超聲波檢測法檢測開關柜內部局部放電故障的相關思考

云南電網有限責任公司昆明供電局 楊 珊

現階段在國內外高壓開關柜局部放電檢測常用的有脈沖電流法、光測法、紅外檢測法、化學檢測法及瞬時對地電壓法等，其中最廣泛使用的是脈沖電流法及超聲波檢測法。各種電器設備在使用過程中會形成絕緣劣化，勢必會致使電壓變大、絕緣強度大大降低，嚴重時會誘發開關柜的爆炸，此時在內部產生放電現象，是導致十千伏開關柜設備絕緣劣化發生故障的主要因素。

在配網開關柜設備運作過程中，應采取有效方式加大局部放電帶電檢測，超聲波檢測法應運而生。通過使用超聲波檢測能有效對開關柜狀態、運作情況進行在線監測，提高電力系統供電可靠性。嚴格按照國家電網公司頒布的電力設備帶電檢測技術規范通知進行開關柜的檢查。針對異常問題及時解決，有效縮短測量周期，做好數據保存和對比工作。

1 超聲波檢測法檢測開關柜內部局部放電理論闡述

1.1 超聲波檢測法

當開關柜在工作時出現放電現象，可用超聲波檢測法進行無損帶電檢測，放電信號可通過行波的方式進行傳播。當它傳輸到設備外殼上時將超聲波傳感器貼在外殼上接收信號，能有效檢測到開關柜放電信號的大小、頻率特點等，在進行超聲波檢測法使用時要考慮到受電器干擾的影響，進行在線監測到精準定位。尤其是對實驗電源、實驗環境要重點檢查，檢測對象的靈敏程度。超聲波在開關內傳播時，如發生故障會進行多次的反射和折射，在使用時主要是為定性判斷是否出現局部放電信號。該系統在運作時離不開壓電晶體，它是超聲波檢測系統的傳感器，能將聲信號轉化。此時傳輸的光信號通過一系列光電元件進行轉換，將其變為電信號，信號放大后會在示波器上進行顯示。

在測量局部放電時使用的儀器多采取60～300kHz，也會受到傳播衰減因素的影響出現采集信號過于微弱。為全面提高傳感器工作效率，現階段的集成元件朝著低噪聲放大器、光纖方向發展，能提高超聲波檢測的靈敏程度。通過采用超聲波檢測法檢測開關柜內部缺陷，能有效檢測到局部放電信號的存在，而且還能對信號進行分析，判斷設備的損害程度，為人員修理奠定強力的基礎。

1.2 開關柜內部局部放電

絕緣和載流故障都和開關柜局部放電有著密切聯系，局部放電是設備故障的主要特征，也是造成絕緣劣化的原因之一。局部放電檢測是實現狀態檢測的有效技術手段，局部放電是指電力設備中絕緣部分被擊穿的電器放電能夠發生在導體附近，也可發生在其他區域內部。局部放電主要發生在絕緣體內部的放電，而表面內部放電則是發生在絕緣體表面的放電，此時設備在運作過程中也可能會出現電暈，它主要發生在被氣體包圍的導體附件的放電。

現階段影響設備局部放電的因素主要有運行狀態、設備原因以及環境因。運行狀態易受惡劣天氣、遭受雷擊、諧波畸變產生的影響；設備自身的原因可能是由于絕緣材料并不均勻、內部存在空洞或是雜質絕緣體，表面出現凸出部位強度不高；環境因素的影響。在過于潮濕或是過于炎熱的區域也可能引發局部放電，在開關柜電纜接頭處出現嚴重的銹蝕。

2 開關柜內部局部放電檢測的意義

現階段加大開關柜內部局部放電檢測能有效維護高壓開關柜，正常運作高壓開關柜是確保城市配電網運行的基礎設施。開關柜設備可靠性和用戶供電可靠性間有密切聯系，在進行開關柜局部放電檢測時要以提高設備可靠性、穩定性為主。開關柜在使用過程中，由于其數量眾多，不可能像傳統的高壓變壓器一樣使用在線檢測技術，無形中會加大監測設備的成本。開關柜設備故障一旦引發會造成嚴重的后果，導致供電中斷，嚴重影響電網供電的可靠性，甚至會引發嚴重火災，造成重大經濟損失。

