一例40.5 kV开关柜异响的超声局放检测及故障定位

秦忠，彭晶，王科，刘红文，邓云坤，李昊，徐肖伟，董家斌

（1. 云南电力技术有限责任公司，昆明 650217；2. 云南电网有限责任公司电力科学研究院，昆明 650217）

0 前言

40.5 kV开关柜广泛用于电网变电及配电系统，绝缘隐患是开关柜安全稳定运行主要威胁之一，电气设备内部发生局部放电的过程会伴随形成超声波，准确检测开关柜内局部放电情况是及时发现绝缘隐患和预防开关柜安全事故的有效方法。一般情况下，开关柜局放超声波传播过程会遇到不同的介质，并经过一系列折反射，加上正常运行环境的影响，使得开关柜超声局放最终检测到的结果往往不够明确和可靠，而其中运行中开关柜的隐患定位更是难以精确。这些实际情况都给开关柜的运维工作带来困扰[1-2]。

因此，开关柜超声局放检测及隐患定位是极为考验技术人员检测分析经验的工作。本文将以一运行中局放异响的40.5 kV开关柜为例，详细介绍其超声局放的检测分析及定位过程，为开关柜的局放检测及隐患定位工作提供参考[3-4]。

1 故障发现

2018年7月21日，运维人员在日常巡视时发现某220 kV变电站35 kV站用变进线断路器柜运行声响异常，开关柜基本参数如表1。

表1 某220 kV变电站35 kV站用变进线断路器柜基本参数

发现异常时开关柜处于带电但未带负荷状态，该季节当地评价相对湿度在70%左右。

在全面了解和掌握事件相关实际情况的基础上，对可能导致异响事件的原因进行预先分析：

1）断路器未带负荷，因此异响原因不太可能是负荷增加引起的异常震动；

2）近期未进行过断路器操作，也未进行过其他有可能使封堵松动的工作，断路器柜内加热除湿装置运行正常，且事件发生的较为突然，但当地空气湿度较大，因此不能完全排除受潮引起局部放电的可能；

3）通过同批次相同规格型号的其他柜运行情况，结合设计图纸，判断不太可能是各部件相对空间不足等设计原因导致此次事件；

4）综上，异响的原因极可能是由于绝缘劣化或者安装工艺存在质量问题引起的局部放电。常见的绝缘劣化如受潮，常见的安装工艺问题如穿柜套管的屏蔽层连接不可靠。

在对相关信息综合分析之后，进行开关柜的现场检查及检测。通过检查及检测查明开关柜是否发生了局部放电并分析可能的诱因，以及确定放电的位置范围并给出处理建议[1-3]。

2 现场检查

技术人员现场检查掌握到以下情况：

1）对象断路器柜前柜操作把手左右两条缝隙人耳均可听到明显的异常声响，声响较均匀，且偶尔间杂有不明显的“啪啪”放电声；

2）前柜左下缝隙上、中铰链附近可听见的声响更为明显；

3）从开关柜观察窗也可以听见明显的异常声响，并可闻到明显的臭氧气味，柜内设备（可观察部分）较新且未见可见污秽及放电痕迹；

4）对象开关柜近期未进行过操作，也无其他可能引起封堵松动的工作；

5）本柜其他缝隙及其他开关柜未见明显异常声响。

现场检查可初步判断：

1）开关柜内存在异常的放电情况；

2）放电声均匀，放电类型可能以电晕放电为主；

3）正对左下门铰链的柜内放电易发部位为穿柜套管，因此放电位置可能在柜内左侧的两处穿柜套管[1]。

结合开关柜设计图，推测异响及可能的放电部位如图1（a）（b）所示。

图1 （a）异响较明显位置

图1 （b）开关柜结构及易生故障位置

3 现场检测

在充分掌握并认真分析了可能导致事件的相关信息后，对问题开关柜展开超声波及特高频检测以分析放电类型及放电位置。使用设备如图2（a）（b）所示。

图2 （a）PDS-T35多功能局放检测仪

图2 （b）PDS-G1500变电站局部放电检测与定位系统

3.1 定性检测

使用PDS-T35多功能局放检测仪，根据开关柜的异响情况，在开关柜缝隙及观察窗位置进行超声波及特高频局部放电检测。

3.1.1 超声波检测

测试结果如图3（a）（b）（c）所示。

超声局放检测结果显示：超声波最大值13.6 mV，频率成分2大于频率成分1，相位图谱每周期两簇信号，波形图谱每周期两组信号。两簇局放信号分处二、四象限，具有明显的表面放电特征；信号脉冲较为杂乱，每簇中大小脉冲都有，相位宽度较宽，放电电极可能为不对称电极且存在多点放电可能[5-6]。

