局放檢測技術在高壓開關柜絕緣缺陷診斷與定位中的應用

林灝凡

（深圳供電局有限公司，廣東 深圳 518000）

0 引 言

高壓開關柜具有重要的應用價值，若是出現故障問題則會導致生產裝置停止工作，甚至會造成嚴重的財產損失，引發火災等。基于此，要落實更加科學有效的裝置管理方案，降低電氣絕緣故障幾率，實現綜合管理的目標。

1 局放檢測

1.1 局部放電機理

在電氣設備管理工作中，局部放電是較為常見的故障問題，會對應用安全性造成嚴重的影響，甚至會制約其應用效能，使得設備常規化控制受限。局部放電是電氣設備導體間的絕緣情況受損而出現橋接狀態下的電氣放電，使導體之間失去貫穿電壓。局部放電會發生在導體附近，也會出現在導體以外的位置。值得一提的是，高壓場強的長期作用會使電氣設備內部絕緣體電場強度出現局部區域擊穿的現象，此時局部區域就會伴有嚴重的放電問題。此外，電氣設備局部放電問題也會集中在絕緣效果較為薄弱的區域。例如，電氣設備制造或設備實時安裝使用過程中，絕緣區域會因生產工藝差異和操作差異產生不同程度的問題，尤其是氣泡、雜質或損傷等區域設備絕緣內部的電場強度就會高出平均場強，而周圍區域會維持正常的絕緣效果，這就造成了局部放電問題。

1.2 檢測技術

對于設備而言，局部放電是造成設備絕緣老化、絕緣失效的根本原因，因此要采用更加科學合理的檢測技術，從而保證隱患設備能提前退出運行狀態，提升設備應用管理效果，滿足應用需求。

1.2.1 特高頻檢測技術

利用特高頻傳感器對頻段電磁波信號予以實時性檢測分析，保證局部放電檢測的合理性和規范性。特高頻檢測技術的優勢在于具備較高的靈敏度，優化低頻電暈抗干擾能力，保證局部放電缺陷檢測以及定位等工作內容切實有效，同時還能及時完成故障類型的識別管理。但是特高頻檢測技術還存在一定的局限性，受電磁波衰減特性的作用，對金屬屏蔽設備的檢測效果受到影響，利用觀察窗或設備縫隙完成檢測后無法進行量化分析。

1.2.2 高頻電流檢測技術

在實際檢測過程中，將羅氏線圈傳感器連接在電氣設備接地線位置，配置耦合接地線的電流信號完成局部放電情況的檢測分析。高頻電流檢測技術一般是應用在接地引下線電氣設備處理方面，在高壓開關柜檢測中要連接電纜接地引下線才能完成相關工作。高頻電流檢測技術的優勢在于檢測的靈敏性較好且抗干擾效果較好，能對高壓開關柜內微弱放電現象予以檢測分析。但是，這種處理機制最大的弊端就是定位準確性受限。

1.2.3 超聲波檢測技術

借助超聲波傳感器完成信號的采集和處理，然后配合相應的分析工作更好地了解其運行狀態，結合傳感器和差異化檢測方式保障檢測效果最優。

接觸式超聲檢測技術要求將傳感器緊貼電力設備金屬表面并且能有效獲取信號，以便分析超聲波信號傳遞的振動現象。而空氣傳播式超聲檢測技術利用局部放電產生的超聲波振動現象作為評估依據完成分析。一般而言，開關柜超聲波檢測利用的是空氣傳播式超聲檢測，能大大提升檢測流程的抗干擾性，并且實現放電信號的準確定位管理。但是，這種處理方式需要沿著開關柜的縫隙落實具體的檢測工作，這就使得檢測范圍受限。此外，超聲波自身的衰減特性也會對檢測的準確性產生影響[1]。

2 高壓開關柜絕緣缺陷診斷與定位中應用局放檢測技術方案

以某石化企業220 kV變電站35 kV開關柜局部放電檢測項目為例，依據現場實際情況和安全控制等綜合因素，配合使用高頻電流技術和超聲波檢測技術等。

2.1 檢測結果

借助特高頻檢測技術完成日常巡檢，巡檢結果顯示A11斷路器間隔存在局部放電信號，獲取的檢測圖譜如圖1所示。

圖1 特高頻檢測圖譜

由圖1可知，在工頻相位正、負半周出現了放電信號，并且對應的幅值數量變化較大，其對稱性較為明顯。與此同時，兩簇信號的相位距離較近。在此基礎上，利用超聲波檢測技術和高頻電流檢測技術對A11斷路器間隔予以評估。由獲取的數值可知，聚集反應非常明顯，并且在圖譜（見圖2）中顯示出工頻相關性，二次驗證A11斷路器間隔存在局部放電問題[2]。

