超声波检测法检测开关柜内部局部放电故障的相关思考

云南电网有限责任公司昆明供电局 杨 珊

现阶段在国内外高压开关柜局部放电检测常用的有脉冲电流法、光测法、红外检测法、化学检测法及瞬时对地电压法等，其中最广泛使用的是脉冲电流法及超声波检测法。各种电器设备在使用过程中会形成绝缘劣化，势必会致使电压变大、绝缘强度大大降低，严重时会诱发开关柜的爆炸，此时在内部产生放电现象，是导致十千伏开关柜设备绝缘劣化发生故障的主要因素。

在配网开关柜设备运作过程中，应采取有效方式加大局部放电带电检测，超声波检测法应运而生。通过使用超声波检测能有效对开关柜状态、运作情况进行在线监测，提高电力系统供电可靠性。严格按照国家电网公司颁布的电力设备带电检测技术规范通知进行开关柜的检查。针对异常问题及时解决，有效缩短测量周期，做好数据保存和对比工作。

1 超声波检测法检测开关柜内部局部放电理论阐述

1.1 超声波检测法

当开关柜在工作时出现放电现象，可用超声波检测法进行无损带电检测，放电信号可通过行波的方式进行传播。当它传输到设备外壳上时将超声波传感器贴在外壳上接收信号，能有效检测到开关柜放电信号的大小、频率特点等，在进行超声波检测法使用时要考虑到受电器干扰的影响，进行在线监测到精准定位。尤其是对实验电源、实验环境要重点检查，检测对象的灵敏程度。超声波在开关内传播时，如发生故障会进行多次的反射和折射，在使用时主要是为定性判断是否出现局部放电信号。该系统在运作时离不开压电晶体，它是超声波检测系统的传感器，能将声信号转化。此时传输的光信号通过一系列光电元件进行转换，将其变为电信号，信号放大后会在示波器上进行显示。

在测量局部放电时使用的仪器多采取60～300kHz，也会受到传播衰减因素的影响出现采集信号过于微弱。为全面提高传感器工作效率，现阶段的集成元件朝着低噪声放大器、光纤方向发展，能提高超声波检测的灵敏程度。通过采用超声波检测法检测开关柜内部缺陷，能有效检测到局部放电信号的存在，而且还能对信号进行分析，判断设备的损害程度，为人员修理奠定强力的基础。

1.2 开关柜内部局部放电

绝缘和载流故障都和开关柜局部放电有着密切联系，局部放电是设备故障的主要特征，也是造成绝缘劣化的原因之一。局部放电检测是实现状态检测的有效技术手段，局部放电是指电力设备中绝缘部分被击穿的电器放电能够发生在导体附近，也可发生在其他区域内部。局部放电主要发生在绝缘体内部的放电，而表面内部放电则是发生在绝缘体表面的放电，此时设备在运作过程中也可能会出现电晕，它主要发生在被气体包围的导体附件的放电。

现阶段影响设备局部放电的因素主要有运行状态、设备原因以及环境因。运行状态易受恶劣天气、遭受雷击、谐波畸变产生的影响；设备自身的原因可能是由于绝缘材料并不均匀、内部存在空洞或是杂质绝缘体，表面出现凸出部位强度不高；环境因素的影响。在过于潮湿或是过于炎热的区域也可能引发局部放电，在开关柜电缆接头处出现严重的锈蚀。

2 开关柜内部局部放电检测的意义

现阶段加大开关柜内部局部放电检测能有效维护高压开关柜，正常运作高压开关柜是确保城市配电网运行的基础设施。开关柜设备可靠性和用户供电可靠性间有密切联系，在进行开关柜局部放电检测时要以提高设备可靠性、稳定性为主。开关柜在使用过程中，由于其数量众多，不可能像传统的高压变压器一样使用在线检测技术，无形中会加大监测设备的成本。开关柜设备故障一旦引发会造成严重的后果，导致供电中断，严重影响电网供电的可靠性，甚至会引发严重火灾，造成重大经济损失。

