基于案例的變電站開關柜帶電檢測技術探索

摘 要：通過分析兩個關鍵案例，深入探討了變電站開關柜帶電檢測技術的有效應用。研究發現，運用先進的檢測與定位技術不僅能有效識別和定位局部放電源頭，而且促進了缺陷處理策略的高效實施。面臨電力系統運行中的諸多挑戰時，采納一個綜合性的解決方案，不僅有助于解決當前的問題，還顯著增強了系統的整體性能與可靠性，從而為電力系統的持續發展與技術創新提供了實踐基礎和理論參照，引導了電力系統未來的發展趨勢。

關鍵詞：開關柜；帶電檢測；定位分析

中圖分類號：TM591" " 文獻標志碼：A" " 文章編號：1671-0797（2024）14-0085-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.14.020

0" " 引言

變電站作為電力系統的重要組成部分，承擔著調度電力、實現電能轉換和分配的關鍵任務。開關柜，作為變電站中不可或缺的設備，其健康狀態直接影響到整個電網的穩定性和安全性[1]。局部放電現象作為開關柜絕緣老化和損壞的早期警示，其監測和診斷對預防電力設備故障、確保電網可靠運行具有至關重要的作用。

在電力行業快速發展的背景下，傳統的維護方法逐漸無法滿足高效、精確的現代化需求，尤其是在不停電的條件下對設備進行狀態監測和故障診斷方面。帶電檢測技術，特別是局部放電檢測，其能夠在不中斷設備運行的前提下識別潛在的絕緣問題，因而成為電力系統維護中的關鍵技術。

1" " 開關柜局放檢測介紹

1.1" " 高壓開關柜介紹

開關柜是指按一定的方案將一次設備、二次設備組裝而成的成套配電裝置。高壓開關柜由于在設計、制造、安裝和運行維護方面存在著不同程度的問題，因而事故率比較高，同時污穢、絕緣薄弱、小動物侵入等原因也常引發事故。開關柜絕緣事故原因分析主要有以下方面[2]：

1）爬距及空氣間隙不夠；

2）接點容量不足或接觸不良；

3）制造裝配質量及工藝不良；

4）環境條件影響。

1.2" " 開關柜檢測原理介紹

1.2.1" " 暫態地電壓（TEV）

1）局部放電發生時，放電點產生高頻電流波，并向兩個方向傳播。

2）受集膚效應的影響，電流波僅集中在金屬柜體內表面傳播，而不會直接穿透。

3）在金屬斷開或絕緣連接處，電流波轉移至外表面，并以電磁波形式進入自由空間。

4）電磁波上升沿碰到金屬外表面，產生暫態對地電壓[3]。

1.2.2" " 超聲波（Ultrasonic）

1）接觸式超聲波傳感器，貼在電力設備表面，檢測局放產生的超聲波信號在電力設備表面金屬板中傳播所感應的振動現象。

2）空氣式超聲波傳感器，檢測放電產生的超聲波信號在空氣中傳播時的振動現象。

1.2.3" " 特高頻（Ultra-High-Frequency，UHF）

電力設備絕緣體中絕緣強度和擊穿場強都很高，當局部放電在很小的范圍內發生時，擊穿過程很快，產生很陡的脈沖電流，其上升時間小于1 ns，并激發頻率高達數吉赫茲的電磁波。

1.2.4" " 高頻（HFCT）

當電力設備發生局部放電時，通常會在其接地引下線或其他地電位連接線上產生脈沖電流。通過高頻電流傳感器檢測流過接地引下線或其他地電位連接線上的高頻脈沖電流信號，實現對電力設備局部放電的帶電檢測。

2" " 案例分析

通過對35 kV一/二分段開關柜以及10 kV二段甲壓變/避雷器柜的局部放電缺陷進行詳細分析和處理，揭示了帶電檢測技術如何有效地識別和解決開關柜的潛在問題，突顯了帶電檢測技術在實際應用中的巨大價值。這項技術不僅顯著提升了變電設備的可靠性，而且在預防故障發生、減少意外停電事件方面做出了重要貢獻。

