10kV開關柜絕緣性能檢測技術與故障診斷研究

李雪蓮

（珠海經濟特區廣達電器設備有限公司，廣東 珠海519000）

0 引言

作為城市配電網重要組成部分的10kV開關柜，其運行的可靠性與安全性對城市配電網的供電可靠性有直接影響。對于運行中的10kV開關柜，單純依靠傳統的巡視、檢測以及試驗技術，已難以及時掌握到開關柜存在的缺陷，而傳統的停電預試技術需要在停電狀態下對10kV開關柜采用耐壓試驗進行絕緣性能的檢測，這種停電預試檢測的間隔周期比較長，一般為3～6年。在如此長的間隔時間內，10kV開關柜的絕緣性能如果出現了缺陷，就難以及時發現，最終會導致絕緣擊穿事故的發生。為了克服傳統停電預試技術的不足，應采取更為合理有效的10kV開關柜絕緣性能檢測技術，實現對運行中的開關柜進行絕緣性能的檢測，并根據檢測結果來開展后續的故障診斷工作。

1 基于超聲波和TEV原理的絕緣性能檢測技術

10kV開關柜在絕緣性能劣化的情況下就會出現一種在電極之間發生但沒有擊穿電極的局部放電現象。局部放電雖然比較微弱，但長期的累積效應會造成開關柜的絕緣性能進一步劣化、缺陷進一步擴大，并最終導致絕緣擊穿故障。局部放電可以分為內部放電、表面放電和電暈放電3種形式，在放電過程中會有電磁波、聲波以及氣體產生，這些都可以作為絕緣性能檢測的信號。

1.1 超聲波檢測技術

在10kV開關柜局部放電過程中會發出聲波，其頻譜比較寬，一般在幾十赫茲到幾兆赫茲之間。人耳可以直接聽到低于20 k Hz的聲波信號，而一旦高于這個頻率，就需要利用專門的超聲波測量儀器接收。在局部放電初期，是比較微弱的輝光放電，所釋放的能量也比較小；而在后期則表現為強烈的電弧放電，并釋放出很強的能量。因此，局部放電過程中的聲波是由小到大變化的。利用超聲波測量儀來對局部放電的聲波進行測量，再根據局部放電所釋放的能量與產生的聲能之間的關系，就可以推導出局部放電的劇烈程度［1］。

1.2 TEV檢測技術

圖1為TEV檢測技術原理，10kV開關柜內部局部放電過程中伴隨有電磁波產生，電磁波會在開關柜的金屬外殼內表面上傳播一個生成的電壓脈沖。開關柜的金屬外殼有屏蔽作用，如果屏蔽層是完整而連續的，那么在開關柜外部將檢測不到這個電壓脈沖信號；但是由于開關柜的金屬箱體存在連接縫隙以及墊圈的連接處和電纜終端等部位存在破損，就會導致屏蔽層不連續；而電磁波所生成的電壓脈沖會通過屏蔽層不連續的部位傳播出去，然后沿著接地的開關柜金屬箱體傳到大地，同時在金屬箱體上產生一個暫態對地電壓（TEV）。TEV所能維持的時間很短，一般在幾納秒左右，幅值在幾毫伏到幾伏之間，可以通過電容耦合式傳感器來測量進而檢測到局部放電的強度。TEV檢測技術一般用dB作為單位來描述局部放電的強度。可以將測量TEV的電容耦合式傳感器安裝在開關柜箱體上有開口或者縫隙的部位，其測量到的TEV幅值大小取決于開關柜內部局部放電的強度和距離放電點的距離。距離放電點越近，放電強度越劇烈，TEV幅值越大，因此可以通過TEV的測量值來對開關柜內部是否存在絕緣隱患進行判斷。在實際測試時，應將2個或者更多的傳感器分別安裝于開關柜金屬箱體的不同部位，這樣就可以通過分析TEV到達不同傳感器的先后次序得到局部放電點的位置信息。TEV檢測技術比較直觀，對操作人員的要求不高，適用于比較性測量，在開關柜運行狀態監測中具有廣闊的應用前景，為開關柜的狀態檢修奠定了技術基礎［2］。

