高壓開關柜局部放電檢測技術

蘇彩瑩

（廈門市電力工程集團有限公司，福建 廈門 361000）

0 引 言

電力系統中的高壓開關柜兼具通斷、控制與保護功能，正是因為高壓開關柜在電力系統中的功能多樣性和不可替代性，使得做好高壓開關柜的管理、維護與監測尤為重要。但部分高壓開關柜的運行過程中常常會出現局部放電的問題，影響其正常使用。在局部放電的檢測方面，傳統的相對脈沖電流等檢測方法的弊端日漸暴露，新的發展條件下，高壓開關柜局部放電檢測技術更具現代化，檢測結果更為可靠。

1 高壓開關柜主要缺陷及放電類型

雜物入侵和絕緣不足等都會導致高壓開關柜難以保持其最佳的運轉條件，使得柜內CT絕緣擊穿、絕緣材料開裂、瓷瓶套管爆炸以及絕緣擊穿等故障頻發。當下高壓開關柜各種故障的發生原因主要包含了以下幾種。

一是爬距和空氣間隙不夠。高壓開關柜絕緣損壞事故發生較為頻繁，而爬距和空氣間隙不夠是此類故障的主要原因。對手車柜而言，為了盡可能縮小柜體尺寸，人們往往會通過減小柜內斷路器的方式，這種方式下完全隔離插頭相間或者對地距離，但卻并未采取有效的措施來保障絕緣強度的合理性[1]。二是生產安裝質量問題和工藝使用不當。高壓開關柜的安全運營在很大程度上與安裝質量和工藝應用相關，當存在安裝不當和工藝不佳的情況下，開關柜的耐壓水平不足，雖然其中的部分配件可以達到耐壓標準，但是對開關柜整體的耐壓性卻不夠。三是搭接處接觸不良。在搭接部位接觸不良時，接觸電阻的增高引起了異常發熱的問題，這一異常情況在嚴重的情況下將會對連接處的相關設備產生破壞，引起設備燒毀或者斷路故障[2]。

2 局部放電現象產生的危害

在高壓開關柜的運行和使用過程中，局部放電對柜體本身所造成的危害性非常大，具體表現以下兩點。一是電力系統中設備的絕緣性不夠，加快了設備老化，二是電力設備存在較大的電能消耗與浪費[3]。高壓開關柜的電壓相對較大，部分介質擊穿場強較大，這就使得在高壓開關柜的使用過程中極易對系統不同類型的絕緣外皮造成巨大的影響，此時高電壓電流加劇了設備損壞，伴隨著局部放電的發生絕緣皮老化明顯[4]。局部放電現象的發生還會引起電力系統中不必要的電能浪費，不利于電力事業的現代化發展。

3 高壓開關柜局部放電檢測技術

3.1 暫態地電壓檢測法

對高壓開關柜的局部放電現象而言，放電量更多地集中在接地屏幕表面，當處于屏蔽連續狀態下時，在設備外部相應信號的檢測和采集難以獲得[5]。通常情況下，屏蔽層在絕緣部位和電源絕緣終端等部位呈現出不連續的狀態。這種情況下，當高頻信號產生以后，這些信號可以經由專門的傳輸設備被傳輸到設備屏蔽外殼[6]。高壓開關柜運行時，內部元件對地絕緣在引發局部放電現象的過程中將會同步形成暫態地電壓信號，此時所產生的放電能量最終將以電磁波形式被快速傳輸到開關柜的金屬鎧裝上[7]。因為開關柜長期處于接地條件下，在開關外表面所存在的電磁波可以快速感應到相應的高頻電流，在此過程中，根據電容耦合也就可以快速進行幅值和脈沖等相關參數的檢測。檢測原理如圖1所示。

