開關柜局部放電帶電檢測技術的應用分析

胡錫幸，許杰，徐建文

（杭州市電力局，杭州310009）

開關柜局部放電帶電檢測技術的應用分析

胡錫幸，許杰，徐建文

（杭州市電力局，杭州310009）

介紹了10～35 kV開關柜局放帶電檢測常用的地電波法和超聲波法，分析了這2種方法的優缺點和應用的局限性。利用地電波法和超聲波法對開關柜局放進行現場帶電檢測，發現了多起開關柜異常故障，取得了一定的現場應用效果。同時指出，對檢測結果進行數字信號分析和建立相應數據庫是今后工作開展的方向。

開關柜；局部放電；帶電檢測；應用

目前10～35 kV金屬封閉成套開關設備已廣泛應用于各個變電站，開關柜在長期運行過中由于強電場、熱效應、灰塵和化學物質等作用，絕緣性能會不斷惡化，進而產生局部放電（簡稱局放），而局放的累積效應會加速絕緣的惡化使缺陷擴大，最后導致絕緣擊穿。

采用停電預防性試驗來檢測設備的方法，很難發現在2次預防性試驗周期之間的潛伏性缺陷，傳統的絕緣試驗方法還會損傷絕緣材料的性能，影響設備日后的運行性能和使用壽命。同時，停電檢測影響了供電的可靠性。隨著配電設備狀態檢修工作的日漸深入，應用在線監測和帶電檢測技術已成為預防設備故障的有效措施。

局放產生的能量會以電磁、聲波、氣體等形式發射，對這些物理量進行檢測采集是分析局放的有效手段，開關柜帶電檢測最實用的技術是地電波法和超聲波法。

1 開關柜帶電檢測技術

1.1 地電波法

當高壓電氣設備發生局部放電時，產生的電磁波會沿著金屬內表面傳播。如果金屬內表面是全封閉的，電磁波被屏蔽，無法在外部檢測到放電信號。實際上，開關柜不會是全封閉結構，放電產生的電磁波會在開口、接縫、蓋板處傳播出去，同時產生電壓脈沖，通過設備箱體外表面傳到大地。這些電壓脈沖被命名為TEV（暫態對地電壓），使用特制的電容耦合式傳感器可以檢測到這個TEV信號，從而檢測出放電的幅值和頻率。地電波法檢測靈敏度較高，但地電壓在空氣中衰減較大。

1.2 超聲波法

在局放過程中，隨著電荷的快速釋放和遷移，放電點周圍的電場力、機械應力與粒子力失去平衡而產生振蕩，從而產生聲波，這種聲波是一種機械振動波。超聲波傳感器利用壓電材料的壓電效應，可以檢測出這些聲波，從而反映局部放電的程度。另外利用多個超聲傳感器測得電信號與聲信號之間的時間差，就可以計算出放電點與傳感器位置的距離，從而起到定位的作用。

超聲波法最大的優點是抗干擾能力強，適合于強電場環境，而且頻帶寬，能夠檢測電暈、松動、懸浮放電等現象。但由于超聲波的波長較短，方向性較強，且在通過兩種材料的邊界時會發生反射或全發射，在傳播時易發生干涉或疊加。因此，超聲波法的檢測靈敏度往往取決于聲波信號的傳播介質和路徑，在實際檢測過程中，需要選擇多個測試點，多適用于空氣中的局放檢測。

1.3 現場聯合測試技術

地電波和超聲波這兩種方法各有利弊，在應用中都存在著一定的局限性。單獨對某一信號檢測分析往往無法全面對局放現象進行描述，因此需要聯合多種檢測方法進行檢測。目前，在實際應用中較常采用以地電波檢測為主導，超聲波檢測為輔的聲-電聯合檢測模式。

利用聯合檢測模式對10～35 kV開關柜進行局放檢測時，首先選用地電波法進行檢測。因地電波法檢測易受現場干擾影響，所以測量前必須做好干擾排除措施，如關閉開關室內的排風扇、采用不同時間進行測試、利用地電波法的脈沖數（2 s內）判定干擾源等[2]。測量開始前，應以開關室內空氣及前后金屬門測試平均值為背景信號的參考值。測試過程中應選擇局放容易發生的位置，如母排、開關閘刀、電纜接頭等作為測試點，或選擇每一面開關柜的上、中、下部分以及開關柜兩個側面作為測試點。

對于地電波法檢測結果異常或其他存在疑似放電的開關柜，可利用超聲波法進一步確認，使用這種方法前將探頭朝向空氣讀取背景噪聲值。測試時，將傳感器對準每個開關柜的縫隙通道接受信號，耳機中所聽到的放電聲就是超聲波信號。

按照國內外的應用經驗，地電波法的檢測值超過20 dB或超聲波法的檢測值超過6 dB時應引起注意，同時應與開關柜的背景讀數進行比對[3]。但這只是對局放現象的定性判斷，實際應用中需利用縱向分析法、橫向分析法、閾值比較等方法[4]對檢測數據進行分析，才能獲得正確的判斷。

