局部放电带电检测在高压开关柜的应用

张思良（广东电网有限责任公司肇庆供电局，广东 肇庆 526060）

局部放电带电检测在高压开关柜的应用

张思良
（广东电网有限责任公司肇庆供电局，广东 肇庆 526060）

摘 要：目前，高压开关柜已广泛用于电力系统中，高压开关柜内的电气设备在长期运行中必然存在由于电、热、化学因素导致绝缘缺陷，电气绝缘强度降低，出现局部放电现象，甚至发生突发性绝缘击穿。因此，本文分析了两种带电检测方法的原理，并结合现场实际应用，有效地发现设备绝缘缺陷，最终实现“状态检修”。

关键词：局部放电；高压开关柜；带电检测；应用

近年来，由于测试技术的进步，使得局部放电带电检测成为可能。为了在停电试验周期内发现一些绝缘缺陷，因此通过带电检测对高压开关柜内设备的运行状态进行评估，以便采取预防措施，避免突发停电事故。自从开展变电站高压开关柜带电检测以来，在实际工作中已经十分成熟地使用超声波法﹑暂态对地电压法（即TEV法）﹑红外线温度检测法等方法。所以，将高压开关柜试验工作的重点从“定期检修”转移到“状态检修”是切实可行的。

1 高压开关柜带电检测技术的基本原理

1.1 暂态对地电压法基本原理

当高压开关柜发生局部放电时，由于集肤效应，先集中在与放电点相邻的接地金属柜表面，但不会直接穿透柜体，与此同时，它会产生无线电频率范围内的电磁波，并向各个方向传播出去，传播过程中可以通过金属柜上的小孔和缝隙，从柜内泄漏到外表面，而这些小孔和缝隙大多是外壳或其它绝缘部件周围的间隙。在电磁波传播的过程中，会在接地的金属柜上产生一个瞬时接地电压，这电压的范围是在1mV～1V，存在时间很短，只有几个纳秒的上升时间，通过设备的金属箱体外表面而传到大地。TEV法采用的是对数单位“dB”来表示放电的强度，因此发生局部放电时，可利用单只电容耦合式传感器在高压开关柜的接地金属外壳上进行探测。

1.2 超声波法基本原理

当柜内设备产生局部放电时，因为分子间的剧烈碰撞，放电会以声波的形式传播出去。放电产生的声波的频率范围很宽，会在几Hz到几MHz之间， 其中当频率低于20kHz的声波易被人听到，而高于这频率的声波需要超声波传感器才可收到，而且人在自然环境下无法听到和感受到这频率的声波。声能是从小到大变化的，随着声波传播过程中，声音频率越高，其衰减也会越来越快。因此，当高压开关柜发生放电时，其产生的超声波信号会从开关柜的接缝处或空气间隙传播出来，然后通过传感器测量超声波信号的声压，可以根据声音的衰减情况来推测出放电的强弱和位置。

目前，高压开关柜试验的带电测试主要项目为：超声波法检测﹑TEV法检测。通过结合超声波法与TEV法的带电检测和巡视情况，在不停电的状态下，可以实现状态评估的目的，指导完成设备的“状态检修”工作，减少停电次数，更容易发现潜伏的绝缘缺陷，有效地预防由于绝缘劣化所造成的事故。

1.3 高压开关柜局部放电带电检测使用情况

局部放电声电波检测仪小巧方便，由电容耦合传感器﹑数据采集及输入单元﹑数据处理单元等部分组成，包含TEV法和超声波法两种检测方法。使用TEV法能够检测出局部放电幅值（dB）﹑脉冲数量﹑周期﹑放电严重度，可以切换多种检测模式。使用超声波法能够检测出声波幅值（dB），通过调整增益去提高精度，通过传感器将声波转换为电信号，最后进入信号采集系统。

在开展开关柜局部放电检测前，先对仪器进行自检，然后测量环境背景噪声的大小。由于开关柜外部的一些声源发出的电磁波也可能在开关柜上产生瞬时电压，其中包括架空线绝缘子﹑变压器进线套管﹑强的无线电信号﹑附近高速公路的车流量甚至是不连接到开关柜的金属体等，因此测量背景噪声时需要记下至少三次的幅值，并取平均值作为环境噪声的读数。

开始测量时，检测点应在柜前中部和下部，柜后的上﹑中下部进行选择，信号也尽可能选择较大部位，如电缆盒﹑电流互感器室﹑母排室﹑断路器以及电压互感器等中心位置。使用暂态对地电压法测量时，应使探头垂直地与在其要测量的金属体接触，不能留有空隙，使用超声波法检测时，传感器应靠近金属空隙﹑观察窗等声波信号容易泄漏部位。

2 高压开关柜采用局部放电带电检测的实践案例

案例1：在某变电站的高压开关室检测局部放电时，发现10kV#1电容器组5131开关柜有剧烈声响，但很难发现震动位置和是否发生局部放电。试验人员利用TEV法检测到局部放电幅值在40dB以上，而周围的开关柜放电幅值都在10dB以下，使用超声波法去检测该开关柜时，越靠近开关柜前方下部，幅值和声音越大，通过耳机可以清晰地听到“滋滋滋”的放电声。因此，初步判断，该柜内断路器下方出线处有局部放电现象。通过停电来查找故障点，发现导线上的固定螺栓松动，导致发生局部放电时螺栓会震动现象，特别大电流通过时，形成悬浮电位，造成局部放电，该故障属于安装不当而引起悬浮放电，若长时间带故障运行，对开关柜内设备将会造成不可预估的损害，同时也证明了带电检测的有效性和可行性。

案例2：在某变电站高压开关室日常巡视时发现，10kV某线路5211开关柜有异常发热现象，柜内温度比周围的高出5℃以上。经TEV法检测发现该开关柜后方上部的放电幅值很高，达到了35dB以上，而该开关柜其它部位不到10dB。通过定位发现，初步判断柜内母排处有疑似局部放电现象，后经停电检修发现的确是母排上绝缘子开裂引起的，说明通过带电检测技术可以发现除设备以外的绝缘缺陷，增强设备的安全可靠运行。

结论

应逐步加强局部放电带电检测技术在高压开关柜的应用，积累数据作为其状态检修的参考依据。局部放电带电检测已列入到高压开关柜的预防性试验项目，规程明确说明开关柜局部放电带电检测周期为投产后半年，运行中每半年一次。

由于高压开关柜中设备停电试验周期为6年，在两次停电试验间隔很难发现绝缘缺陷，由于设备绝缘性故障都从局部放电开始，因此，运用带电检测发现设备的放电强弱，替代停电试验，避免突发性的绝缘击穿事故发生。

采用带电检测有利于合理调整试验方式，放宽柜内设备的停电试验周期，减轻人员的劳动强度，经济效益更加符合实际。因此，应提高高压开关柜状态检修方案的可行性﹑建立高压开关柜设备状态信息数据库（包括设备信息﹑停电操作﹑停电试验报告﹑局部放电带电检测报告等），准确地发现设备的绝缘缺陷。

参考文献

[1]江涛，朱兴刚，江明，史云玲.开关柜局部放电带电检测技术的应用[J].安徽电气工程职业技术学院学报，2015（03）：54-56.

中图分类号：TP207

文献标识码：A