一起10kV開關柜內部放電的診斷與分析

艾 軍，余 煒，吳靈芝

（國網江西省電力有限公司鷹潭供電分公司，江西 鷹潭 335000）

0 引言

國家電網公司在2007年提出，在公司內部全面推進電網設備狀態檢修管理，把設備運行狀態管理作為狀態檢修體系的重點工作[1]。帶電檢測作為狀態檢修的主要技術手段，被廣泛的應用于開關柜局部放電隱患排查工作。隨著我國經濟的不斷增長，社會的用電量也隨之不斷增加，在變電站的配電和電能轉換功能中，開關柜起到開合、控制和保護用電設備的作用，開關柜的安全穩定運行對電力系統的供電可靠性起著重要的作用。與變電站的室外間隔相比，開關柜具有結構緊湊、占地面積小的優點，但同時也暴露出內部結構復雜、散熱性能差等問題，且長期工作環境處于高溫、高壓、潮濕狀態，造成開關柜內絕緣受潮、沿面放電和電暈放電等局部放電現象。經統計，因柜內設備絕緣損壞造成的故障率達開關柜總故障的40%[2]。

開關柜的絕緣設備從異常到最終發展成故障，需要經歷一個放電過程。因此通過加強帶電檢測工作，有利于及時發現柜內的潛伏性放電隱患。

1 開關柜局部放電檢測技術

目前，開關柜局部放電檢測技術已日漸成熟，其檢測手段主要包括特高頻法、超聲波法、暫態地電壓法。因為開關室內環境復雜、干擾較多，需要結合多種檢測方法，綜合判斷柜內放電類型和部位。局部放電檢測為帶電短時間內檢測，有別于長期連續的在線監測，是發現設備潛伏性運行隱患的有效手段，是電力設備安全、穩定運行的重要保障[3]。

1.1 超聲波檢測技術

超聲波是指振動頻率大于20 kHz的聲波，頻率高、波長短，在一定距離內沿直線傳播，具有良好的束射性和方向性。超聲波檢測法分為接觸式和非接觸式，開關柜帶電局放檢測主要采用非接觸式檢測法，即在開關柜金屬外殼的縫隙處對空氣中的聲波進行檢測，傳感器頻響寬度一般為35～45kHz。因為該檢測方法與電氣設備的電氣回路沒有直接聯系，不會受到電氣方面的干擾，但容易受高壓室內環境噪聲或設備機械振動的影響[4]。超聲波檢測模式分為連續檢測模式、相位檢測模式、脈沖檢測模式、時域波形檢測模式、特征指數檢測模式。

1.2 暫態地電壓檢測技術

開關柜發生局部放電產生電磁波，電磁波在金屬壁形成趨膚效應，并向開關柜表面各個方向傳播，同時在金屬表面產生暫態地電壓，金屬柜體表面產生的暫態地電壓與局部放電量、放電位置、傳播途徑有關。利用專用的傳感器對暫態地電壓信號進行檢測，從而判斷開關柜內部的局部放電故障，同時還可以根據暫態地電壓信號到達不同傳感器的時間差或幅值對比進行局部放電源定位[5]。暫態地電壓檢測技術對尖端放電模型、電暈放電模型、絕緣子內部缺陷模型敏感，對沿面放電模型、絕緣子表面放電模型不敏感。

1.3 特高頻局部放電檢測技術

特高頻檢測法通過特高頻傳感器測量放電脈沖所激發的特高頻電磁波，這種電磁波的頻率高達數GHZ，特高頻法檢測頻段一般在300 MHz-3 GHz之間[6]。開關柜一般使用外置式特高頻傳感器在縫隙或者觀察窗的位置進行檢測。特高頻檢測法具有檢測靈敏度高、現場抗低頻電暈干擾能力強、可實現局部放電源定位、便于識別絕緣缺陷類型等優點，但同時也容易受環境中特高頻電磁干擾的影響，因為在特高頻檢測頻率范圍內可能存在手機信號、雷達信號、電機碳刷火花等電磁干擾信號，這些干擾信號可能會影響特高頻檢測的準確性，并且尚未實現缺陷劣化程度的量化描述。

2 10kV開關柜放電檢測

2.1 超聲波檢測情況

2017年11月9日 ，采用PDS-T90型局放測試儀對某110 kV變電站10 kV開關柜進行超聲波局放檢測，背景噪聲超聲波周期最大值為-10 dB，50 Hz相關性和100 Hz相關性為0。檢測到10 kV 924開關柜后下電纜室能聽到明顯的放電聲，超聲波信號異常。離924開關柜電纜室越遠信號幅值越小，呈明顯衰減趨勢。924開關柜超聲波檢測連續圖譜如圖1所示，周期最大值22 dB，50 Hz相關性較強，100 Hz相關性較弱。幅值最大點的位置示意圖如圖2所示。

圖1 超聲波檢測連續圖譜

圖2 超聲波檢測幅值最大處

然后采用波形和相位模式進行檢測，其相應圖譜如圖3、圖4所示。

圖3 超聲波檢測波形圖譜

圖4 超聲波檢測相位圖譜

2.2 暫態地電壓檢測情況

通過對10 kV 924開關柜及其相鄰開關柜進行暫態地電壓檢測，背景幅值為9 dB，暫態地電壓測試數據如表1所示，檢測結果表明，10 kV 924開關柜及其相鄰開關柜測試數據變化不大，與背景值差值在0-5 dB之間，未發現任何地電壓異常信號。

