35kV开关柜局放检测异常分析及处理

张雄清 刘 黎 金海龙

（舟山电力局，浙江 舟山 316000）

10kV、35kV金属封闭开关柜成套设备广泛用于电力系统的各个变电站，其运行安全直接影响整个变电站的供电可靠性。开关柜设备在长期运行中必然存在着电的、热的、化学的及异常状况下形成的绝缘劣化，且开关柜内电气设备在运行时，由于绝缘介质中气泡或杂质的存在将导致局部场强增大，发生局部放电。

目前，常采用停电例行试验来检测设备的绝缘状况，但由于预防性试验周期的时间间隔较长，不能有效发现设备存在的潜伏性缺陷。开关柜局部放电检测在带电情况下检测设备状态，能够及时发现设备绝缘缺陷，是保证设备安全运行的有效方法。该方法在检测时不用嵌入现场开关柜内部，就可直接检测，检测过程中不必提供高压测试电源、不必停电，就可以了解开关柜在运行情况下局部放电的情况，从而发现开关柜内潜在的故障点。对开关柜运行状态的监测、故障的预判和合理检修是保证开关柜设备安全可靠运行的关键。

1 开关柜局部放电检测原理

1.1 概述

局部放电是指绝缘结构中由于电场分布不均匀、局部电场过高而导致的绝缘介质中局部范围内的放电或击穿。它可产生在固体绝缘孔隙、液体绝缘气泡或不同介质特性的绝缘层间。这种放电的程度通常很小；但是，它们会导致绝缘性能不断下降，可能导致最终的故障。局部放电采用下列方式发射能量：第一种电磁能量包括无线电波、光和热；第二种是声能，包括声音和超声波；第三种是气体，包括臭氧和氮氧化物。非侵入式检测最实用的技术是基于电磁频谱中的无线电频率部分以及超声波发射。

1.2 开关柜局放超声波检测原理

局部放电活动中的声波辐射出现在整个声谱范围中。听声音是可能的，但是要取决于各人的听觉能力。使用仪器来检测声谱中的超声波，这种做法具有几个优点。仪器比人耳更敏感，与操作员无关，且工作在声频以上的频率，又具有更强的方向性。

其中最敏感的检测方法是使用中心频率为40kHz的超声波麦克风。如果在声源和麦克风之间存在空气路径，则该方法可以非常成功地检测局部放电活动。

1.3 开关柜局放暂态接地电压检测原理

当局部放电活动出现在高压开关柜绝缘层中时，它会产生无线电频率范围内的电磁波，它只可以通过金属外壳上的开孔，从开关柜内泄漏到外表面。这些开孔可以是外壳或密封垫圈或其它绝缘部件周围的间隙。当电磁波传播到开关柜外面时，它会在接地的金属外壳上产生暂态电压。暂态接地电压（TEV）在几个毫伏至几伏的范围内，存在时间很短，具有几个纳秒的上升时间。可以在开关柜正在工作时将探头放在开关柜的外面，采用这种非侵入方式来检测局部放电。

2 检测结果分析方法

检测结果分析是开关柜局部放电检测的重要环节，分析结果直接关系到潜伏性故障能否及时消除，通常情况下我们采用以下三种分析方法：

第一种是纵向分析法：是对同一开关柜不同时间的测试结果进行分析，从而比较分析得出设备的运行状况。开关柜局放检测信号容易受周围环境影响，因此纵向分析法只能作为一种参考，来判断开关柜是否有内部故障。

第二种是横向分析法：是在一次检测过程中，把同类开关柜测得的试验结果进行比较，当某个开关柜的测试结果比其它测试果及现场背景值均大时，该设备可能就存在缺陷。

第三种是仪器技术标准分析法：根据仪器的技术标准，分析开关柜内是否存在缺陷。测试人员可以根据仪器的技术标准，判断开关柜内部是否存在故障，技术标准如下：

1）高背景读数，即大于 20dB，高水平噪声可能会遮盖开关柜内的放电，可能受到外界影响。如果可能，应该消除外部干扰源再重新测试，或使用局部放电监测仪以识别开关柜中的任何放电。

2）如果开关柜和背景参考的所有读数都小于20dB，没有重大放电。

3）对于开关柜读数比背景水平高 10dB，且读数大于20dB（绝对值，亦即不是比背景值高20dB），以及计数值高于50，开关装置内放电严重。

4）读数的计数率大于 1000，在该区域中可能有背景电磁干扰。如果读数大于20dB，则建议安装一个局部放电监测仪来识别外部电磁活动。

在实际应用中可以同时应用三种分析法，由于没有历史数据，目前应用较多的是横向比较法和仪器技术标准分析法。当开关柜内部可能发生局部放电时，可以通过开关柜局放超声波检测加以验证。

3 检测实例

2012年9月13日，对220kV昌洲变35kV所有开关柜进行局部放电检测，发现35kV粮油3201线测得的数据异常，35kV粮油3201线和周围间隔的测量结果见表1。

表1 未处理前的数据

通过数据分析，我们可以发现粮油3201线暂态对地电压最大，并且粮油3201线左右两个间隔的数据也异常，超过仪器技术标准，但离粮油3201线越远，暂态对地电压越低。因此我们认为#1所用变和#1接地变测得的异常数据是由于粮油 3201线局部放电信号沿金属表面传播引起的。应用开关柜局放超声波检测法，在粮油3201线开关柜底部靠近1#接地变侧听到沿面放电声音，而附近间隔无局部放电声音，因此我们认为故障点在粮油3201线开关柜内。

2012年10月9日对粮油3201线进行停电检查，在检查过程中发现电缆护层保护器内壁已经被烧黑，说明之前存在严重的放电故障，如图1所示。

图1 粮油3201线电缆护层保护器

粮油3201线更换电缆护层保护器后，我们对该开关柜和左右两侧开关柜进行复测，测得的数据见表2。

表2 处理后的数据

表1和表2对比，我们可以看出，粮油3201线暂态对地电压和周围间隔的测量结果都明显降低且相差不大，用超声波检测也没有发现放电声音，由此我们可以得出粮油 3201线开关柜内部故障已经消除，表1测得#1所用变和#1接地变数据异常都是由于粮油 3201线电缆护层保护器内部局部放电引起的结论是正确的。

4 结论

采用开关柜局部放电检测仪，运用暂态接地电压（TEV）检测方法和超声波检测原理，对开关柜局部放电缺陷的检测是有效的，是一种便捷的检测技术。目前开关柜局部放电检测还存在分析手段简单、试验人员缺少经验、设备容易受环境影响等问题，但随着开关柜局部放电检测技术应用的深入，带电检测技术的进步，上述问题将在不久的将来得到解决。今后我们应加强开关柜的局放检测，及时发现设备缺陷，合理安排检修，保证开关柜设备和供电的可靠性。

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