一起10 kV環網柜典型故障的局放帶電檢測及原因分析

張寶金

（北京碧思特科技有限公司，北京100070）

0 引言

10 kV環網柜是配網系統中極其重要的電氣設備，它一般由負荷開關、熔斷器、母線排、接地開關、隔離開關、出線電纜及測量、控制、保護裝置、外殼和絕緣件等組成，其運行狀態對配電網的運行可靠性有重大影響[1]。有資料表明，我國10 kV等級開關事故中絕緣故障占有很大比重，絕緣故障潛伏期可能產生放電現象。環網柜結構復雜，絕緣故障種類多，危害程度各不相同，因此，在檢測到異常信號后，正確評估危害，準確定位，是指導停電檢修的關鍵，否則將給檢修工作帶來誤導，浪費人力物力，影響設備的正常運行。

本文結合長沙某環網柜局放檢測實例，介紹了環網柜的局放檢測方法、缺陷診斷和拆解檢修情況。

1 檢測方法

1.1 超聲波檢測

環網柜內部發生局部放電時，隨著電荷的快速釋放和遷移，放電點周圍的電場力、機械應力與粒子力失去平衡而產生振蕩，從而產生超聲波。超聲波局放檢測就是通過采集、處理和分析其激發出的超聲波信號，從而獲取設備運行狀態的一種狀態檢測技術，也稱為聲發射法[2]。根據超聲波信號傳播途徑的不同，可分為接觸式測量和非接觸式測量。接觸式測量多用于變壓器、GIS等的局部放電測量；非接觸式測量多用于環網柜、絕緣子、套管等的局部放電測量，通過檢測空氣中的超聲波信號來實現局部放電缺陷檢測。具體而言，應用超聲波技術檢測環網柜時，指向環網柜金屬封閉的縫隙處、母線通風板處的縫隙、高壓電纜接頭箱的側面或底部通風孔等部位，沿著縫隙檢測超聲波局放信號。超聲波檢測抗干擾能力強，能夠檢測電暈、松動、懸浮放電等放電類型。

1.2 暫態地電壓檢測

當環網柜內部發生局部放電時，電場能量會向接地點相鄰的接地金屬部位聚集，在設備表面金屬上形成對地電流。放電是間斷性發生的，所以對地電流大小呈現不斷變化的趨勢。產生的電磁波會沿著金屬內表面傳播，遇到開口、接縫、絕緣襯墊、蓋板處，傳到箱體外表面，同時產生電壓脈沖，通過設備箱體外表面傳到大地。這些電壓脈沖被命名為TEV（暫態對地電壓），使用特制的電容耦合式傳感器可以檢測到這個TEV信號[3]。暫態地電壓檢測對尖端、電暈、絕緣內部缺陷檢測靈敏度較高。

2 檢測實例

2.1 發現缺陷

2017年4月，發現長沙岳麓區某環網柜偶爾有跳閘現象，原因不明。運維人員巡視時聽到該環網柜處有異常聲響，于是對其進行局放檢測。檢測時周圍環境溫度22℃，濕度81%，檢測儀器型號為HCPD-9209B?，F場照片如圖1（a）所示，檢測數據如表1所示，波形圖譜如圖2所示。

圖1 環網柜測試及拆解情況照片

表1 異常環網柜檢測數據

圖2 異常環網柜多周波模式超聲波形圖譜

2.2 分析診斷

從數據和波形圖可以看出，在柜體中下部區域超聲波信號明顯，50 Hz相關性小于100 Hz相關性，100 Hz相關性明顯，周期峰值顯著高于背景值；波形圖譜每個周期有兩組脈沖波形，波形形狀各不相同，幅值大小不一，一個半周出現的放電脈沖幅值較大，一個半周出現的放電脈沖幅值較小，具有典型沿面放電特征；暫態對地電壓未檢測到異常信號，初步判斷柜體內存在沿面放電。結合內部結構，懷疑電纜T形接頭與穿墻套管連接處發生局部放電。根據《電力設備帶電檢測技術規范（試行）》，當超聲波局部放電檢測數值大于15 dB時屬于缺陷。超聲峰值最大值為21.8 dB，建議盡快停電檢修。

2.3 拆解驗證

綜合分析結論，當日對該環網柜進行緊急消缺，拆解驗證。打開電纜室蓋板，如圖1（b）所示，發現柜體底部金屬銹蝕嚴重，柜內潮氣較大，有凝露現象；拆下電纜T形頭，如圖1（c）所示，發現柜體中三相電纜T形頭與套管連接處有明顯沿面放電痕跡，絕緣表面白色粉末清晰可見。其中B相套管比較嚴重，絕緣已開裂，表面炭化痕跡明顯。

原因分析：環網柜為密封環境，空氣流通不暢，潮氣很難排出。如果電纜與套管連接處施工質量欠佳，密封不嚴，潮氣就會進入，導致連接處電場分布不均，某處電場強度過大，發生沿面局部放電，引起絕緣劣化。

解決辦法：更換新的穿墻套管和電纜T形頭后，進行局放復測，未發現放電現象。

3 結語

局部放電檢測對于發現早期環網柜絕緣故障有著相當重要的作用。檢測過程不停電、耗時短、效率高、安全可靠，時域多周波波形檢測功能的應用，方便了局放類型識別，有利于排除現場干擾。對于地處潮濕區域的環網柜，建議采取有效手段驅除環網柜內潮氣，減少絕緣件表面水汽凝結可能導致的爬電和閃絡。建議加強對一線運維人員的局放培訓，建立合理的局部放電檢測計劃，從日常運維、合理檢修等方面著手，減少環網柜絕緣故障發生，保障配網運行安全。

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

[2]王少華，葉自強，梅冰笑.輸變電設備在線監測及帶電檢測技術在電網中的應用現狀[J].高壓電器，2011，47（4）：84-90.

[3]丁薇，彭晶，寧威.35 kV開關柜局放帶電檢測[J].云南電力技術，2015（3）：117-119.