局部放電帶電檢測在高壓開關柜的應用

張思良（廣東電網有限責任公司肇慶供電局，廣東 肇慶 526060）

局部放電帶電檢測在高壓開關柜的應用

張思良
（廣東電網有限責任公司肇慶供電局，廣東 肇慶 526060）

摘 要：目前，高壓開關柜已廣泛用于電力系統中，高壓開關柜內的電氣設備在長期運行中必然存在由于電、熱、化學因素導致絕緣缺陷，電氣絕緣強度降低，出現局部放電現象，甚至發生突發性絕緣擊穿。因此，本文分析了兩種帶電檢測方法的原理，并結合現場實際應用，有效地發現設備絕緣缺陷，最終實現“狀態檢修”。

關鍵詞：局部放電；高壓開關柜；帶電檢測；應用

近年來，由于測試技術的進步，使得局部放電帶電檢測成為可能。為了在停電試驗周期內發現一些絕緣缺陷，因此通過帶電檢測對高壓開關柜內設備的運行狀態進行評估，以便采取預防措施，避免突發停電事故。自從開展變電站高壓開關柜帶電檢測以來，在實際工作中已經十分成熟地使用超聲波法﹑暫態對地電壓法（即TEV法）﹑紅外線溫度檢測法等方法。所以，將高壓開關柜試驗工作的重點從“定期檢修”轉移到“狀態檢修”是切實可行的。

1 高壓開關柜帶電檢測技術的基本原理

1.1 暫態對地電壓法基本原理

當高壓開關柜發生局部放電時，由于集膚效應，先集中在與放電點相鄰的接地金屬柜表面，但不會直接穿透柜體，與此同時，它會產生無線電頻率范圍內的電磁波，并向各個方向傳播出去，傳播過程中可以通過金屬柜上的小孔和縫隙，從柜內泄漏到外表面，而這些小孔和縫隙大多是外殼或其它絕緣部件周圍的間隙。在電磁波傳播的過程中，會在接地的金屬柜上產生一個瞬時接地電壓，這電壓的范圍是在1mV～1V，存在時間很短，只有幾個納秒的上升時間，通過設備的金屬箱體外表面而傳到大地。TEV法采用的是對數單位“dB”來表示放電的強度，因此發生局部放電時，可利用單只電容耦合式傳感器在高壓開關柜的接地金屬外殼上進行探測。

1.2 超聲波法基本原理

當柜內設備產生局部放電時，因為分子間的劇烈碰撞，放電會以聲波的形式傳播出去。放電產生的聲波的頻率范圍很寬，會在幾Hz到幾MHz之間， 其中當頻率低于20kHz的聲波易被人聽到，而高于這頻率的聲波需要超聲波傳感器才可收到，而且人在自然環境下無法聽到和感受到這頻率的聲波。聲能是從小到大變化的，隨著聲波傳播過程中，聲音頻率越高，其衰減也會越來越快。因此，當高壓開關柜發生放電時，其產生的超聲波信號會從開關柜的接縫處或空氣間隙傳播出來，然后通過傳感器測量超聲波信號的聲壓，可以根據聲音的衰減情況來推測出放電的強弱和位置。

目前，高壓開關柜試驗的帶電測試主要項目為：超聲波法檢測﹑TEV法檢測。通過結合超聲波法與TEV法的帶電檢測和巡視情況，在不停電的狀態下，可以實現狀態評估的目的，指導完成設備的“狀態檢修”工作，減少停電次數，更容易發現潛伏的絕緣缺陷，有效地預防由于絕緣劣化所造成的事故。

1.3 高壓開關柜局部放電帶電檢測使用情況

局部放電聲電波檢測儀小巧方便，由電容耦合傳感器﹑數據采集及輸入單元﹑數據處理單元等部分組成，包含TEV法和超聲波法兩種檢測方法。使用TEV法能夠檢測出局部放電幅值（dB）﹑脈沖數量﹑周期﹑放電嚴重度，可以切換多種檢測模式。使用超聲波法能夠檢測出聲波幅值（dB），通過調整增益去提高精度，通過傳感器將聲波轉換為電信號，最后進入信號采集系統。