一般開關柜在運作時可能會發生以下故障：拒動故障主要是由于機構內部機械原因產生；誤動故障是因二次控制回路產生；絕緣故障主要是由于缺陷、爬電、閃絡產生；開關與關合故障會受到多種因素的影響，載流故障主要是由于外部接觸不良產生的，也會受到外力的重擊，可能是由于加工工藝不良產生故障。其中絕緣故障與載流故障高達開關柜故障類型的60%以上。因此在發生局部放電時需對聲信號、電信號進行控制。聲信號主要分為非接觸式超聲波檢測法、接觸式超聲波檢測法[1]。

在系統局部放電時，放電周圍的電場應力、介質應力、粒子力處于相對平衡狀態。開關柜局部發生放電是一種迅速電荷釋放或遷移的過程，導致釋放點周圍電場應力、機械應力及粒子力迅速地失去平衡導致震蕩。此外，機械應力與粒子力快速震蕩，致使放電點周圍介質出現震動、進而產生聲波信號。換句話說，放電強度大小和電廠應力、機械應力及粒子力三者間有密切聯系，也能直接決定震動的程度及聲波的相度。對于同種放電過程，振動幅度和介質的彈性系數有密切聯系，振動和聲波的傳播都是有損耗的，傳播途徑差異會影響放電強度和聲波響度間的比例。電纜絕緣內部放電會導致震動幅度過小，很難使用超聲波的方法進行測量，而絕緣子母排導致的表面放電會誘發振動幅值過大，可使用超聲波方法進行測量[2]。

對開關柜內部局部放電會激發電磁波信號，電磁波通過空氣通道從開關柜柜體縫隙或從觀察窗中進行傳播，將特高頻電磁波檢測傳感器的位置放在縫隙處進行觀察，通過儀器顯示數值對開關柜局部放電進行檢測。開關柜的所有檢查應至少包括三個檢測點，分別為上部、中部及底部。

3 超聲波檢測法檢測開關柜內部局部放電實例

3.1 檢測與分析判斷

在進行開關柜局部放電檢測與分析判斷過程中，需要對68B開關柜背包柜中段進行超聲波局放檢測。放電檢測發現有明顯的信號，采用超聲波局部放電測試法進行開關柜局部放電測試，這時主變10千伏側68B開關柜后柜的信號明顯大于其他柜。在進行不同測試點信號幅值比較時，發現信號最大點為68B開關柜背包柜中段，此時幅度值在150毫伏左右（圖1），此時需針對超聲波信號的相應特征進行分布。通過進行反復對比發現開關柜超聲波信號幅值和相位特征分析，懷疑68B開關柜內部有懸浮電位的放電，由于放電幅度較大需及時對68B開關柜進行停電[3]。

圖1 68B開關柜超聲波相位圖譜（相位℃）

3.2 缺陷開關柜檢查與處理

在進行開關柜檢查與處理時需對68B開關柜進行停電處理，現場分析過程中發現等電位線脫落是由于廠家工藝控制不良產生的。在進行接線端子制作時導致接線端子和導線壓接出現不良，造成設備振動信號脫落，現場需重新制作等電位線進行安裝，確保線路恢復正常。在進行超聲波檢測法應用時需重點管控系統內的局部放電信號，針對不同缺陷類型進行分析，進而考慮到超聲波信號的不同特征，不管是時域的波形圖還是頻域分析圖等，都需使用此種特點進行內部缺陷的模式識別工作，需分別比較被測設備不同點超聲波局部的幅值進行故障定位，通過超聲波圖譜進行局部信號的相位幅值的分析判斷故障類型[4]。

