開關柜局部放電帶電檢測定位技術的運用

國網陜西省電力有限公司榆林供電公司 王夢琳 韓怡琳

1 局部放電帶電檢測技術原理

1.1 局部放電暫態對地電壓檢測原理（TEV）

高壓系統組件結構較復雜，在具體加工實施時所使用的介質多種多樣，包含氣體介質、固體介質，其中氣體介質是SF6，固體介質是聚烯烴、硅橡膠、環氧樹脂。在具體實施操作時固體介質的加工工藝會經過真空澆筑形成一體狀態。理論上真空澆筑操作時不會出現氣泡，但實際實施操作時受外界環境和工藝因素影響難免會出現氣泡，會使局部場強增大，伴隨還會出現局部放電。在這種放電不斷蔓延和發展的情況下會引起絕緣損傷，導致絕緣失介電性能，最終釀成嚴重的事故。

局部放電在實施操作時會產生各種物理、化學現象，突出表現為電荷交換、電磁波、聲波、發熱、發光、物質分解等，在這個過程中會衍生出較多的測量局部放電方法。通過放電產生的電磁波會通過金屬箱體接縫處或氣體絕緣開關襯墊傳播出去，由此會產生一個暫態電壓，這些電壓會通過設備的金屬箱體外表面傳遞到地下，這些電壓脈沖是暫態對地電壓，被稱作TEV。

開關柜局部放電帶電檢測技術會使用暫態對地電壓的原理去檢測開關設備局部放電狀態，實現對設備的精準定位，通過電容耦合傳感器，在被檢測設備接地金屬外殼上開展測量。在實施檢測操作時在技術的支持下會測量出局部放電的數值，即由于局部放電引起的短暫性電氣脈沖，之后通過瞬時電壓脈沖的頻數和幅值變化反映出每次局部放電活動的強弱，由此來精準判定出被檢測設備的運行工況。在檢測過程中，需依靠電容耦合探測器檢測放電點發出的電磁波瞬時脈沖經過時間來確定設備放電點。在檢測時檢測裝置先接收到哪個通道的觸發信號，則說明哪只探測器距離放電點的電氣距離較近。在檢測操作中脈沖會按照光速實施傳播，因此要求其能分辨出較小的時間差。

1.2 超聲波信號檢測原理

在開關柜等電氣設備出現局部放電時，對應區域范圍內的分子會出現劇烈碰撞，在出現碰撞后會出現一系列脈沖壓力波。超聲波就是一種脈沖壓力波，一般超聲波信號的運作頻率在20kHz以上，在聲電轉換器的作用下能對設備內部的超聲波信號予以提取，由此來判定出開關柜的放電情況。從實際應看，超聲波信號檢測具有電氣干擾小、不受時空限制的檢測特點，十分適合被應用在大容量電氣局部放電檢測中。開關柜局部放電檢測系統牽扯到壓電傳感器、前置儀表放大設備、濾波電路、主放大電路、數字存儲示波器。一次性局部放電產生的超聲波信號頻率在40kHz左右。

2 開關柜局部放電帶電檢測定位技術要點

2.1 開關柜局部放電帶電檢測的具體意義

當前開關柜被廣泛應用到電力系統發電、配電、輸電、電能轉換等工作中，在整個電力企業發展過程中有十分重要的作用。然而在開關柜的檢測工作中，開關柜局部放電檢測工作都是在斷電情況下進行的，在具體實施中對開關柜局部放電帶電檢測較少。在具體實施操作時，開關柜的預防性實驗周期是六年，在這個期間范圍內相關人員很難順利落實開關柜的檢測工作，在無法及時檢驗維修開關柜問題的情況下很容易使得開關柜出現運行故障。

不僅如此，開關柜一般會被安置在安裝箱內部，工作人員無法在第一時間內發現電力設備的運行故障，無形中對電力系統的安全運行帶來較大的安全隱患。通過對開關柜放電帶實施檢測能更為精準的了解和獲得開關柜內部設備的放電變化情況，根據開關柜內部設備的放電情況來做好對應的防范措施，從而為電力系統的穩定運行提供重要支持。

