10kV開關柜局部放電帶電檢測及解體耐壓試驗分析研究

陳程舉 孔春陽 張順

摘要：隨著經濟發展以及人民生活水平大幅提升，對于電力資源的需求越來越大，這不僅要求供電企業要保持充足的電力能源供應，同時也要充分保障電力系統的安全運行，降低電力系統發生故障的風險，提升系統的穩定性與可靠性。10kV開關的主要作用是控制與保護電路，目前，在變電站中10kV開關柜的應用比較廣泛，且配套技術也比較成熟，但是受設計、安裝以及運維等方面的影響，10kV開關柜在運行過程中也出現了比如局部放電超標等多種故障，影響了電力的安全運行。基于此，本篇文章對10kV開關柜局部放電帶電檢測及解體耐壓試驗進行研究，以供參考。

關鍵詞：10kV開關柜;局部放電;帶電檢測;解體耐壓試驗

引言

開關柜集成了斷路器、刀閘、互感器、避雷器等重要一次設備，其安全穩定運行是電網可靠供電的重要前提。與傳統敞開式設備相比，開關柜具有自動化水平高、占地面積小、可靠性高等優勢。開關柜是電力系統發電、輸電、配電、電能轉換和消耗中起通斷、控制或保護的作用，對電網安全運行和正常供電有著重要影響。因此對開關柜的局部放電帶電檢測及解體耐壓試驗就顯得尤為重要，當發現開關柜存在局部放電現象，應該及時檢查、準確分原因、積極采取措施，防止故障蔓延惡化而導致事故發生，保證電力設備安全穩定運行。利用帶電檢測技術對開關柜內的局部放電進行分析和定位，可以避免停電試驗方法的局限性，從而更容易發現潛伏性缺陷，而且避免了停電造成的損失和風險。

1開關柜局部放電檢測應用情況

隨著工業檢測設備工藝的科學化和操作人員的專業化，一系列技術問世，逐漸形成了一個相對全面的工業類實際應用的系統測試。不少單位成功開展了暫態地電壓、超聲波、特高頻、紅外測溫、紫外成像等帶電檢測項目，包括超聲波、超高頻以及微波等，可以形成一些圖像，通過這樣的方式可以對帶電的設備進行安全檢查，并在這個基礎上察覺載波電流誤動故障、異物直接入侵、絕緣電路故障等安全隱患問題。由于開關柜的局部絕緣性缺陷而直接引起的開關局部尖端放電類型主要分為沿面局部放電、尖端局部放電、懸浮式尖端放電、內部尖端放電等，其中沿面尖端放電的類型所占的比例是最高的，其余部分尖端的放電類型所占的比例依次減小。分析開關設備的放電器件和器件局部直流放電及其能量功率分布的密度比例可以得知，穿柜式開關帶套管和外壁開關設備的套管相關的器件，通過開關機柜表面放電，將能量的密度調至相對比例最高等。

2局部放電產生原因

在電場作用下，當局部區域的絕緣設備電場強度達到該區域的擊穿場強時，該區域就會出現放電，但這一放電現象并沒有造成擊穿，稱這種現象為局部放電。局部放電對絕緣設備的破壞是一個緩慢的發展過程，是一種典型的絕緣隱患。發生局部放電的條件取決于絕緣介質中的電場分布和絕緣的電氣物理性能。在不均勻電場中，局部放電通常在電場強度相對較高、絕緣體電氣強度相對較低的部位發生，其原因主要有以下幾點。（1）設備本身的原因：絕緣材料不均勻，內部存在空洞和雜質，導體表面存在凸出，絕緣強度不足。（2）運行狀態的影響：運行過電壓，雷電波沖擊，諧波畸變（3）環境因素的影響：潮濕、過熱。

3局部放電檢測方法介紹

3.1特高頻檢測技術

特高頻檢測技術的檢測頻率范圍為通常為300～3000MHz，通過特高頻傳感器檢測該頻段電磁波信號來實現局部放電檢測。其優勢在于檢測靈敏度高、對于開關柜等設備內的低頻電暈抗干擾能力強，可用于局部放電缺陷的檢測、定位和故障類型識別。局限性在于受電磁波衰減特性影響，無法檢測全金屬屏蔽設備，對于開關柜的特高頻檢測只能通過觀察窗或設備縫隙進行，同時不能對缺陷劣化程度進行量化。