圖1 TEV檢測技術原理圖

2 TEV檢測技術的應用

2.1 TEV檢測步驟

由于10kV開關柜數量眾多，為提高檢測效率，可按照以下步驟對TEV進行檢測［3］：（1）先利用便攜式局放測試儀對開關柜進行3個月1個周期的普測，并建立起相應的開關柜狀態信息庫，在信息庫中要將正常合格的開關柜與有異常情況的開關柜分離開來。（2）在普測7～10天后對有異常情況的開關柜進行復測，并建立相應的復測檔案，對那些復測數據嚴重超標的開關柜利用局放測試儀進行進一步的故障定位。（3）在確定故障后，結合停電計劃對有缺陷的開關柜進行測試和處理，并做好相關記錄。處理完畢后再進行局放測試，對比處理前后的數據，如果恢復正常就及時更新開關柜狀態信息庫。

2.2 檢測數據的采集及檢測點的選擇

在進行開關柜的局部放電檢測前，必須先測量背景值。由于外部的電磁波也會在開關柜上產生TEV，因此要先在開關柜的金屬門等金屬制品上檢測TEV。一般要在開關房的不同位置檢測至少3個點的值，取中間值作為背景信號的參考值。對開關柜進行局部放電檢測主要是測量母排的連接處、穿墻套管、支撐絕緣件、開關的刀閘、電流互感器和電壓互感器等元器件的局部放電情況。這些元器件一般都位于開關柜前面板的中部和下部，后面板和側面板的上部、中部以及下部，因此局部放電檢測要在這些位置進行。在檢測過程中注意電容耦合式傳感器一定要與金屬面板接觸緊密，而且傳感器也要盡量靠近TEV信號易泄漏出來的部位，如觀察窗、通風百葉窗等。

3 TEV檢測技術應用實例

通過大量運用TEV檢測技術進行的局部放電測試發現，測試數據為5～45 dB的10kV開關柜存在絕緣缺陷的可能性最大［4］。

3.1 案例1

某供電公司在進行10kV開關柜普測時發現某一開關柜TEV測試值為14 dB，在開關柜狀態信息庫中是屬于有異常情況的一類開關柜。在進行復測時，該開關柜TEV測試值已達到16 dB。后通過仔細檢查，發現該開關柜內部已出現明顯的藍紫色火花放電現象。隨后立即對該開關柜安排停電檢查，結果發現其C相電纜頭安裝工藝存在問題，造成放電，電纜的絕緣護套已經被燒損。

3.2 案例2

某供電公司在10kV開關柜普測過程中發現某開關柜TEV數據嚴重超標，其柜前下部的TEV數據已達到31 dB，從觀察窗處查看發現開關柜內部有圓圈狀的藍紫色放電火花。隨后對其安排了進一步的停電檢查，發現該開關柜開關間隔中與母排相連的真空管外套破裂，造成柜內有非常嚴重的銹蝕。將其更換后再次進行局部放電測試，TEV數據恢復到正常值范圍以內，故障解決。

4 結語

采用TEV檢測技術對10kV開關柜進行局部放電測試具有無需安裝、無需停電，對開關柜正常運行不造成任何不良影響的特點。而且該技術還能夠實現連續的自動檢測，判斷方便，且檢測結果可靠性較高。因此，TEV檢測技術在10kV開關柜的狀態檢修領域有廣闊的應用前景，能夠及時而有效地發現和預防10kV開關柜存在的絕緣缺陷，使其絕緣狀況得到有效監控，為城市配電網的可靠供電保駕護航。

［1］楊獻智，章堅.10kV配網開關柜局部放電帶電檢測應用［J］.電力科學與工程，2011（6）：71～75

［2］章濤，王俊波，李國偉.10kV開關柜局部放電檢測技術研究與運用［J］.高壓電器，2012（10）：100～104

［3］何肖軍，徐志斌.高壓開關柜絕緣性能檢測與故障診斷技術研究［J］.浙江電力，2010（5）：6～10

［4］曾雄杰，江健武，侯俊.TEV和UHF在10kV開關柜帶電檢測中的應用［J］.高壓電器，2012（1）：41～47