2.2 測量點位置的選取及干擾排除

測量點位置的選取是開展開關柜局部放電帶電檢測的重要前提，在具體的檢測工作中，檢測點的選擇要盡可能避開容易出現局部放電的部位，如連接處、穿墻套管、支撐絕緣件、開關刀閘、電纜接頭等。干擾是影響開關柜局部放電帶電檢測點重要因素，為能提升開關柜局部放電帶電檢測工作的有效性，需相關人員采取積極的措施排除外界一切因素的干擾。當前，在開關柜局部放電帶電檢測定位工作中，無線電廣播發射、電子管、熒光燈都是潛在的系統干擾源，為能排除外界因素的干擾，可直接關系一些可控制的干擾源，如室內熒光燈、排風扇；也可采取積極的措施躲避無線電以及其他電子設備的使用時間。

2.3 測試方法

開關柜局部放電帶電檢測所使用設備包含便攜局部放電測試儀MiniTEV、局部放電定位儀PDLI兩個類型。在具體實施操作的時候，現場測試人員會利用便攜帶電檢測儀器設備來對變電站內所有的開關柜實施初步測量，如果測量結果出現了問題則說明設備中可能出現了局部放電，這個時候就需要相關人員使用定位儀來對放電點實施必要的定位分析，通過定位分析來找到放電源所在的位置，之后根據開關柜內存在的故障設備類型和設備出現故障的嚴重程度來采取對應的預防措施。

經過一系列的研究操作證明，開關柜TEV測量信號大小會和不同電壓等級、不同測量位置存在關聯，在確定檢測位置之前要注重評估信號可能經過的路徑，對設備的各個組成單元開展單獨測量，將檢測點確定在可能出現信號的位置。在實施操作的時候，為了能夠全面的覆蓋開關柜內部的設備，可選擇開關柜正面中間、下部以及背面的上中小部位來作為重要檢測點，在實施檢測的時候要盡可能的靠近觀察窗等局部放置信號以及容易出現泄漏的金屬面板上。

變電站的周圍可能會出現干擾信號，期間開關室內的輔助性設備如電子鎮流器照明系統、半導體開關元件調壓充電系統、載波通信設備等也會產生干擾信號。為此，在實施開關柜局部檢測之前需要對室內背景信號進行測試，將測試結果作為基準評估閾值，借助這個閾值去排除和區分干擾信號。

3 開關柜局部放電帶電檢測定位技術的實際應用分析

對某供電公司110kV變電站內部運行的10kV開關柜開展局部放電檢測，在實施檢測的時候會使用到變電站的一個開關室，這個時候包含30面的開關柜。

3.1 開關柜局部放電帶電檢測定位技術的應用情況

該地區在2020年4月的時候引入了開關柜帶電檢測技術，相關人員對管轄區域范圍內的10kV、35kV開關柜開展了大量的局放局部現場測試技術，在局部現場測試的基礎上打造出了開關柜局部帶電檢測數據庫。經過對開關柜局部帶電檢測數據庫深入分析之后可發現，開關柜局部放電脈沖數值的變化幅度在30db以下，在這個期間，超過30db開關柜在各個變電站所占的比例不會超過10%，且設備上測試的信號除了個別的情況之外，信號和背景信號之間的差值會低于10db。.

在興關變測試過程中出現了特殊的情況，站內局部放脈沖測試幅度超過了30db的開關柜數量達到了21.9%，最大幅度數值達到了36db。通過仔細的分析觀察會發現，興關變10kV開關柜測量脈沖頻數在2400個到3600個之間，背景放電脈沖的頻數超過了1500個，其他變電站的脈沖數量在50個以下。

3.2 測試規則和標準的制定

伴隨開關柜局部帶電工作的深入發展下，結合大量數據統計分析和國外經驗判定發現，整個地區制定出滿足實際需要的《開關柜局部放電測試導則》，在這個規范的支持下能幫助相關人員更好判定設備的運行情況。

3.3 通過開關柜局放檢測成功避免的事故

案例一。在變電站常規巡查時發現35kV型為ZN90-40.5/1250多個開關柜出現了異常的聲音，但很難判斷發生故障的具體位置，也無法查明問題是否由放電引起。經過開關柜局放帶電測試后發現整個35kV開關室背景分數貝較高，柜內穿板套管處達到最高的狀態，由此將故障確定為柜內穿板套管內放電產生異常的聲響。后來經過一系列的檢查之后發現，開關柜內部絕緣支撐部分是因受潮所引起的放電，在對母線實施耐壓檢查后發現，耐壓數值為30kV。

