓法、特高頻法等。其中，暫態地電壓法容易受到接地干擾的影響，當接地網存在故障的時候，一般整個高壓室暫態地電壓都比較大。相比該方式，特高頻技術的應用具有更好的效果，能為檢測帶來一定的幫助，使檢測能夠順利完成。我國當前針對高壓開關柜的局部放電診斷及定位技術的應用進行了研究，得到了相應的參考內容，由于特高頻技術的應用有著較大的優勢，例如頻段高、抗干擾能力強等，能夠保證定位的效果，因此將其應用在高壓開關柜故障診斷中能夠發揮出良好的效果。

2 高壓開關柜常見故障

第一是分斷故障，高壓開關柜的分斷故障中有關閉、開斷故障，該故障存在于多種斷路器之中。比如，斷路器產生了滅弧異常問題的時候，會對高壓開關柜的使用造成影響，導致斷路器難以正常地運行。分斷故障問題比較多見，一般需要根據故障進行詳細判斷，找到高壓開關柜異常的原因，將問題解決。第二是絕緣故障，該故障通常表現為絕緣子擊穿以及高壓開關柜放電，當產生了這種故障情況的時候，會使高壓開關柜的絕緣性能被破壞，導致開關柜運行的風險提升。可采用局部放電故障診斷技術來判斷高壓開關柜的絕緣故障，了解故障的詳細情況，為預防高壓開關柜絕緣故障問題帶來有效的幫助。第三是動作故障，該故障中一般包括了誤動及拒動，產生概率比較高，會帶來不良的影響。當產生這種問題的時候，一般是由于機械傳動故障及電氣回路故障造成影響，在設備運行中外部環境及工藝會導致高壓開關柜的動作異常。同時，在實際的情況下，環境對開關柜造成影響比較顯著，在一些溫度較高、氣候潮濕的地區環境中，開關柜在運行中會產生機械零部件腐蝕的問題，這使開關柜的使用壽命大大減少。

3 高壓開關柜局部放電檢測中的故障原因

帶電檢測技術在開關柜狀態檢測及維修中，對高壓開關柜的故障處理有著重要的作用，在技術的發展下，形成了完善的應用體系。開關柜內部設備局部放電情況產生的原因比較多，需要根據不同的設備位置的情況進行分析，明確產生的因素。穿柜套管產生局部放電是由于沒有安裝屏蔽線，或者表面受潮；互感器產生局部放電是由于內部絕緣電阻降低，本體有墊片；絕緣隔板產生局部放電是由于表面存在臟污物質，鋁排孔洞小；絕緣子產生局部放電是由于表面受潮或者螺栓松動；斷路器產生局部放電是由于觸頭盒表面凝露或者觸頭發生了變形問題；隔離開關產生局部放電是由于觸頭存在接觸不良的情況或者受力不均勻；避雷器產生局部放電是由于閥片受潮或者接地線松動脫落；電力電纜產生局部放電是由于電纜頭受到損傷或者傘裙臟污受潮；傳感器瓶產生局部放電是由于信號線發生松動或者傳感器瓶中電容單元存在破損情況；站變產生局部放電是由于溫度探頭與高壓包搭接。

