40.5 kV 開關柜局放檢測異常分析及處理研究

李桂芹，張 炯，張發軍

（河南森源電氣股份有限公司，河南 鄭州 450000）

0 引 言

變電站能夠持續正常供電，離不開40.5 kV開關柜設備的支持。影響40.5 kV開關柜安全運行的因素有結構設計因素、元器件尺寸因素、熱縮護套安裝因素、材料質量因素、環境因素及長期電暈放電因素等。這些因素需要運用有效的檢測技術及時檢測，達到保證變電站持續供電的目標。

1 開關柜局部放電檢測原理

開關柜局部放電現象具有放電程度較小的特點，雖然微不足道，但是開關柜在長時間受到局部放電的影響，會產生絕緣性能不斷下降的情況，最終使絕緣性能缺失，導致故障的產生。需要重視局部放電現象，并對局部放電現象進行研究。引發局部放電的原理是絕緣結構中存在電場分布不均的現象，電場分布集中的位置會引發電場過高情況，電場過高會對開關柜的局部進行放電或者擊穿。局部放電的位置一般在固體的絕緣孔隙處、液體的絕緣氣泡處及擁有不同介質特性的絕緣層之間。對局部放電的放射能量進行分析，其放射的能量有三種，即電磁能量、聲能及氣體。放射的電磁能量中，主要放射無線電波能量、光能以及熱能。放射的聲能，主要放射的是聲音和超聲波。放射的氣體能量是臭氧和氮氧化物。可運用無線電頻率和超聲波兩種檢測技術來檢測開關柜的局部放電[1]。

通過對開關柜局部放電過程的研究發現，開關柜產生放電現象是因為運行時，母線的套管內發生電暈放電現象，小車開關的上下觸頭所在的盒內位置發生電暈放電現象，在TA與具有絕緣隔板的位置也有電暈放電現象。開關柜內可以聽到較大的放電聲，技術人員聽到聲音后，需要進行停電舉措，再檢查開關柜是否發生異常；通過檢查發現，在元件處有放電的痕跡以及爬電的問題，且釋放較為濃厚的臭氧氣味。

2 局放原因分析

2.1 結構設計因素

引發放電現象的因素中，開關柜的結構設計是重要因素之一。電暈的產生過程是絕緣材料因距離過于近，即便擁有耐壓水平高的優勢也被電離產生電暈。電暈產生后會進一步產生放電，因此該結構的設計是含有缺陷的。

2.2 觸頭盒和套管以及母排擁有的開關柜設計缺陷

距離問題是引發放電現象的重要因素。通過對觸頭盒、套管及母排的位置進行研究發現，套管與母排之間的距離較小，又因并未設計屏蔽的結構，極易發生電暈放電現象。雖然電暈放電程度較小，但絕緣材料長時期受此影響也會使絕緣性能不斷降低，產生老化的現象，老化現象并不可逆，導致故障的產生。母排安裝設計缺乏規范性，在觸頭盒內的母排與互感器進行一次性連接的規范性缺失。存在曲率半徑較小的問題，使不均電場分布產生，提高了電暈放電發生的可能性。

2.3 元器件尺寸因素

在元器件尺寸設計上存在缺陷。元器件尺寸的大小以及各元器件相間的距離過近，形成了電暈放電現象的條件。如果周圍的環境擁有較高的濕度且污穢，那么會加劇放電現象，使故障更為嚴重。開關柜擁有的元器件包括TA、相間互感器及SMC絕緣板，三者設計的尺寸不合理，三者之間設計的距離不合理。其中，TA尺寸設計較大，5 mmSMC絕緣板設計在相間互感器之間，使三種相間互感器之間擁有的空氣凈距過小。設計加入的SMC絕緣板所在位置與互感器外裙邊相貼，兩者之間產生較小縫隙。TA隔板運用裙邊短接的設計，形成了局部放電的條件。

2.4 熱縮護套安裝因素

熱縮護套的安裝過程并沒有嚴格依照安裝規范進行，使套盒的邊緣以及絕緣體發生懸浮，從而促進了電位放電。環境因素和放電因素促進熱縮套管、熱縮套盒的老化，老化現象不可逆，導致絕緣性能缺失，導致故障的產生。包裝熱縮罩盒時，也未達到包裝標準要求，出現開口現象導致放電形成。

