高压开关柜局部放电检测及定位方法研究

金 亮

(国网上海市电力公司市北供电公司，上海 200072)

随着电网规模的不断扩大以及对供电可靠性要求的不断提高，高压开关柜被越来越多地应用到变电站建设中。开关柜全封闭的结构特点，导致其故障难以及时发现，极大地影响了高压开关柜运行的可靠性。传统的开关柜检修主要采取计划检修和例行性检修相结合的方式，无法及时发现设备缺陷，随着检测手段的不断更新，国家电网公司在运维中逐步应用状态检修策略进行开关柜维护。

开关柜的状态检修[1-3]内容包括红外检测、铁心接地电流检测、紫外检测、局部放电(以下简称局放)检测、油色谱检测等项目，在这些项目中局放是最常用的一种故障检测手段。局放检测主要包括暂态地电压检测、特高频检测、超声波检测以及高频电流检测等检测方法，每种检测方法都有其优点及其局限性,检修人员在工作中难以判断何种方法更适合现场需求。通过对现阶段开关柜局放检测中常见的检测及定位方法进行分析，应用实例说明常见局放检测手段在开关柜局放测试中的使用方法和注意事项，为局放检测方法的选取提供参考。

1 局放检测的必要性

开关柜中设备的放电损坏过程可以分为未击穿状态、间歇击穿状态和完全击穿状态三个阶段，局放过程涵盖未击穿和间歇击穿两个状态。其中，未击穿状态主要有辉光放电、电晕放电、刷状放电等形式，在这个状态下设备虽然发生了一定程度的放电现象，但其总体绝缘仍保持在较高水平，此时及时消除放电源可以避免设备进一步损坏。间歇击穿状态主要指火花放电，在该状态下设备绝缘水平已经发生了劣化，无法继续使用，此时及时消除放电源并更换绝缘损坏的设备可以防止事故进一步扩大。完全击穿状态主要指电弧放电状态，在这个状态下设备已经被严重损坏，由于电弧放电属于严重放电，因此发展至该阶段的开关柜存在随时爆炸的危险。通过对开关柜放电过程的分析可以知道，在开关柜中设备发生局放时对其放电情况进行检测和处理能有效避免设备的进一步损坏。

2 局放测试可行性及与放电量关系研究

2.1 开关柜局放测试可行性研究

开关柜在运行中由于产品质量以及运行环境等原因会导致某些部位的绝缘劣化。当开关柜中的电场发生畸变时，这些部位会因为绝缘无法满足要求而发生局部放电现象。局放发生的过程中会有声、光、电等方面的变化，并会随之产生一定的电磁波以及机械波，因此只需对产生的机械波、电磁波、声、光、电等信息进行检测，即可对开关柜局放的位置以及严重程度等信息进行判断，从而为设备的状态检修提供依据。

2.2 局放数值与放电量关系研究

现有局放检测手段测试出的局放值与实际放电量并没有严格的定量关系，仅为定性描述。在实际运行中，通常采取基于比较法的方式进行局放水平分析。

变电站正常运行时，开关室内的局放数值通常在20 dB以内，如果局放数值在20～50 dB，则说明存在局放过大的可能性。但是由于有些局放过大的情况是由于开关柜所带负载过大造成的，因此对于此种情况需要进行密切关注，通常的做法是发现该问题后加强定期检测。如果局放数据超过50 dB，则基本可以认定该开关室内存在放电，需要采用局放定位方法对局放具体位置进行定位及检修处理。

3 局放测试方法及现场测试

常见的开关柜局放测试方法包括特高频测试、超声波测试、暂态地电压测试、高频电流测试等，其中暂态地电压、超声波、特高频是在变电站运维中经常使用的局放水平测试方法。在局放位置定位中最常使用的测试方法为超声波定位法、特高频定位法，在测试中采用哪种方法需要根据现场情况而定。下面以某35 kV开关站为例，介绍局放检测及定位的详细过程。

