超聲波和暫態地電壓局部放電聯合檢測技術及應用

引言：高壓開關柜在整個電力系統的配電中起著重要的作用，其運行的穩定與否直接影響到電網能否安全運行。通過使用超聲波和暫態地電壓局部放電測試方法對開關柜聯合檢測，能有效發現開關柜內放電的缺陷，及時、準確地掌握設備運行狀態，保證電網的安全可靠運行。

隨著電網的飛速發展和設備的快速更新，35kV、10kV金屬封閉式高壓開關柜因結構緊湊、可靠性高在電力系統中得到了廣泛應用。高壓開關柜運行的穩定性直接影響到電網安全運行。開關柜內設備在長期運行中因電、熱、環境等異常情況下可能導致絕緣裂化、異響、放電等缺陷，嚴重者會發生事故。大多數情況下開關柜內局部放電是導致設備發生絕緣事故的主要原因也是絕緣缺陷的征兆。超聲波、暫態地電壓局部放電測試儀因操作方便、簡單，且能有效的發現開關柜內的放電缺陷，在開關柜的帶電測試中得到了廣泛的使用。

一、超聲波和暫態地電壓局部放電的原理

局部放電可分為內部放電、表面放電、電暈放電，放電過程中往往伴隨有電磁波、光、熱、聲音、超聲波、臭氧、一氧化氮等化學和物理現象及相應的過程。但是對于開關柜的檢測常以超聲波和電磁波為主要的檢測方法。

1.1超聲波測試原理

局部放電的初期是微弱的輝光放電，釋放的能量較小，放電的后期出現強烈的電弧放電，此時能量是瞬時爆發的，非常大。超聲波信號以某一速度通過不同介質以球面波的形式向四周傳播。但由于超聲波頻率遠大于20kHz，人耳是無法聽到的，因此采用超聲波傳感器檢測放電所產生的超聲波信號。超聲波傳感器將接受到的聲音信號轉換為電信號[1]，最后再將電信號轉換成一個人耳可判別、可聽見的聲音信號，并將放電所產生的超聲波大小以聲壓（dB）的形式顯示出來。

1.2暫態地電壓測試原理

當開關柜內發生局部放電時，根據麥克斯韋電磁場理論，將產生電磁波，受集膚效應的影響，這些電磁波會轉移到柜體的金屬鎧裝上，同時產生一個暫態地電壓，暫態地電壓的持續時間約為幾十納秒，幅值一般在幾十毫伏到幾伏之間。在金屬箱體的接縫處或絕緣連接處，電磁波會傳播到外表面，電磁波上升沿碰到金屬外表面，產生暫態對地電壓[2]，簡稱TEV。采用容性傳感器可非常靈敏的檢測到柜體表面的暫態地電壓。暫態地電壓測試法原理如圖1所示。

二、分析判斷方法

若某開關柜的超聲波測試數據幅值在10dB到15dB之間，表明該開關柜內有異常，應加強復測，綜合判斷。

如果測得某個開關柜的超聲波幅值大于15dB，說明該開關柜內部存在局部放電缺陷，應盡快復測，密切關注檢測值的變化趨勢。

若高壓室內開關柜與背景值之差小于20dB，說明開關柜正常；若開關柜與背景值之差大于20dB，判定該開關柜內存在局部放電，應加強關注，必要時定位并開關柜檢查。

對于同一開關柜要和歷史數據比較看變化的大小趨勢，進行縱向分析[3]；對于開關柜還要和同類設備的測試結果進行比較，當同類型的某一開關柜個體測試結果比其它同類開關柜的測試結果大時，該開關柜可能存在局部放電缺陷。

三、案例分析

3.1帶電測試

使用UItra TEV Plus和UP9000測試110kV某變電站10kV高壓開關柜，測試暫態低電壓局部放電測試背景值為9dB，1012開關柜暫態地電壓局部放電測試值為前柜下部36dB、后柜下部39dB，該開關柜下部暫態地電壓測試值與背景值之差遠大于缺陷值20dB。使用超身波局部放電測試儀對該開關柜進行測試，測得該開關柜超聲幅值為19dB，大于缺陷值15dB。對比該開關柜和鄰近開關柜的測試數據，可看出1012開關柜下部測試數據明顯大于鄰近的開關柜，初步判定該開關柜后下部存在有害的局部放電缺陷。具體測試數據見表1。

3.2缺陷處理

對該開關柜停電檢查，發現開關柜內A相導電排與電流互感器連接處螺絲緊固不夠，熱縮絕緣護套已熱熔碳化，導電排上熱縮絕緣護套裂損（如圖2所示）。分析判定為A相導電排與電流互感器連接處螺絲緊固不夠，導致接觸電阻增大，接觸處過熱使熱縮絕緣護套熱熔碳化，并引起導電排熱縮絕緣護套裂損。對松動的螺絲進行緊固，重新制作絕緣護套，恢復送電，測試無放電聲音和信號，缺陷消除。

四、總結

（1）超聲波、暫態地電壓局部放電測試儀操作方便、簡單，測試人員可以很直觀的讀取數據。超聲波、暫態地電壓局部放電測試能有效的發現開關柜內的放電缺陷。

（2）開關柜內不同的缺陷形成放電的特征不一樣，采用不同的測試方法對不同的缺陷有不同的靈敏度，單一的運行某一種測試方法，存在一定的局限性，有時會出現誤判斷。因此在實際應用中，我們應該采用多種不同的測試方法相互補充，才能更好的檢測到開關柜的局部放電缺陷。

（3）經驗表明，超聲波測試能夠很方便的發現絕緣子、母排、螺絲松動導致的表面放電，電纜絕緣的內部放電導致的振動幅值較小，使用超聲波測試很難發現。

（4）對于風沙較大的地區，開關柜內灰塵較多，應加強停電檢修時對開關柜內設備的清掃，避免柜內設備表面灰塵過多造成閃絡擊穿事故。

參考文獻

[1]王風雷等，中國電力出版社.《電力設備狀態監測新技術應用案例精選》.

[2]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.

[3]孔令明，肖云東，劉娟，曾令甫.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年06期.

（作者單位：國網新疆疆南供電有限責任公司運維檢修部）

作者簡介

竇峰川，1986年7月23日出生，籍貫：甘肅、古浪，國網新疆疆南供電有限責任公司運維檢修部，從事變電一次設備高壓試驗工作，大學本科學歷。