2 實際測試分析

案例1：某變電站35 kV開關室兩個位置相鄰的開關柜“1號主變35 kV開關”與“35 kVⅠ段母線避雷器”有異常聲響。對這兩個開關柜開展了局放帶電測試，測試點位置如圖1所示，測試方式和數據如表1所示。

圖1 柜后測試點位置分布

表1 局放測試數據

測試數據表明1號主變35 kV開關柜柜后位置①處的TEV值最高為46 dBmV，超聲值也最高，為54 dB。而35 kVⅠ段母線避雷器開關柜柜后位置①處的TEV值最高為47 dBmV，超聲值也最高，為48 dB。而位置③處的TEV值為44 dBmV，超聲值為46 dB，也偏高，且均高于1號主變35 kV開關柜柜后的位置②、③、④。

隨后，用超聲波法對開關柜局放部位進行定位。首先對1號主變35 kV開關柜柜后的位置①和③進行檢測，發現放電更靠近位置①處，再對35 kVⅠ段母線避雷器開關柜柜后的位置①和③進行檢測，發現放電更靠近位置③處。

通過現場分析，初步認為1號主變35 kV開關柜母線穿柜套管處存在因接觸不良導致的懸浮電位放電現象，而35 kVⅠ段母線避雷器開關柜放電測量值略大，可能是由于母線端部電場分布均勻性較中部差而造成的。

停電檢查后發現：1號主變35 kV開關柜母線穿柜套管壓簧與穿柜套管內壁的鋁質屏蔽層未很好連接，A相套管中的絕緣墊圈有一定變形，如圖2、圖3所示。經分析認為，在安裝母線導電桿時絕緣墊圈變形，變形的墊圈將壓簧一端頂起，使壓簧與鋁質屏蔽層間接觸不良，造成懸浮電位放電。

圖2 壓簧與穿柜套管內壁的鋁質屏蔽層接觸不良

圖3 套管絕緣墊圈變形

案例2：某變電站10 kV開關室內有噪聲，故進行地電波法和超聲法帶電檢測。測試結果表明，所有開關柜TEV測量值與背景值基本相同，屬于合格范圍內。站內某開關柜超聲測量值明顯大于其他開關柜超聲測量值，且開關柜背部所測得的超聲值比前部更高，初步判斷聲響可能是由開關柜背部面板松動引發機械震動而引起。

對開關柜進行停電檢修，打開該開關柜背部面板，發現內部的隔離板上有幾顆螺釘已經缺失，且開關柜背部面板打開時伴有強烈的機械振動噪聲，具體如圖4所示。對該開關柜重新裝上螺釘，并擰緊固定后，地電波和超聲波檢測結果恢復正常。

圖4 背板螺釘缺失

上述2個案例表明，單獨使用一種方法并不能準確、全面反映局放的實際情況，有時甚至會誤判斷。地電波法和超聲波法的聯合檢測能夠更加準確地反應客觀現象，提高檢測結果的準確度和可信度。

3 結語

地電波法和超聲波法的聯合帶電檢測方法能夠準確地反應開關柜的潛在故障，現場應用效果較好。超聲波法在實際過程中甚至能夠檢測到地電波法發現不了的缺陷，特別是異常主要表現為柜體內部機械振動時，超聲波法更具優勢。

目前開關柜局放和缺陷分析尚處于積累資料階段，且現有的檢測技術仍然無法準確地判斷故障類型和故障程度，因此有必要研究開關柜局放綜合管理和數據分析系統，對測試數據進行統計、歸納、分類，對放電類型和故障類型進行模式識別，綜合評價設備運行狀態，并由此建立專家數據庫，為設備狀態監測的推廣奠定基礎。

[1]楊超，張霖.開關柜局部放電帶電檢測技術的運用[J].電氣開關，2011（5）∶6-11.

[2]孔令明，肖云東，劉娟，等.開關柜局部放電帶電檢測定位技術的應用與研究[J].山東電力技術，2010（6）∶5-8.

[3]陳剛.聲電波檢測儀在10 kV開關柜局放檢測中的應用[J].電工技術.2010（7）∶67-68.

[4]龐驍剛.開關柜局部放電原因分析與處理[J].云南電力技術，2011，39（4）∶56-57，79.

（本文編輯：楊勇）

Research on Live Detection Technology for Partial Discharge of Switch Cabinet

HU Xi-xin，XU Jie，XU Jian-wen
（Hangzhou Electric Power Bureau，Hangzhou 310009，China）

The paper introduces geoelectricity method and supersonic method commonly used for live detection on partial discharge of 10～35 kV switch cabinets，and it analyzes merits and demerits of the two methods and the limitation of application.By use of geoelectricity method and supersonic method for field live detection on partial discharge of switch cabinets，many faults of switch cabinets are detected,and the field application effect has been achieved.The paper indicates the development orientation of digital detection result analysis by digital signal and database establishment in the future.

switch cabinet；PD；live detection；application

TM835.4

：B

：1007-1881（2013）07-0012-03

2013-02-20

胡錫幸（1982-），女，浙江慈溪人，博士，工程師，從事高壓試驗及狀態檢測技術工作。