圖2 高頻相位分辯的局部放電圖譜

2.2 類型評估

對高壓開關柜進行全面分析后了解到，局部放電信號主要分為懸浮放電、氣隙放電、沿面放電以及尖端放電等情況。其中懸浮放電存在工頻相位正、負半周出現的情況，對稱性較為明顯，信號的幅值較大且對應放電信號的時間間隔也能維持一致性。盡管放電信號次數較少，但是重復性較高。對比本次獲取的信號參數可知，其屬于懸浮放電信號。通過評估放電類型，構建更加科學合理的處理機制，從而提升信號檢測效果并提高處理決策的科學性。

2.3 放電位置定位

借助高頻電流技術對局部放電信號的相間性予以綜合評估，從而了解相應情況。將高頻傳感器的紅色線路、綠色線路以及黃色線路均卡接在對應A相電纜終端接地線、B相電纜終端接地線、C相電纜終端接地線位置。結合定位圖譜分析可知，紅色傳感器波形的起始位置和綠色傳感器、黃色傳感器波形位置存在偏差，證明A相電纜終端接地線存在異常信號。電纜終端頭屏蔽層接地線處于懸空狀態，此時沒有使用有效性接地處理模式，形成了懸浮電位，造成放電問題。操作人員進行懸空接地線重新連接處理，配合特高頻檢測技術有效檢測后了解到局放信號的特征盡管有所減弱，但是卻依舊存在。基于此，技術人員認定A11斷路器間隔還存在其他局部放電信號源。

操作人員重新配置相應工序，將特高頻傳感器黃色線連接A相盆子位置、紅色線連接B相盆子位置、綠色線連接C相盆子位置。依據圖譜定位信息，紅色波形起始位置會沿著超前黃色和綠色波形起始位置變動，此時3個傳感器之間的距離一致，證明B相紅色傳感器位置存在問題。基于此，確定局部放電相位后就能高度定位管理。

在分析過程中，發現綠色傳感器放置在B相母管的下方絕緣盆子位置，而對應的紅色傳感器放置在B相下方地面，對應傳感器之間的距離約為1.5 m。借助示波器進行分析后可知，紅色傳感器波形起始位置要沿著綠色傳感器波形波沿發生變動。局部放電源與紅色傳感器的距離計算公式為：

式中，L表示紅色傳感器和綠色傳感器之間的距離，Δt表示兩個傳感器檢測時域信號波頭之間的時間差，C表示電磁波的傳播速度（3×108m/s）。通過計算，第二處局部放電信號源位于紅色傳感器上方0.42 m[3]。

2.4 原因分析

在發現故障位置后，對其產生的原因予以分析。雖然存在受潮的痕跡，但是依據以往設備檢修記錄數據和測試經驗評估，絕緣件在受潮后會先出現表面局放問題且伴有較為突出的超聲波局放分析特征，而此次前期檢測中發現沒有較為明顯的超聲波局放異常問題且套管表面完好沒有臟污，因此認定是內部氣隙加速造成絕緣老化而產生的局放問題。加之可能穿柜套管制造中環氧樹脂結構存在氣泡，也會影響其應用效能和質量。

2.5 維護機制

在全面分析具體問題后，結合實際情況構建相應的維護處理機制，制定完整的控制方案，保證實時性維護管理的整體效果。結合檢測結果制定相關方案，秉持實時性、精細化設計原則，確保方案中相關內容都能落實到位，提升綜合分析控制的規范水平，確保設備維護效果最優化。

若是局部信號較為嚴重，就要進行設備的停電檢查或實時性零件更換處理，避免對后續應用造成影響。通過采用科學合理的控制模式，保證維護管理工作都能順利落實，減少安全隱患因素的留存，提高整體設備應用質量[4]。若是局部信號較小，則要結合實際情況制定復檢計劃。一般是在設備應用的第一季度或半年后進行巡檢復查，從而了解其實際運行情況，匹配完整的信息分析模式，最大程度上提高維護效果。需要注意的是，若是復檢信號變化不大，則需要對設備進行持續地跟蹤復查。若是復檢信號的變化參數較大，則直接進行設備的停電檢查或更換元件，避免隱患問題的留存[5]。

3 結 論

綜上所述，高壓開關柜狀態檢測分析中要將重點放在局放檢測上，利用特高頻檢測技術、高頻電流檢測技術以及超聲波檢測技術等及時發現異常信息和信號數據，從而建立綜合型的評估模式，全面減少安全隱患問題對其運行質量產生的影響，為設備應用安全奠定堅實基礎。