一般开关柜在运作时可能会发生以下故障：拒动故障主要是由于机构内部机械原因产生；误动故障是因二次控制回路产生；绝缘故障主要是由于缺陷、爬电、闪络产生；开关与关合故障会受到多种因素的影响，载流故障主要是由于外部接触不良产生的，也会受到外力的重击，可能是由于加工工艺不良产生故障。其中绝缘故障与载流故障高达开关柜故障类型的60%以上。因此在发生局部放电时需对声信号、电信号进行控制。声信号主要分为非接触式超声波检测法、接触式超声波检测法[1]。

在系统局部放电时，放电周围的电场应力、介质应力、粒子力处于相对平衡状态。开关柜局部发生放电是一种迅速电荷释放或迁移的过程，导致释放点周围电场应力、机械应力及粒子力迅速地失去平衡导致震荡。此外，机械应力与粒子力快速震荡，致使放电点周围介质出现震动、进而产生声波信号。换句话说，放电强度大小和电厂应力、机械应力及粒子力三者间有密切联系，也能直接决定震动的程度及声波的相度。对于同种放电过程，振动幅度和介质的弹性系数有密切联系，振动和声波的传播都是有损耗的，传播途径差异会影响放电强度和声波响度间的比例。电缆绝缘内部放电会导致震动幅度过小，很难使用超声波的方法进行测量，而绝缘子母排导致的表面放电会诱发振动幅值过大，可使用超声波方法进行测量[2]。

对开关柜内部局部放电会激发电磁波信号，电磁波通过空气通道从开关柜柜体缝隙或从观察窗中进行传播，将特高频电磁波检测传感器的位置放在缝隙处进行观察，通过仪器显示数值对开关柜局部放电进行检测。开关柜的所有检查应至少包括三个检测点，分别为上部、中部及底部。

3 超声波检测法检测开关柜内部局部放电实例

3.1 检测与分析判断

在进行开关柜局部放电检测与分析判断过程中，需要对68B开关柜背包柜中段进行超声波局放检测。放电检测发现有明显的信号，采用超声波局部放电测试法进行开关柜局部放电测试，这时主变10千伏侧68B开关柜后柜的信号明显大于其他柜。在进行不同测试点信号幅值比较时，发现信号最大点为68B开关柜背包柜中段，此时幅度值在150毫伏左右（图1），此时需针对超声波信号的相应特征进行分布。通过进行反复对比发现开关柜超声波信号幅值和相位特征分析，怀疑68B开关柜内部有悬浮电位的放电，由于放电幅度较大需及时对68B开关柜进行停电[3]。

图1 68B开关柜超声波相位图谱（相位℃）

3.2 缺陷开关柜检查与处理

在进行开关柜检查与处理时需对68B开关柜进行停电处理，现场分析过程中发现等电位线脱落是由于厂家工艺控制不良产生的。在进行接线端子制作时导致接线端子和导线压接出现不良，造成设备振动信号脱落，现场需重新制作等电位线进行安装，确保线路恢复正常。在进行超声波检测法应用时需重点管控系统内的局部放电信号，针对不同缺陷类型进行分析，进而考虑到超声波信号的不同特征，不管是时域的波形图还是频域分析图等，都需使用此种特点进行内部缺陷的模式识别工作，需分别比较被测设备不同点超声波局部的幅值进行故障定位，通过超声波图谱进行局部信号的相位幅值的分析判断故障类型[4]。