2.5 材料質量因素

母排運用的熱縮護套材料存在質量問題。熱縮護套材料存在厚薄不一的問題，質量差別較大，且部分材料已經產生發硬和發脆的現象。此現象造成絕緣性能不斷下降，直至缺失。

2.6 環境因素

如果變電站所處的環境擁有潮濕度高、空氣粉塵較重的特點，那么會使開關柜產生的電暈放電現象進一步加強。潮濕和空氣粉塵長時間侵蝕開關設備，會加速絕緣材料絕緣性能下降的速度，加大電流的泄漏，導致絕緣件的老化程度加快。在此惡性循環下，導致事故的快速產生。

2.7 長期電暈放電因素

開關柜在長期電暈放電作用下，產生的危害較多、較大。產生的危害包括噪音、電能損耗、干擾無線信號和電子裝置、長期腐蝕周圍設備原件、產生電弧放電及短路。長期電暈放電會產生高頻的電磁波，從而干擾無線信號和電子裝置。長期電暈放電作用下，使周圍的設備原件發生腐蝕，特別是對有機絕緣件表面的腐蝕，使材料的老化速度加快，絕緣性能缺失，產生電弧放電現象，最終引發短路故障。

3 40.5 kV開關柜局放檢測原理分析

3.1 40.5 kV開關柜局放超聲波檢測技術原理分析

開關柜產生局部放電現象擁有較大的放電聲，需要技術人員運用自身的聽覺。但因個人因素，聽覺能力不同，所以檢測會產生錯誤判斷。運用儀器對開關柜產生的聲波進行檢測。儀器的采集率要比人工更敏感，且方向性更強。通過實踐，運用頻率是40 kHz的超聲波麥克風是較為敏感的檢測方法。在聲源和麥克風之間如果產生空氣路徑，那么其檢測的能力會更為優越。

3.2 40.5 kV開關柜局放接地電壓檢測技術原理分析

接地電壓檢測技術針對的是暫態接電壓的檢測，其存在的時間較短，且在幾毫伏至幾伏的范圍內。運用此檢測技術的條件具體如下。如果放電現象發生在高壓開關柜的絕緣層，此位置會發生無線電頻率范圍內的電磁波現象，此電磁波會從金屬外殼處的開孔位置泄露到天關柜的外表。如果電磁波被傳送到開關柜外，會在接地處的金屬外殼發生暫態電壓。運用接地電壓檢測技術時，只需把探頭放在開關柜外即可，運用非侵入的方式進行檢測[3]。

3.3 40.5 kV開關柜局放檢測異常處理

40.5 kV開關柜自動化技術的不斷發展，對40.5 kV開關柜的保護工作是建設的重點內容。對40.5 kV開關柜局放進行檢測工作時，定期檢查是關鍵因素。實際檢測工作中，運用的是傳統的檢查方式，且只對傳統晶體管進行檢查，也只對晶體管采用保護模式。此模式對內部其他相關的設備以及零部件產生重要影響，使其無法正常運轉。需要改變此檢測模式，還要充分發揮微機繼電的保護性能。

根據實際情況制定定期檢查的方案，可以在一定的周期內最少進行一次的整組實驗，每年都需要進行最少一次的定期檢查工作。此外，在三、四年內，還需要對微機繼電保護的實施部位進行仔細地檢查，需要準確檢查出口部分是否具有準確性能，回路是否達到精準的目標。在八年之內，還需要對整個系統進行整體檢查。

檢查時可以運用如下方法。第一，縱向分析法。同一開關柜在不同的時間進行測試，再對測試結果運用分析比較的模式確定設備的狀態。此方法容易受環境影響。第二，橫向分析法。此方法是對所有同類型的開關柜進行檢測，得到的結果進行分析和比較，如果某個開關柜的結果與其他測試結果有較大數值差時，那么此開關柜有缺陷。第三，儀器技術標準分析法。此方法運用儀器進行檢測，分析開關柜是否擁有缺陷。測試人員需要根據儀器的標準對開關柜進行判斷。儀器的技術標準具體如下。如果背景讀數在20 dB以下，那么沒有電暈放電現象。如果背景讀數在20 dB以上，那么有可能發生放電現象。需要消除外部干擾后再進行測試。這主要是因為噪聲會遮蓋開關柜內因放電現象而產生的較大噪音。

4 結 論

40.5 kV開關柜影響著變電站的可持續供電性能，對其運用的檢測技術最為關鍵。通過運用三種處理方式對異常現象進行解決，從而使40.5 kV開關柜能夠安全運行，達到變電站可持續供電的目標。