表1 開關柜局部放電檢測周期和基本標準

案例二。使用開關柜局部放電帶電檢測某個10kV開關柜時發現，其分貝數值能夠達到28db。臨近開關柜僅為6db，故障定位置后初步判斷這個柜內的電纜存在局放。在此基礎上開展一系列的檢測會發現，粗糙的工藝是導致電纜終端半導體失去了涂層，加上應力控制錐不均勻收縮，電纜終端很容易出現空穴放電的問題。

3.4 項目開展的效益

開關柜局部放電帶電測試是國外新技術形式，公司一般會在冬季的時候對SF6氣體實施補充，但是在溫度不斷降低的情況下，斷路器中的SF6氣體壓力會接近報警壓力，為此，在系統運作的時候需要對其補氣處理。但是從實際操作上來看，補氣的時候會出現以下幾個情況：員工在很深的積雪中使用導管將氣瓶和設備連接在一起，在設備連接在一起之后實施充氣。這個時候積雪、空氣會和其他雜質密切聯系在一起，之后會和SF6氣體一同進入到開關體的內部。

SF6氣體本身是一個沒有顏色、沒有氣味、沒有毒害、不會燃燒、化學性質穩定的物質。但是SF6氣體中包含比較多的水分，在200攝氏度以上的時候會出現水解的表現。

同時，斷路器在分合閘操作的時候電弧瞬間能夠達到的溫度在5000攝氏度到10000攝氏度之間，在水解操作的時候，HF具有較強的腐蝕性，在遭遇水分的時候會出現H2S03這種具有腐蝕性的氣體，這些氣體的出現會嚴重腐蝕斷路器本體內部的金屬材質，與此同時還會伴隨出現其他關聯的有毒有害氣體。SF6斷路器在經過多年的運行之后，其本體內部會產生更多的有毒有害的物質。在這個期間，員工在對SF6斷路器開展泄壓檢測的時候，一定需要采取積極的措施來防范出現人身傷亡事故。

在設備運作的過程當中，水分不僅僅會引起一系列的化學腐蝕，而且還會對斷路器的絕緣產生危害。在這個期間，水分一般會以氣態的形式和SF6的氣體混合在一起。在環境溫度降低到某一個溫度時候，水分就會凝結成露水附加在斷路器的內壁，這個時候絕緣表面在出現閃絡之后就會誘發一系列的事故。

3.5 充氣時對水分以及其他雜質的控制

在對斷路器本體開展充氣施工的時候會使用導管連接SF6氣瓶，之后打開閥門來對SF6的氣體進行控制，將導管內部的空氣和水分清理干凈，在導管內部充滿SF6氣體之后連接斷路器的補氣門對其實施補氣操作，這個時候還可在SF6氣瓶內部和斷路器的補氣之間安裝吸附劑，目的是能夠充分吸收SF6氣體中的水分。在實施充氣操作的時候要按照以上的步驟來打開閥門，使得導管內部充滿SF6氣體，這樣操作的目的是防范空氣中的水分進入到斷路器的內部，由此來降低SF6氣體純度，最終保障SF6氣體絕緣性能。

3.6 報警和閉鎖壓力的優化

一些斷路器的閉鎖壓力試驗以及參數設定不符合地區的實際情況，針對這個問題，需要原本的生產廠家采取積極的措施去調整繼電器的報警和閉鎖壓力參數，實現對密度繼電器的溫度補償，通過溫度補償，使得密度繼電器在SF6氣體泄漏的時候不受干擾。

在經過優化之后，開關柜帶電檢測項目呈現出以下的特點：

第一，能夠在不停電情況下對現場設備局部放電狀況實施監測，由此能夠減少設備的停電檢修時間，全面提升設備供電的安全性、穩定性。

第二，試驗周期短暫，在設備運行的時候能夠及時發現開關潛在的故障點，由此來幫助相關人員更好的判斷設備的運行情況，借助完善的技術監督手段來保障設備的穩定運行。

第三，打造完善的開關柜局放電檢測數據庫，在充分利用現有資源的情況下來為設備的維修提供支持。