3.3 局部放電檢測策略

在開關柜內部局部放電故障探析時使用超聲波檢測方法，能改變傳統單一運用某種檢測方法存在的不足，全面客觀真實地反映被檢測設備的運行狀態，避免存在的失誤和判斷。使用不同的檢測方式、通過相關軟件進行數據的測試對比，才能有效地對設備運行情況進行客觀評估，從而做出科學的判斷。首先，在進行局部檢測數據分析時，要做好沿面放電模型、瓷絕緣子表面放電模型及開裂瓷絕緣子內部放電模型的構建工作。超聲波對不同放電模型檢測效果是不同的，不同放電模型主要是利用使用超聲波檢測是否有效，使用電磁檢測是否敏感進行分析。在進行局部檢測時，局部放電數據分析技術并不是簡單地回答是或不是，應鎖定目標，在海量數據中發現異常，及時找到解決問題的方式，將信息轉換成知識，將檢測技術更好地轉化為診斷技術[5]。

在當下的高壓開關局部放電數據分析時需遵循以下原則：居于任何檢測技術的數據都是真實有用的；基于任何檢測技術的數據都有一定的局限性，并不是所有檢測技術都可使用在不同的故障檢測中；規律隱藏在長期連續的檢測實驗數據中，只有不斷的總結規律、提高人員的實踐技能，才能找到隱藏在測試數據中的問題，更好地進行局部放電檢測；在進行故障檢修時不僅要把握已有的規律、還需對現有規律進行不斷的完善和補充，找到超聲波檢測法在檢測開關柜內部局部放電故障存在的問題并不斷的補充[6]。

4 結語

單一的結果并不代表設備是否存在故障，僅屬于一種可能性。統計診斷技術在使用過程中是一種更為開放循環的過程，需進行廣泛的現場測試。在進行局部檢測數據分析時也可使用橫向分析技術，考慮到三項測試數據的比較、鄰近開關柜測試數據比較、同類型開關設備測試數據比較，橫向分析法在進行解讀時離不開儀器設備。其測試信號強度通常是以數值的形式進行顯示，可顯示每個周期的脈沖數、嚴重程度及內部放電的最大水平，而超聲波信號既可通過數值顯示也可通過聲音進行探測。

在使用超聲波檢測法檢測開關柜內局電故障時，需對開關柜局部放電檢測周期進行控制，嚴格按照國家電力設備帶電檢測技術規范的通知進行檢測，在設備投入半年到一年的時間內、或是在投運后，針對有異常但不嚴重的問題盡量縮短檢測周期，做好數據的保存工作，方便后期的對比，在最大范圍內解決問題。如再進行檢測過程是處在每年的高峰期，應提前開展超聲波局部放電檢測。除外，開關柜局部放電檢測如出現異常。對非接觸式超聲波檢測來說需測量相對值。如小于8dB系統沒有存在異常聲響，則判斷開關柜局部放電檢測結果正常，如處于8～15dB間則表明系統存在異常，如大于15dB則判斷為局部放電檢測結果存在嚴重缺陷。

綜上所述，在進行超聲波檢測法檢測開關柜內部局部放電故障時可全面管控開關柜的檢修狀態，提高電力系統的穩定性，加大開關柜在線檢測、找出有針對性的問題，避免盲目地求全、求細、求精，把握實用性原則。尤其是絕緣與載流故障發生時，此兩種故障在開關柜故障中所占比例較大，進行局部放電檢測具有一定的現實意義。聲電聯合檢測是開關柜局部放電檢測的最佳選擇，通過趨勢對比、橫向分析以及統計分析等多種方式，確定各方面的信息才能充分發揮超聲波檢測方法的最佳效用。檢測技術僅是幫助開關柜狀態維修的一種技術方式，而局部放電技術則是狀態檢修的核心內容。狀態檢修分析技術回答的不單是或否的問題，它通過一系列的技術手段為故障設備提供更加有效的方式。

此外，如開關柜在進行安裝檢修維護過程中發現到未倒角、未去毛刺、螺栓選擇不當會存在尖端放電，這容易和相間絕緣擋板接觸不良，引發嚴重的絕緣破壞。此時在進行開關柜局部放電預防過程中需加大高壓室的密封工作，除排風扇外應將高壓室全部通風口封死，加裝自動啟動裝置門。封閉開關柜后及時清理夾縫中的存水，避免電纜絕緣夾層浸入水[7]。在潮濕環境中還需添加風扇，避免潮氣通過地下室進入到電纜，降低地下空氣的相對濕度。