3.1 背景局放测试

局放测试时，为了对局放水平进行评估，需要对开关室内的空气以及金属局放水平进行检测。对空气进行局放水平测试的方法为在开关室内悬空放置一块金属板，把局放测试仪的探头垂直紧贴金属板进行测量，经测试本开关站内的空气局放水平值为39 dB。对金属局放的测试方法为选定开关室内某接地的金属物(例如：金属窗、金属门、断路器转运手车)，将局放测试仪的探头垂直紧贴接地金属物的表面进行测量，经测量本开关室内的金属局放水平值为53 dB。由于开关室内各处的局放水平可能有差异，建议对多个点进行空气局放及金属局放的测量，之后对多个测量结果取平均值得到最终测试结果。由测量结果可知，本开关室内的局放背景值偏高，初步确定有放电情况。

3.2 暂态地电压检测

暂态地电压测试[4]是开关柜局放测试中最常使用的测试方法，其目的在于对开关室内各开关柜的局放水平进行测量，通过对比确定放电点的大体位置。其原理在于开关柜中发生局部放电时，开关柜的表面上会产生在金属中传播的高频电流波，在开关柜的金属接缝处该电流波以电磁波的形式辐射出来，通过对该电磁波的强度进行测量即可得到局放水平。

本开关站中共有各种开关柜14台，检测时空气温度为22℃，空气湿度为61%，天气晴。这14台开关柜在开关室内分两列布置，故其中4台位于端部的开关柜需要对前中、前下、后上、后中、后下、侧上、侧中、侧下8个位置进行测量，其他位于中间位置的开关柜不需要对侧面进行测量。由于暂态地电压的特殊性，因此在测试点的选取时需要靠近开关柜的接缝处进行测量，测试结果如表1所示。

由表1中的测试数据可以看出，位于一段母线上的开关柜局放值明显高于位于二段上的开关柜的局放值，继83开关柜的局放值明显高于其他位于一段母线上的开关柜的局放值，因此可以初步判断放电点位于继83开关柜附近。

3.3 超声波检测

由于超声波在开关柜中的传播距离较近，只有在放电点附近才可以检测到超声波信号，故可以利用这一特点对放电的开关柜进行复测，进一步确定发生放电的开关柜的位置。通过对继83开关柜及周边的开关柜进行检测发现该开关柜处超声信号中既有50 Hz的信号，又有100 Hz的信号，具有很强的周期性特点，排除了颗粒放电的可能性。其局放有效值为8.5 mV，周期最大值为31.6 mV，明显高于其两侧的开关柜，结合暂态地电压的测试结果基本可以确定该开关柜为放电开关柜。此外，为了提高超声波检测的准确性，在采用接触式超声波传感器紧贴开关柜检测时必须在开关柜表面涂抹电力硅脂。开关柜超声波检测图如图1所示。

表1 开关柜局放值测定 dB

图1 开关柜超声波检测图

3.4 特高频检测及定位

由开关柜的暂态地电压和超声波测试结果，基本可以认定放电点位于继83开关柜内，为了对其精确位置进行检测，需要采用特高频检测法。特高频[5-6]信号的特点是可以穿过金属板传播，检测时通常采用两个特高频传感器，距离放电点近的传感器会首先接收到放电信号。不断对两个传感器的位置进行调整，当放电信号到达两个传感器的时间相同时，说明放电点即位于两个传感器的中线上，通过此原理测试出开关柜的放电点位于开关柜的避雷器舱内。开关柜特高频检测图如图2所示。

图2 特高频检测图

4 消缺处理及复测

为了消除该放电缺陷的影响，对继83开关柜内进行了停电消缺处理，解体后可以看出B相避雷器引线对绝缘挡板产生了放电。初步分析放电原因为该避雷器因长时间运行发生了劣化，绝缘层表面的灰尘进一步降低了绝缘强度，最终造成了放电事故的发生。放电点现场图如图3所示。对该避雷器进行更换后，各开关柜复测结果均恢复到20 dB以下，局放处理完毕。

图3 放电点现场图

5 结语

本文首先对开关柜设备的放电损坏过程进行了分析，论证了开关柜局放检测对于防止设备进一步损坏的重要性。对开关柜局放发生时的现象进行分析，说明了开关柜局放检测的可行性。对开关柜常见的局放检测及定位方法进行了分析，并通过一个案例介绍了局放常见检测及定位方法的使用过程及注意事项，为检修人员进行局放检测方法的选取提供了参考。这对供电企业中开关柜局放检测及状态检修的开展具有一定的参考作用。