4 特高頻時差定位原理

時差法特高頻定位技術應用原理是：放電產生的同一個特高頻電磁波傳播到不同距離傳感器所需要的時間不同，結合電磁波到達傳感器的時差能夠計算出放電點距離傳感器的距離，使傳感器的方位得到改變，能夠確定放電點的位置。當設備內部存在局部放電源，將兩個傳感器分別放在附近用于接收信號，在t0時間發出特高頻電磁波信號，傳遞到傳感器的時間分別為t1及t2，兩者時差為Δt，Δt能夠在示波器或者其他時差定位設備中讀出，用以下式子Δt=t1-t2表示。假設電磁波的傳播速度為c，可使用ΔL=cΔt來求出放電點距離傳感器的位置。通常高壓開關柜結構為長方體，想要一次性地完成定位，應在附近布置適當數量的傳感器，一般可設置3個。計算放電點坐標的時候，利用以上式子來完成計算，最終可得到放電點集合，將3個傳感器結果兩兩求解之后能夠得到3個雙曲面相交點，即為放電點。使用該方式進行計算難度比較大，還會出現在實數范圍內無解的情況。當檢測中環境干擾電磁波較多的時候，放電電磁波信號難以進行獲取，同時，當在不同傳感器中沒有獲取到同一個電磁波信號，或者選擇錯誤的電磁波信號，會對定位結果造成影響。另外，開關柜尺寸比較小，電磁波的傳播速度比較快，同一信號到達不同傳感器的時差獲取也有著一定難度，因此對傳感器的精度要求比較高，當采樣存在誤差，難以精確地得到放電點。

表1 開關柜暫態地電壓數值

圖1 超聲波連續圖譜

5 特高頻定位技術在高壓開關柜故障診斷中的實際應用

5.1 帶電檢測普測數據

某企業電氣試驗小組對變電站35 kVⅡ段母線以及相連間隔進行局部放電檢測的時候，發現了一些問題。在開展高壓開關柜暫態地電壓局部放電檢測工作的過程中，測試環境背景為18 dB，發現高壓室中3522 3號電容器的開關以及相鄰的3509 2號站用變開關柜檢測結果的數據顯示出了偏大的情況，主要數據如表1所示。

檢測結果及環境背景值之間的差值比較大，所以需要使用特高頻、超聲波技術進行進一步檢測，明確3509 1號站用變開關間隔存在著懸浮放電的情況。考慮到高壓室檢測環境背景值情況以及與檢測結果之間的差值超出了24 dB，應根據交流金屬封閉開關設備暫態地電壓帶電檢測技術應用中的要求來進行處理，當開關柜的檢測結果與環境背景值之間相差了超出了20 dB的時候，應明確產生該情況的原因。通過超聲波技術檢測的進行，發現3509 2號站用變開關柜柜體縫隙位置超聲波信號存在異常問題，有異常頻率情況，放電信號存在不穩定的現象，同時使用耳機能夠聽到強烈的放電聲音，需要進行詳細的分析。

經過對超聲波圖譜的分析，發現有效值及幅值相對于背景值偏大，頻率成分2比較明顯，經過判斷能夠確定在3509開關柜周圍有著絕緣放電或者懸浮電位放電的缺陷問題。通過詳細的分析，對缺陷位置進行明確，需要進行特高頻檢測。在檢測中使用局部檢測儀開展檢測工作，經過分析可知3509 2號站用變開關柜的懸浮電位信號比較明顯，幅值超出了60 dB，信號相比3522 3號電容器開關柜要大，因此可判斷懸浮信號放電電源位于3509 2號站用變開關柜的附近位置（見圖1）。

5.2 檢測結果

通過對3509開關柜附近的局部放電信號進行定位，根據定位圖來開展分析，定位放電的位置在開柜頂部外側的支柱絕緣子瓷瓶A相附近。通過對高壓開關柜故障診斷的分析，當產生了局部放電情況的時候，放電信號可使用暫態地電壓、超聲波、特高頻技術進行檢測，定期對35 kV開關柜進行帶電檢測。特高頻檢測能夠對開關柜內部局部放電進行準確的定位，在開關柜的表面觀察窗等位置設置傳感器，使用時差法能夠定位到局部放電的位置，給設備的解體檢修提供相應的支持。

結語：高壓開關柜設備的使用影響著電力系統的整體性能，應通過對高壓開關柜的有效管理維護來保證其使用效果。在故障診斷工作中，應借助有效的技術進行檢測，保證檢測的準確性，根據結果來進行處理。其中特高頻定位技術發揮了重要的作用，通過對該技術的有效應用能夠為故障檢測及診斷帶來幫助。