開關(guān)柜局部放電檢測技術(shù)分析及應(yīng)用

張 旺，劉 珂，朱洪波，李欽柱

（濟(jì)南供電公司，山東 濟(jì)南 250012）

0 引言

10 kV開關(guān)柜是我國配網(wǎng)系統(tǒng)中重要的電力設(shè)備，開關(guān)柜在長期運行中，絕緣材料持續(xù)受高溫、高電壓、振動及油污、潮濕和化學(xué)物質(zhì)的作用，絕緣性能將不斷降低。其內(nèi)部的絕緣缺陷或劣化，往往會造成開關(guān)柜局部放電。故障電弧一旦產(chǎn)生，會以聲、光、電、熱的形式輻射出能量，導(dǎo)致電力系統(tǒng)安全運行中斷、電力設(shè)備損壞及人身傷亡等嚴(yán)重后果。德國科隆精密機(jī)械行業(yè)工傷事故保險聯(lián)合會編制的關(guān)于中低壓配電事故最新統(tǒng)計報告指出，開關(guān)設(shè)備電氣故障引起人身傷亡與電弧有關(guān)的大于50%，因此對開關(guān)柜開展局部放電檢測意義重大［1］。

目前，運用廣泛的非接觸檢測方法，如紅外和紫外檢測技術(shù)，對于變壓器等敞開式設(shè)備效果良好，但對封閉的開關(guān)柜來說，效果不理想。局部放電產(chǎn)生的聲、光、電、熱等檢測量，因柜體屏蔽作用，給相應(yīng)的局部放電檢測帶來困難。但開關(guān)柜柜體上有接縫和玻璃窗，局部放電時產(chǎn)生的各種檢測量通過它們泄漏出來，在柜體外檢測局部放電成為可能。目前，開關(guān)柜局部放電檢測，較為實用的檢測方法有基于暫態(tài)對地電壓技術(shù)、超聲波檢測法、超高頻監(jiān)測法。

1 基于TEV、AE、UHF的局部放電檢測技術(shù)

1.1 暫態(tài)對地電壓檢測技術(shù)

發(fā)生局部放電時，放電點會產(chǎn)生出交變的電場和磁場，形成電磁波，電磁波通過金屬箱體的接縫處或氣體絕緣開關(guān)的襯墊傳播出去，形成一個暫態(tài)電壓，通過設(shè)備的金屬外殼表面?zhèn)鞑サ降叵?，這個暫態(tài)電壓即為暫態(tài)對地電壓，簡稱TEV，如圖1所示。

圖1 TEV產(chǎn)生示意圖

開關(guān)柜出現(xiàn)局部放電時，產(chǎn)生的電磁波在接地金屬外殼上產(chǎn)生TEV，幅值在幾毫伏至幾伏的范圍內(nèi)，有幾納秒的上升時間［2］，時間很短?？墒褂脗鞲衅鱽聿蹲絋EV信號來檢測局部放電，并通過TEV的幅值和頻數(shù)來反映每一次局部放電活動的強(qiáng)弱，從而反映開關(guān)柜的運行工況。

局部放電產(chǎn)生的TEV信號大小與局部放電的劇烈程度及距離放電點的遠(yuǎn)近有直接關(guān)系，越靠近放電點，傳感器接受到的TEV幅值越大。將兩個或多個傳感器安裝在開關(guān)柜金屬箱體的不同位置，利用TEV信號先后到達(dá)傳感器的時間差，對放電點進(jìn)行定位。

1.2 超聲波檢測法

聲波是一種機(jī)械振動波，當(dāng)發(fā)生局部放電時，能量瞬時爆發(fā)，在空氣中發(fā)生電擊穿，放電瞬間完成。電能瞬間轉(zhuǎn)化為熱能導(dǎo)致放電中心氣體膨脹，這種瞬間膨脹以聲波的形式傳播出去。隨著最初的聲波傳播，傳播區(qū)域內(nèi)的氣體被加熱，形成一個等溫區(qū)，其溫度高于環(huán)境溫度。當(dāng)這些氣體冷卻時，氣體又開始收縮，收縮的結(jié)果是產(chǎn)生較低頻率和強(qiáng)度的后續(xù)波，它含有各種頻率分量，且頻帶很寬，范圍為10 Hz～10 MHz［3］，其中頻率超過 20 kHz 的即為超聲波，由于放電局域很小，所以局部放電可以看成點生源。采集和處理過程如圖2所示。