2.1" " 35 kV一/二分段開關柜局部放電缺陷處理

某35 kV開關站于2013年5月投運，采用金屬鎧裝移開式開關柜。在例行帶電檢測巡檢時發現35 kV電纜有異常高頻信號，進一步分析確認為金屬性懸浮放電信號，源自一/二分段開關柜母線穿柜套管處，如圖1所示。

2.1.1" " 現場放電部位分析確認

使用PDS-G1500型變電站局部放電檢測與定位系統，通過同源性分析、定相分析和精確定位，確定異常信號源自一/二分段開關柜母線穿柜套管處。

1）同源性分析：分別將黃、綠、紅傳感器卡接在存在異常信號電纜處，三個傳感器脈沖信號呈一一對應，說明異常信號來自同一個放電源。

2）異常信號定相分析：分別將黃、綠、紅傳感器分別卡接在35 kV #2號站用變電纜A相、B相、C相，A相傳感器波形起始沿與其他兩相相反，說明異常信號來自A相。

3）異常信號精確定位分析：使用特高頻對電纜上方開關柜進行測試，在35 kV #2號站用變和一/二分段柜發現異常特高頻信號，一/二分段柜特高頻幅值最大，最大幅值63 dB（圖2），信號具有懸浮放電特征。

4）現場情況分析確認：在局放信號定位基礎上，分析現場運行方式，確定異常信號具體位置，通過開啟母線室檢查，發現A相穿墻套管內有較為明顯的放電痕跡，將套管拆下后，檢查發現在A相套管中間部位母排處有一人字形彈簧，彈簧已燒穿變形。確認放電點為35 kV一/二分段開關柜A相母線穿柜套管內側。

2.1.2" " 放電原因分析及改進措施

由于人字形等電位彈簧功能落后，彈性回復能力不佳，開關柜長時間運行后，彈簧彈性減弱，加之環境溫度變化導致彈簧與套管內壁接觸不良，形成放電。對A、B、C三相穿柜套管進行更換，并將等電位彈簧更換為片式彈簧（圖3），這種彈簧彈性系數高且增大了與套管內壁的接觸面積，可大大降低因接觸不良造成放電的可能性。

建議后期開關柜廠家選擇套管時選用帶等電位線的套管，采用軟導線替代等電位彈簧，等電位的軟導線一端接在套管內部并引出，另一端在套管安裝時固定于母排，提高了安裝便利性和接觸可靠性。

2.2" " 10 kV二段甲壓變/避雷器柜局部放電缺陷處理

某35 kV變電站，在對10 kV開關柜進行帶電檢測時發現特高頻、暫態地電壓異常信號，結合G1500數據，綜合分析信號具有絕緣放電特征，判斷局放源位于10 kV二段甲壓變/避雷器柜柜前下部位置，如圖4所示。

2.2.1" " 帶電檢測數據分析

1）暫態地電壓檢測數據分析。

依據Q/GDW 11060—2013《交流金屬封閉開關設備暫態地電壓局部放電帶電測試技術現場應用導則》8.5結果分析方法[4]：

（1）開關柜檢測結果與環境背景值差值大于20 dB；

（2）開關柜檢測結果與歷史數據的差值大于20 dB；

（3）本開關柜檢測結果與鄰近開關柜檢測結果的差值大于20 dB。

結合表1的數據以及不同背景值（空氣背景：4 dB、金屬背景1：7 dB、金屬背景2：9 dB、金屬背景3：8 dB），對10 kV二段甲壓變/避雷器柜進行檢測結果分析，判斷10 kV二段甲壓變/避雷器柜暫態地電壓檢測存在異常。