此外，检测过程中，在用传感器对着左侧时候，各项检测数据明显大于传感器对着右侧方向。综合现场检查情况判断局放信号源位于开关柜左侧[7]。

图3 （a）超声波检测AE幅值

图3 （b）超声波检测AE相位图谱

图3 （c）超声波检测AE波形图谱

3.1.2 特高频检测

采用特高频方法对35 kV#2站用变382断路器柜进行局放测试，在开关柜柜前测试数据如图4所示。

特高频检测结果显示：在工频相关性周期内，主要存在一簇脉冲信号，相位较宽，脉冲较多且密集，大小信号皆有，其他脉冲信号较为杂乱。综合现场检查情况判断柜内有电晕放电[1]。

图4 特高频PRPS&PRPD

检测过程中，在用传感器对着左侧时候，各项检测数据明显大于传感器对着右侧方向。综合现场检查情况判断局放信号源靠近开关柜左侧。

综合超声波及特高频局放检测结果，开关柜内部存在异常放电。放电应是由不规则电极引起的表面多点放电，以及此不规则电极改变电场分布后引起的电晕放电。放电源应位于开关柜左侧位置[8-9]。

3.2 特高频定位检测

在确定了开关柜内局部放电源大概位置的基础上，使用PDS-G1500变电站局部放电检测与定位系统进一步确定放电源的具体位置。

3.2.1 垂直定位

如图5所示，红色、绿色传感器分别放置于断路器柜柜前上下观察窗位置，黄色传感器置于空气中。

由示波器波形图谱可看出，红色、绿色波形起始沿重合，说明信号源在高度上大致位于红色绿色传感器位置的中线上。如图5（a）中红线标示。

图5 （a）垂直定位传感器位置

图5 （b）垂直定位示波器图谱

3.2.2 水平定位

图6所示，红色、绿色传感器分别放置于35 kV#2站用变382断路器柜柜前左侧缝隙和观察窗位置，黄色传感器置于空气中。

由示波器波形图谱可知，绿色波形起始沿超前红色波形起始沿520 ps，说明信号源水平方向上大致位于红色绿色传感器之间且略靠近于绿色传感器。如图中红线标示。

图6 （a）水平定位传感器位置

图6 （b）水平定位示波器图谱

综合判断：柜内局部放电电源定位在柜前左侧下部位置，如图7所示。

图7 局放源位置示意图

4 开柜检查

现场检测工作完成后，对该开关柜进行停电检查，发现A、B相之间的绝缘挡板上有明显的放电痕迹，实际放电痕迹如图8所示。

图8 开关柜内放电痕迹

由图可以明显看出本起缺陷异响的直接原因：运行中绝缘护套按扣受力撑开，护套倾斜的右上角距绝缘挡板过近而导致沿绝缘护套的表面放电（有5个主要放电点，顶角的放电点烧灼颜色最深）。另外，相间距较小，母排距离绝缘挡板较近也是缺陷致因之一[1-3]。

实际经验表明，这类安装于开关柜内绝缘护套结构形状设计与导体结构大小不匹配，运行中按扣长期受力撑开是常见问题，应当引起重视，在护套设计时不宜过紧，应留足余量[10]。

5 结束语

本文通过一起40.5 kV开关柜异响故障的超声局放检测及故障定位过程，详细介绍了开关柜超声波及特高频局放带电检测方法的实际运用，介绍了此类故障的处理思路和分析方法，特别是着重介绍了特高频检测在开关柜局放故障定位工作中运用。本例造成开关柜异响放电的根本原因是导体绝缘护套结构形状设计过紧，运行中按扣长期受力撑开，开关柜内导体使用类似本例的绝缘护套时，护套设计时不宜过紧，应留足余量。