表1 暫態地電壓檢測數據

2.3 綜合分析

本次采用了超聲波、暫態地電壓、特高頻三種檢測方法對開關柜進行局部放電檢測，因特高頻檢測法沒有檢測到明顯的特征圖譜，故本文中沒有列出特高頻局放測試圖譜。根據超聲波和暫態地電壓檢測結果，初步判斷924開關柜后下電纜室存在沿面放電。

3 開關柜停電檢查及分析處理

3.1 停電檢查情況

對10 kV 924開關柜進行停電檢查，打開后柜門發現B相電纜外絕緣因放電有明顯殘缺凹陷，并有碳化痕跡，如圖5、圖6所示。從現場的情況初步判斷，出線電纜ABC三相距離太近，電纜表面積塵較厚，且最近天氣以陰、雨天為主，開關柜密封不嚴導致室內濕氣進入柜內，并在電纜表面凝結成水珠。在高電壓的持續作用下，最終造成電纜表面沿面放電。

圖5 開關柜電纜室圖片

圖6 有明顯放電痕跡的電纜

3.2 原因分析

凝露會對設備絕緣性能造成很大的損害，而開關柜內的溫度和濕度對凝露的形成起著決定性作用，正常情況下開關柜內濕度應該控制在30%～60%之間。10～11月，本地區以陰、雨天氣為主，高壓室內的濕度超過了80%，老式的開關柜密封效果差，水汽進入開關柜中，在電纜表面凝結成結晶水，引起沿面放電，另外水汽在柜內強電磁場以及電纜尖端放電過程中被電解成氫離子跟氧離子，氧離子在化學反應的作用下與氧氣生成臭氧，致使開關柜內的絕緣設備處于臭氧環境中，致使設備絕緣性能進一步下降。

3.3 缺陷處理

搶修人員將B相電纜頭拆掉，重新制作了一個新的電纜頭（圖7所示），同時采用熱縮絕緣護套對ABC三相電纜進行加固處理，恢復正常送電30 min后再對該開關柜進行局放檢測，測試結果顯示正常，放電現象消失。

圖7 更換后的電纜室照片

4 開關柜放電預防措施

4.1 隔離防潮

采取有效措施，防止并及時排出電纜溝內積水，在電纜進入開關柜的孔洞處使用阻燃材料進行嚴密的封堵，以防溝內水汽進入開關柜內。在高壓室內安裝除濕裝置，如除濕機、空調、排風機等其他有效手段，使高壓室內的濕度控制合理的范圍內，同時還可以在開關柜內放置硅膠干燥劑，并及時予以更換。

4.2 采用新工藝和新材料

根據變電站所處的地質和氣候條件，在設計階段，可以適當提升高壓室的地基標高，地面基礎越高，對阻止地下水和水蒸氣進入電纜溝的效果就越明顯，從而達到控制開關柜內濕度的目的。提高開關柜外殼的隔熱性能，柜內凝露往往是因為柜內外溫差所致，可以通過改善柜體外殼的隔熱性能來減小內外溫差，從而有效地降低凝露形成的概率。同時還可以在電纜孔洞處使用絕熱材料。

4.3 加強運維管理

運維人員應定期對開關柜進行局放檢測，并結合天氣情況，在多雨、空氣濕度大的季節增加檢測頻率，以期盡早發現開關柜內的潛伏性放電隱患，同時對發現有放電隱患的開關柜制定針對性處理措施。開展逢停必掃工作，利用設備停電檢修的機會，及時清除柜內設備表面附著的積塵，同時在絕緣擋板上補涂防污閃涂料或將其進行更換，及時恢復設備的外絕緣，防止設備間發生放電故障。

5 結束語

我省每年在夏季時候出現用電高峰，且處于多雨季節，空氣濕度大，開關柜容易受環境影響受潮，導致開關柜發生絕緣故障頻率增大。因此，應從設計、安裝以及運維等環節入手，采取有效措施解決開關柜防潮問題，同時還應加強局部放電帶電檢測工作，及早發現柜內早期放電缺陷，從源頭上消除隱患，為電網的安全穩定運行保駕護航。

參考文獻：

[1]國家電網公司運維檢修部.電網設備帶電檢測技術[M].北京：中國電力出版社，2014.

[2]黃詩敏.10 kV開關柜局部放電帶電檢測技術應用與仿真分析研究[D].北京：北京交通大學，2015.

[3]李軍浩，韓旭濤，劉澤輝，等.電氣設備局部放電檢測技術述評[J].高電壓技術，2015，41（8）∶2583-2601.

[4]Q-GDW 11059.1-2013氣體絕緣金屬封閉開關設備局部放電帶電測試技術現場應用導則第1部分超聲波法[S].

[5]馮波，肖代波，李毅，等.暫態地電壓和超聲法用于開關柜不同濕度PD檢測研究[J].高壓電氣，2015，51（4）∶67-71.

[6]Q-GDW 11059.1-2013氣體絕緣金屬封閉開關設備局部放電帶電測試技術現場應用導則第2部分特高頻法[S].