開關柜局部放電超聲波在線檢測技術的應用

王培義，朱伯濤

(1.石家莊供電公司，石家莊 050091;2.邢臺供電公司，河北 邢臺 054001)

近年來，隨著狀態檢修工作的深入推進，開展在線檢測設備絕緣狀況成為一種主流趨勢。由于變電站低壓側母線及其分路出現故障(三相短路、相間短路等)的概率增大，若低壓側未安裝母差保護，開關動作時間延遲，可能造成主變壓器低壓側繞組變形燒毀，使主變壓器絕緣遭到破壞，影響主變壓器壽命，對電網安全穩定運行帶來較大安全隱患。因此提前判斷低壓側母線各分路的絕緣狀況，開展開關柜局部放電在線檢測工作，對判斷開關柜內部的絕緣狀況起到很好的輔助作用。

1 開關柜局部放電

開關柜的常規檢測試驗僅限于針對斷路器、避雷器、TA、TV、電纜出線等一次設備，而且必須為停電試驗。例如，斷路器的交流耐壓、導電回路電阻、絕緣電阻等試驗。這些試驗僅能檢測開關柜內真空泡、干式互感器、支柱絕緣子等設備的絕緣強度是否合格，而開關柜很多部位可能存在積灰、臟污、毛刺、灰塵、螺絲松動等現象，長期積累效應可能會發生單相接地、開關跳閘，甚至發生開關柜的爆炸。局部放電的過程，除產生電荷的轉移和電能的損耗，也產生聲、光、熱及其它生成物等，可能會引起開關柜相間短路，甚至爆炸，嚴重危及人身安全，影響供電可靠性。開關柜局部放電的檢測方法有電氣檢測法、特高頻(UHF)檢測法、超聲波檢測法、化學檢測法、光學檢測法等，其中超聲波檢測法為非侵入式，且受外部電磁噪聲影響較小，因此是比較理想的非電量現場檢測方法。

2 超聲波在線檢測技術

2.1 基本原理

超聲波檢測系統由聲電轉換、前置放大、模數轉換和信號處理顯示4個基本部分組成，電氣設備發生局部放電的過程中，產生的超聲波是一種機械振動波。當發生局部放電時，放電區域的分子間將產生劇烈的撞擊，這種撞擊在宏觀上表現為一種壓力。由于局部放電是一連串的脈沖，所以由此產生的壓力波也是脈沖形式。它含有各種頻率分量且頻帶很寬，范圍為10～107Hz，其中頻率超過20×104Hz的即為超聲波。超聲波從金屬箱體的內表面通過開關柜體之間的連接處傳播出去，同時產生一個暫態對地電壓。通過聲電轉換將信號放大，并進行定量測試，最后經模數轉化功能模塊將測試數據顯示到儀器上。在超聲檢測系統中，應用最廣的聲電轉換及增益的傳感器是以壓電陶瓷為材料的傳感器，它利用壓電陶瓷的正壓電效應，在局部放電產生的機械壓力波作用下，使之發生形變以產生交變電場，從而將聲信號轉換為電信號。在傳感器選擇中，工作頻帶和靈敏度是2個最重要的指標。雖然局部放電及其產生的聲波信號具有一定的隨機性，但它檢測頻率分布范圍變化不大，因此需要一個頻帶較大，不會使信號混疊，且傳感器的幾何尺寸必須小于聲波波長的增益傳感器[1]。

2.2 檢測方法

測試時先測試背景干擾，一般可利用母線室的檢修電源箱等。正式測試時將儀器的探測器垂直與被測帶電開關柜金屬外殼緊密接觸，儀器應與附近的金屬制品離開適當的距離，按“Meas”，經過2～4 s，儀器再次發出提示聲，讀取局部放電水平數(以dB為單位)。測量3次取平均值，以減少由于存在空氣傳播介質造成嚴重的界面衰減所帶來的誤差。同時由于各種環境噪聲的干擾，能測到的聲信號較小，所以采用一種抗干擾強的放大器對信號進行放大和濾波處理。

3 現場測試及數據分析

石家莊供電公司使用MiniTEV局部放電檢測儀對220 kV東田變電站35 kV開關柜進行現場測試。該儀器應用超聲波檢測原理，對開關柜局部放電水平和2 s內的脈沖數進行測量，在無需設備停電的情況下實現了對開關柜內部運行狀態的在線監控，可隨時掌握設備的運行狀況。東田變電站35 kV開關柜1號母線為新更換設備， 2號母線為未更換的老設備。東田變電站35 kV開關柜局部放電試驗數據(背景干擾：8 dB，脈沖數：420，溫度：25 ℃， 濕度：30%)見表1，表中301-1、31-7、32-7代表隔離開關，其它代表斷路器。

由表1可知：更換后的新設備局部放電量明顯小于未更換的局部放電量；35 kV 2號母線所屬部分測試值比1號母線所屬部分較大，其中316開關柜上檢測值最大。

表1 東田變電站35 kV開關柜局放試驗數據

項 目1號母線301-137037331131537231-7360局部放電水平/dB1918181614161416脈沖數473354177202176115196173項 目2號母線37137632-7390375316312380局部放電水平/dB1525262624282425脈沖數237633585632632569597521

該變電站35 kV 2號母線所屬分路設備存在一定程度的局部放電現象，可能是由于干式高壓屏蔽套管(穿柜管)內部存在一定程度的缺陷，或者開關柜內部有電暈放電造成。建議檢修部門對35 kV 2號母線所屬分路開關柜進行清掃，并對干式高壓屏蔽套管進行抽樣局部放電測試。35 kV 2號母線停電檢查時，發現干式高壓屏蔽套管局部放電不符合國家標準的規定，解體后發現內部存在氣泡，制造工藝上存在嚴重缺陷，因此在開關柜局部放電在線測試中有一定的局部放電存在。對35 kV 2號母線所使用的高壓屏蔽套管進行更換，送電后進行復測正常, 驗證了開關柜帶電測試結果的準確性。

4 結束語

超聲波在線檢測技術可以初步判斷設備的絕緣狀態，從側面反映設備的運行狀態，減少故障停電，保障電網的穩定運行，有效性、實用性較高。由于聲波在傳播途徑中會產生衰減，僅靠超聲傳感器覆蓋的有效測量范圍小，且受外界干擾較大，不能完全判斷絕緣狀況，應將其與局部放電停電試驗的方法結合起來綜合判斷設備狀況。

參考文獻：

[1] 李建明，朱 康.高壓電氣設備試驗方法[M].2版.北京：中國電力出版社，2001.