3.2超聲波檢測技術

超聲波檢測技術通過超聲傳感器采集設備局部放電時產生的超聲波信號，處理和分析設備運行狀態。根據傳感器和檢測方式的不同，超聲波檢測分為接觸式超聲波檢測和空氣傳播式超聲波檢測。接觸式超聲波檢測技術采用將傳感器緊貼于電力設備金屬表面，檢測設備局部放電產生的超聲波信號在金屬表面傳播所引起的振動現象;空氣傳播式超聲波檢測技術采用檢測設備局部放電產生的超聲波在空氣中傳播時的振動現象。開關柜超聲波檢測采用空氣傳播式檢測方式，其優勢在于抗干擾能力較強，可以對開關柜柜內局部放電信號源定位。局限性在于只能沿著開關柜縫隙進行檢測，受超聲波衰減特性影響，檢測范圍較小，同時對開關柜內部缺陷不敏感、受機械振動干擾較大。

3.3暫態地電壓方法

當開關柜的內部組件與地面隔離時，如果發生局部放電，則會產生接暫態地電壓信號。相應的放電能量將通過電磁波傳輸到開關柜的金屬外殼，并且開關柜將接地。可以通過開關柜表面上的電磁波檢測高頻電流，并且可以檢測相應的幅值和脈沖數據。

4開關柜放電解體試驗分析

為了更好地驗證以上試驗探究的有效性，滄州供電分公司對10kV站用ST1和ST2開關柜進行了停電檢修和解體耐壓試驗。在試驗過程中，對下部電纜倉區域的三相均進行了8kV的加壓操作，加壓處位于ST1開關柜電纜端，加壓的同時利用設備SDMT-PD74i進行了特高頻檢測技術放電檢測。在各相試驗回路中，分別有絕緣件避雷器、支撐絕緣子、電纜頭和電流互感器4種絕緣設備。為了進一步確認開關柜中局部放電信號源的位置，每組試驗回路均進行了多次試驗，每次試驗都是逐步移除上述試驗回路中的絕緣設備，移除順序依次為避雷器、電纜頭、支撐絕緣子和電流互感器。現場測試情況如圖1所示。

經過多次逐步測試和耐壓試驗，發現對于ST2開關柜，將任何一件絕緣設備從試驗回路中移除時，測試得到的局部放電譜圖均無明顯變化，而對于ST1開關柜，將電流互感器移除后，局部放電信號顯著衰減，因此初步判斷ST1開關柜中的放電信號源在電流互感器內部。試驗人員分別使用ST1開關柜中的電流互感器（編號為CT1）和全新的電流互感器（編號為CT2）進行了耐壓測試，記錄了其放電特性，現場布置情況與譜圖特征如圖2所示。由此可明顯看出，在原ST1開關柜的電流互感器中存在明顯局部放電現象，其內部存在絕緣缺陷等問題，需進行及時更換和跟蹤檢測。

根據上述測試與試驗分析，可得出如下結果：對于10kV開關柜的現場運行狀態和局部放電的檢測，建議優先使用特高頻檢測技術方法進行放電幅值、相位分布特征等的獲取，也可同時輔助使用暫態地電壓方法進行放電源頭的尋找和確定。在本次實驗中，應用特高頻和超聲波局放檢測方法準確檢測到設備異常情況，提高了現場查找缺陷的效率，保證了電網設備安全可靠運行。

結束語

綜上所述，10kV開關柜檢測技術，需要增進對專業檢測技術的理解和吸收，提升超聲波檢測法、暫態地電壓檢測法、特高頻檢測法等技術水平。企業應進行定期培訓，以增強技術人員的理論知識和實踐經驗，確保檢測結果的有效性。同時，有必要及時更新檢測設備的綜合水平，建立科學的檢測和維護程序，可以有效地進行局部放電檢測工作，減少局部放電引起事故的可能性，提高檢測效率以及檢測技術的應用水平。

參考文獻

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