圖1 TEV檢測原理

3.2 超聲波檢測法

在高壓開關柜的運行過程中，局部放電現象伴隨著電荷的不間斷釋放和傳輸，因此基于局部放電現象的發生，在放電局部電場中的應力、機械應力以及粒子力等都面臨著失衡問題，最終引發了極端的振蕩變化。機械應力和粒子力的振蕩在引起放電部位局部介質振動的同時，也同步產生了聲波信號。超聲波檢測法在局部放電現象檢測時，通過專業檢測儀器對這些聲波信號的檢測，可以快速獲得局部超聲信號的相關信息，檢測效率相對較高[8]。超聲波檢測法開展局部放電現象的檢測時，相關傳感器和電力設備所產生的電氣回路之間基本上不會存在緊密的聯系，檢測結果受到的電氣干擾相對較小。此外，超聲波檢測時的機械振動和外界噪聲等均會對檢測結果產生一定干擾。超聲波檢測原理如圖2所示。

圖2 超聲波測量局部放電工作原理

3.3 特高頻檢測法

特高頻檢測法在高壓開關柜局部放電檢測中也同樣有效，因為在局部放電現象產生的同時形成了特高頻電磁波信號，該信號頻率保持在300 MHz～3 GHz。在特高頻傳感器的輔助下完全可以采集和分析這些特高頻電磁波信號的相關信息，如幅值和相位等信息的獲取為局部放電現象的判定提供了可靠的依據[9]。在電力系統中，高壓開關柜屬于金屬封閉開關設備，使用過程中，特高頻信號經由柜子縫隙和觀察孔傳出，與超聲波檢測技術相似，都是將非接觸外置式傳感器安裝在柜體孔隙部位，對放電過程中所產生的特高頻信號開展全面的信息采集和分析，具有靈敏度高和抗干擾能力強的特點[10]。

4 高壓開關柜局部放電檢測技術實踐應用

廈門島中總共設置了383座開關站，部分高壓開關柜存在局部放電問題，電力部門組織相關人員對這些開關柜進行了局部放電現象的檢測，發現總共有33座開關閘的局部放電現象超出了正常標準，超標率達到了8.62%。

根據現場情況調查發現，廈門島中局放超標現象是由于站內濕度過高所造成的，由這一因素所引起的局放超標高達60%以上。因為在站房內部的濕度相對偏大，使得斷路器接觸點的凝露現象難以避免，引起了局部放電現象，放電量超出了正常標準。針對這一問題，在實際的工作過程中，如果能夠控制站內濕度過高所引起的局放超標問題，將可以降低總體的局放超標率。廈門地區雨季長，5-9月為雨季，持續一段時間的陰雨天氣以后，將開關站中的空調切換至制冷模式將很容易導致開關站濕度較高，從而引發局部放電值超標，威脅設備和人身安全。根據對20個開關站相對濕度值的檢測和分析發現，這些開關站的相對濕度值都超過了75%，但因為站房內的空調處于制冷模式下，難以發揮空調在站房中的除濕作用，也就導致站房內的濕度相對較高，從而引發局部放電問題。

在該站房的局部放電檢測過程中，電力企業應配備專業人員來從事此項檢測工作，先找點放電檢測的部位，然后詳細分析相應設備所采集到的放電檢測數據，根據最終的分析結果來制定相符合的保護計劃。如果在局部放電檢測以后得到的結果為不放電，則不需要對該部位開展放電檢測和管理，如果放電檢測結果為輕微放電，則應增大對高壓開關柜的管理力度，而如果放電檢測結果遠遠超出了安全放電范圍，則應立即針對該部位來開展相應的維修作業，通過維修處理來恢復高壓開關柜的正常運轉。

5 結 論

現階段的高壓開關柜在電力系統中得到了越來越多的應用，但因為存在各種的放電現象，所以引起的設備故障非常嚴重，也使得電力企業產生了一定的損失。因此，各個電力企業在高壓開關柜的使用過程中必須要加強局部放電檢測技術的高效應用，有效應對各種局部放電故障。