圖2 超聲信號采集和處理

1.3 超高頻檢測法

超高頻檢測法是通過UHF傳感器對電力設(shè)備中局部放電產(chǎn)生的超高頻電磁波（300 MHz≤f≤3 GHz）信號進(jìn)行檢測，獲得局部放電的相關(guān)信息，從而實現(xiàn)局部放電檢測［4］。由于現(xiàn)場的電暈干擾主要集中在300 MHz以下，因此UHF能有效避開現(xiàn)場的電暈干擾，具有較高的靈敏度和抗干擾能力，可實現(xiàn)局部放電帶電檢測、定位等。

2 應(yīng)用實例

在對某110 kV變電站進(jìn)行開關(guān)局局部放電檢測時，首先采用便攜式開關(guān)柜超聲波局部放電檢測儀進(jìn)行檢測。檢測時，為排除環(huán)境干擾，對每一面開關(guān)柜測量2次，將檢測儀置于開關(guān)柜后空氣中檢測背景值，再將檢測儀置于開關(guān)柜后柜門上進(jìn)行檢測，測量結(jié)果如圖3所示。

從圖3可以看出，去除背景值影響后，108、109號開關(guān)柜測量值仍然最大。在靠近108、109號開關(guān)柜時，臨近開關(guān)柜的背景值和測量值均有不同程度的提高，說明108、109號開關(guān)柜有可能存在局部放電，需要進(jìn)一步檢測驗證。

圖3 局部放電超聲波檢測結(jié)果

隨即采用TEV局部放電檢測儀對上述10 kV開關(guān)柜進(jìn)行檢測，將TEV傳感器置于開關(guān)柜外殼上，測試位置為開關(guān)柜上部、中部和上部，測試幅值對比如圖4所示。

圖4 局部放電TEV檢測結(jié)果

從圖4可以看出，108、109開關(guān)柜3個測量位置的測量幅值明顯高于其他開關(guān)柜，并且，在靠近這兩面開關(guān)柜時，其他開關(guān)柜測量幅值也有不同程度的增大，可以判定108、109號開關(guān)柜存在局部放電。在108、109開關(guān)柜的3個測量位置中，上部測量值最大，108開關(guān)柜測量值略高于109開關(guān)柜，可以推測108、109開關(guān)柜之間母線穿墻套管靠近108開關(guān)柜側(cè)存在局部放電。隨后安排停電檢修，打開開關(guān)柜后，放電圖如圖5所示。

從圖5可以看出，由于母線距離穿墻套管太近，間隙較小，設(shè)備長時間運行后，絕緣特性降低，出現(xiàn)了局部放電。

圖5 設(shè)備放電圖像

3 結(jié)語

10 kV開關(guān)柜運行環(huán)境千差萬別，現(xiàn)場可能存在不同類型的干擾源，僅靠單一檢測手段進(jìn)行局部放電檢測不能有效甄別干擾，因此，必須采用多種手段相結(jié)合檢測的方式，通過對比分析多種信號，有效排除現(xiàn)場干擾，提高隱患識別的準(zhǔn)確性，保障開關(guān)柜安全運行。同時，應(yīng)建立開關(guān)柜局部放電檢測數(shù)據(jù)庫，記錄分析開關(guān)柜局部放電的類型、發(fā)生放電的原因等，有助于提高開關(guān)柜局部放電檢測水平，并為設(shè)備的設(shè)計、安裝提供相應(yīng)建議。

［1］電力工業(yè)部西北電力設(shè)計院．電力工程電氣設(shè)備手冊［M］．北京：中國電力出版社．

［2］陳剛.聲電波檢測儀在10 kV開關(guān)柜局放檢測中的應(yīng)用［J］.電工技術(shù)，2010（7）：67－68.

［3］孫慧賢，張玉華，羅飛路.采用USB和CAN總線的電力監(jiān)控數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)［J］.電力系統(tǒng)及其自動化學(xué)報，2009，21（1）：99－103.

［4］劉云鵬，王會斌，王娟，等.高壓開關(guān)柜局部放電UHF在線監(jiān)測系統(tǒng)的研究［J］.高電壓技術(shù)，2009，45（1）：15－17.