2）特高頻數據分析。

從圖5中特高頻PRPD/PRPS圖譜可以看出，信號最大值64 dB，每周期存在兩簇脈沖信號，脈沖相位較寬，脈沖幅值大小不一。

結合PDS-G1500型變電站局部放電檢測與定位系統，綜合分析信號具有絕緣放電特征，局放源位于10 kV二段甲壓變/避雷器柜的柜前下部避雷器倉位置（圖4）。

縮短檢測周期，關注信號發展趨勢，對10 kV二段甲壓變/避雷器進行更換。更換后進行帶電檢測，沒有發現異常信號，測試結果正常，10 kV二段甲壓變/避雷器柜缺陷處理完畢。

2.2.2" " 處理措施和改進建議

結合停電檢修對10 kV二段甲壓變/避雷器進行更換。更換后進行帶電檢測，沒有發現異常信號，測試結果正常。后續工作中建議更換老化的絕緣材料，利用更高標準的絕緣產品提升開關柜的整體絕緣性能，同時引入定期的監測計劃，以早期識別潛在的絕緣問題。

3" " 綜合分析與建議

通過兩個案例分析，筆者深入探索了變電站開關柜帶電檢測技術的實際應用，可以看到使用先進的檢測與定位技術能夠有效識別和定位局部放電的源頭。從兩個案例的分析中，得出兩個關鍵結論：首先，根據具體需求選擇合適的帶電檢測技術對保障檢測的準確性和電力系統的整體安全至關重要；其次，面臨技術挑戰、環境變化和操作問題時，采取創新方案和及時的技術調整是解決問題的關鍵。

在后續的帶電檢測工作中，推薦采用多種檢測技術相結合的辦法，可以避免受到單一技術的限制，以提升檢測效果和準確性。此外，對于帶電檢測專業人員，建議定期開展理論知識與技能培訓，以不斷提高他們的專業水平，及時掌握行業內的最新技術。同時，對檢測標準和操作規程的持續完善也至關重要，進一步確保檢測工作的規范化、高效與安全。

4" " 結束語

在本文探討的兩個案例中，筆者實施的解決策略不僅可直接應對已識別的問題，還進一步對整體維護計劃進行了深度優化。這些策略在提升變電站開關柜的可靠性與安全性方面起到了決定性的作用。面臨電力系統運行中的諸多挑戰時，采納一個綜合性的解決方案顯得格外重要。這一方案涵蓋了：

1）多樣化的檢測技術：采用多種檢測手段，從不同角度監測潛在問題。

2）深入的分析手段：通過深入分析，準確識別問題根源。

3）針對性的技術優化：根據分析結果，實施專門設計的優化措施。

這種綜合方案不僅有助于解決當前的問題，還顯著增強了系統的整體性能與可靠性，從而為電力系統的持續發展與技術創新提供了實踐基礎和理論參照，引導電力系統未來的發展趨勢。

隨著科技的飛速進步，帶電檢測領域正在迎來一系列創新技術的蓬勃發展。尤其是基于人工智能的故障預測分析和無人機巡檢技術，它們正不斷地推動著帶電檢測工作的效率和準確性向前邁進。未來，帶電檢測技術的進步不僅僅停留在新技術的應用上，還需重視與電力系統管理技術的深度融合。通過構建更智能化的電網監控系統，實現對變電站狀態的實時監控與精準管理，帶電檢測將成為推動電力系統高效、安全運行的關鍵力量。

[參考文獻]

[1] 徐天，王俊，侯東方.基于人工智能的變電站智能化運維管理系統設計與優化[J].電氣技術與經濟，2023（8）：102-105.

[2] 朱有明，黃強.基于局部放電檢測技術應用于配電開關柜的研究[J].電子世界，2014（16）：62-63.

[3] 張大寶，蘇峰，李志強，等.基于綜合帶電檢測的故障診斷技術[J].中國設備工程，2020（22）：10-11.

[4] 交流金屬封閉開關設備暫態地電壓局部放電帶電測試技術現場應用導則：Q/GDW 11060—2013[S].

收稿日期：2024-03-22

作者簡介：任書燕（1989—），女，山西晉中人，碩士研究生，工程師，研究方向：電氣試驗。