3.3 局部放电检测策略

在开关柜内部局部放电故障探析时使用超声波检测方法，能改变传统单一运用某种检测方法存在的不足，全面客观真实地反映被检测设备的运行状态，避免存在的失误和判断。使用不同的检测方式、通过相关软件进行数据的测试对比，才能有效地对设备运行情况进行客观评估，从而做出科学的判断。首先，在进行局部检测数据分析时，要做好沿面放电模型、瓷绝缘子表面放电模型及开裂瓷绝缘子内部放电模型的构建工作。超声波对不同放电模型检测效果是不同的，不同放电模型主要是利用使用超声波检测是否有效，使用电磁检测是否敏感进行分析。在进行局部检测时，局部放电数据分析技术并不是简单地回答是或不是，应锁定目标，在海量数据中发现异常，及时找到解决问题的方式，将信息转换成知识，将检测技术更好地转化为诊断技术[5]。

在当下的高压开关局部放电数据分析时需遵循以下原则：居于任何检测技术的数据都是真实有用的；基于任何检测技术的数据都有一定的局限性，并不是所有检测技术都可使用在不同的故障检测中；规律隐藏在长期连续的检测实验数据中，只有不断的总结规律、提高人员的实践技能，才能找到隐藏在测试数据中的问题，更好地进行局部放电检测；在进行故障检修时不仅要把握已有的规律、还需对现有规律进行不断的完善和补充，找到超声波检测法在检测开关柜内部局部放电故障存在的问题并不断的补充[6]。

4 结语

单一的结果并不代表设备是否存在故障，仅属于一种可能性。统计诊断技术在使用过程中是一种更为开放循环的过程，需进行广泛的现场测试。在进行局部检测数据分析时也可使用横向分析技术，考虑到三项测试数据的比较、邻近开关柜测试数据比较、同类型开关设备测试数据比较，横向分析法在进行解读时离不开仪器设备。其测试信号强度通常是以数值的形式进行显示，可显示每个周期的脉冲数、严重程度及内部放电的最大水平，而超声波信号既可通过数值显示也可通过声音进行探测。

在使用超声波检测法检测开关柜内局电故障时，需对开关柜局部放电检测周期进行控制，严格按照国家电力设备带电检测技术规范的通知进行检测，在设备投入半年到一年的时间内、或是在投运后，针对有异常但不严重的问题尽量缩短检测周期，做好数据的保存工作，方便后期的对比，在最大范围内解决问题。如再进行检测过程是处在每年的高峰期，应提前开展超声波局部放电检测。除外，开关柜局部放电检测如出现异常。对非接触式超声波检测来说需测量相对值。如小于8dB系统没有存在异常声响，则判断开关柜局部放电检测结果正常，如处于8～15dB间则表明系统存在异常，如大于15dB则判断为局部放电检测结果存在严重缺陷。

综上所述，在进行超声波检测法检测开关柜内部局部放电故障时可全面管控开关柜的检修状态，提高电力系统的稳定性，加大开关柜在线检测、找出有针对性的问题，避免盲目地求全、求细、求精，把握实用性原则。尤其是绝缘与载流故障发生时，此两种故障在开关柜故障中所占比例较大，进行局部放电检测具有一定的现实意义。声电联合检测是开关柜局部放电检测的最佳选择，通过趋势对比、横向分析以及统计分析等多种方式，确定各方面的信息才能充分发挥超声波检测方法的最佳效用。检测技术仅是帮助开关柜状态维修的一种技术方式，而局部放电技术则是状态检修的核心内容。状态检修分析技术回答的不单是或否的问题，它通过一系列的技术手段为故障设备提供更加有效的方式。

此外，如开关柜在进行安装检修维护过程中发现到未倒角、未去毛刺、螺栓选择不当会存在尖端放电，这容易和相间绝缘挡板接触不良，引发严重的绝缘破坏。此时在进行开关柜局部放电预防过程中需加大高压室的密封工作，除排风扇外应将高压室全部通风口封死，加装自动启动装置门。封闭开关柜后及时清理夹缝中的存水，避免电缆绝缘夹层浸入水[7]。在潮湿环境中还需添加风扇，避免潮气通过地下室进入到电缆，降低地下空气的相对湿度。