在開展開關柜局部放電檢測前，先對儀器進行自檢，然后測量環境背景噪聲的大小。由于開關柜外部的一些聲源發出的電磁波也可能在開關柜上產生瞬時電壓，其中包括架空線絕緣子﹑變壓器進線套管﹑強的無線電信號﹑附近高速公路的車流量甚至是不連接到開關柜的金屬體等，因此測量背景噪聲時需要記下至少三次的幅值，并取平均值作為環境噪聲的讀數。

開始測量時，檢測點應在柜前中部和下部，柜后的上﹑中下部進行選擇，信號也盡可能選擇較大部位，如電纜盒﹑電流互感器室﹑母排室﹑斷路器以及電壓互感器等中心位置。使用暫態對地電壓法測量時，應使探頭垂直地與在其要測量的金屬體接觸，不能留有空隙，使用超聲波法檢測時，傳感器應靠近金屬空隙﹑觀察窗等聲波信號容易泄漏部位。

2 高壓開關柜采用局部放電帶電檢測的實踐案例

案例1：在某變電站的高壓開關室檢測局部放電時，發現10kV#1電容器組5131開關柜有劇烈聲響，但很難發現震動位置和是否發生局部放電。試驗人員利用TEV法檢測到局部放電幅值在40dB以上，而周圍的開關柜放電幅值都在10dB以下，使用超聲波法去檢測該開關柜時，越靠近開關柜前方下部，幅值和聲音越大，通過耳機可以清晰地聽到“滋滋滋”的放電聲。因此，初步判斷，該柜內斷路器下方出線處有局部放電現象。通過停電來查找故障點，發現導線上的固定螺栓松動，導致發生局部放電時螺栓會震動現象，特別大電流通過時，形成懸浮電位，造成局部放電，該故障屬于安裝不當而引起懸浮放電，若長時間帶故障運行，對開關柜內設備將會造成不可預估的損害，同時也證明了帶電檢測的有效性和可行性。

案例2：在某變電站高壓開關室日常巡視時發現，10kV某線路5211開關柜有異常發熱現象，柜內溫度比周圍的高出5℃以上。經TEV法檢測發現該開關柜后方上部的放電幅值很高，達到了35dB以上，而該開關柜其它部位不到10dB。通過定位發現，初步判斷柜內母排處有疑似局部放電現象，后經停電檢修發現的確是母排上絕緣子開裂引起的，說明通過帶電檢測技術可以發現除設備以外的絕緣缺陷，增強設備的安全可靠運行。

結論

應逐步加強局部放電帶電檢測技術在高壓開關柜的應用，積累數據作為其狀態檢修的參考依據。局部放電帶電檢測已列入到高壓開關柜的預防性試驗項目，規程明確說明開關柜局部放電帶電檢測周期為投產后半年，運行中每半年一次。

由于高壓開關柜中設備停電試驗周期為6年，在兩次停電試驗間隔很難發現絕緣缺陷，由于設備絕緣性故障都從局部放電開始，因此，運用帶電檢測發現設備的放電強弱，替代停電試驗，避免突發性的絕緣擊穿事故發生。

采用帶電檢測有利于合理調整試驗方式，放寬柜內設備的停電試驗周期，減輕人員的勞動強度，經濟效益更加符合實際。因此，應提高高壓開關柜狀態檢修方案的可行性﹑建立高壓開關柜設備狀態信息數據庫（包括設備信息﹑停電操作﹑停電試驗報告﹑局部放電帶電檢測報告等），準確地發現設備的絕緣缺陷。

參考文獻

[1]江濤，朱興剛，江明，史云玲.開關柜局部放電帶電檢測技術的應用[J].安徽電氣工程職業技術學院學報，2015（03）：54-56.

中圖分類號：TP207

文獻標識碼：A