一例40.5 kV開關柜異響的超聲局放檢測及故障定位

秦忠，彭晶，王科，劉紅文，鄧云坤，李昊，徐肖偉，董家斌

（1. 云南電力技術有限責任公司，昆明 650217；2. 云南電網有限責任公司電力科學研究院，昆明 650217）

0 前言

40.5 kV開關柜廣泛用于電網變電及配電系統，絕緣隱患是開關柜安全穩定運行主要威脅之一，電氣設備內部發生局部放電的過程會伴隨形成超聲波，準確檢測開關柜內局部放電情況是及時發現絕緣隱患和預防開關柜安全事故的有效方法。一般情況下，開關柜局放超聲波傳播過程會遇到不同的介質，并經過一系列折反射，加上正常運行環境的影響，使得開關柜超聲局放最終檢測到的結果往往不夠明確和可靠，而其中運行中開關柜的隱患定位更是難以精確。這些實際情況都給開關柜的運維工作帶來困擾[1-2]。

因此，開關柜超聲局放檢測及隱患定位是極為考驗技術人員檢測分析經驗的工作。本文將以一運行中局放異響的40.5 kV開關柜為例，詳細介紹其超聲局放的檢測分析及定位過程，為開關柜的局放檢測及隱患定位工作提供參考[3-4]。

1 故障發現

2018年7月21日，運維人員在日常巡視時發現某220 kV變電站35 kV站用變進線斷路器柜運行聲響異常，開關柜基本參數如表1。

表1 某220 kV變電站35 kV站用變進線斷路器柜基本參數

發現異常時開關柜處于帶電但未帶負荷狀態，該季節當地評價相對濕度在70%左右。

在全面了解和掌握事件相關實際情況的基礎上，對可能導致異響事件的原因進行預先分析：

1）斷路器未帶負荷，因此異響原因不太可能是負荷增加引起的異常震動；

2）近期未進行過斷路器操作，也未進行過其他有可能使封堵松動的工作，斷路器柜內加熱除濕裝置運行正常，且事件發生的較為突然，但當地空氣濕度較大，因此不能完全排除受潮引起局部放電的可能；

3）通過同批次相同規格型號的其他柜運行情況，結合設計圖紙，判斷不太可能是各部件相對空間不足等設計原因導致此次事件；

4）綜上，異響的原因極可能是由于絕緣劣化或者安裝工藝存在質量問題引起的局部放電。常見的絕緣劣化如受潮，常見的安裝工藝問題如穿柜套管的屏蔽層連接不可靠。

在對相關信息綜合分析之后，進行開關柜的現場檢查及檢測。通過檢查及檢測查明開關柜是否發生了局部放電并分析可能的誘因，以及確定放電的位置范圍并給出處理建議[1-3]。

2 現場檢查

技術人員現場檢查掌握到以下情況：

1）對象斷路器柜前柜操作把手左右兩條縫隙人耳均可聽到明顯的異常聲響，聲響較均勻，且偶爾間雜有不明顯的“啪啪”放電聲；

2）前柜左下縫隙上、中鉸鏈附近可聽見的聲響更為明顯；

3）從開關柜觀察窗也可以聽見明顯的異常聲響，并可聞到明顯的臭氧氣味，柜內設備（可觀察部分）較新且未見可見污穢及放電痕跡；

4）對象開關柜近期未進行過操作，也無其他可能引起封堵松動的工作；

5）本柜其他縫隙及其他開關柜未見明顯異常聲響。

現場檢查可初步判斷：

1）開關柜內存在異常的放電情況；

2）放電聲均勻，放電類型可能以電暈放電為主；

3）正對左下門鉸鏈的柜內放電易發部位為穿柜套管，因此放電位置可能在柜內左側的兩處穿柜套管[1]。

結合開關柜設計圖，推測異響及可能的放電部位如圖1（a）（b）所示。

圖1 （a）異響較明顯位置

圖1 （b）開關柜結構及易生故障位置

3 現場檢測

在充分掌握并認真分析了可能導致事件的相關信息后，對問題開關柜展開超聲波及特高頻檢測以分析放電類型及放電位置。使用設備如圖2（a）（b）所示。

圖2 （a）PDS-T35多功能局放檢測儀

圖2 （b）PDS-G1500變電站局部放電檢測與定位系統

3.1 定性檢測

使用PDS-T35多功能局放檢測儀，根據開關柜的異響情況，在開關柜縫隙及觀察窗位置進行超聲波及特高頻局部放電檢測。

3.1.1 超聲波檢測

測試結果如圖3（a）（b）（c）所示。

超聲局放檢測結果顯示：超聲波最大值13.6 mV，頻率成分2大于頻率成分1，相位圖譜每周期兩簇信號，波形圖譜每周期兩組信號。兩簇局放信號分處二、四象限，具有明顯的表面放電特征；信號脈沖較為雜亂，每簇中大小脈沖都有，相位寬度較寬，放電電極可能為不對稱電極且存在多點放電可能[5-6]。

此外，檢測過程中，在用傳感器對著左側時候，各項檢測數據明顯大于傳感器對著右側方向。綜合現場檢查情況判斷局放信號源位于開關柜左側[7]。

圖3 （a）超聲波檢測AE幅值

圖3 （b）超聲波檢測AE相位圖譜

圖3 （c）超聲波檢測AE波形圖譜

3.1.2 特高頻檢測

采用特高頻方法對35 kV#2站用變382斷路器柜進行局放測試，在開關柜柜前測試數據如圖4所示。

特高頻檢測結果顯示：在工頻相關性周期內，主要存在一簇脈沖信號，相位較寬，脈沖較多且密集，大小信號皆有，其他脈沖信號較為雜亂。綜合現場檢查情況判斷柜內有電暈放電[1]。

圖4 特高頻PRPS&PRPD

檢測過程中，在用傳感器對著左側時候，各項檢測數據明顯大于傳感器對著右側方向。綜合現場檢查情況判斷局放信號源靠近開關柜左側。

綜合超聲波及特高頻局放檢測結果，開關柜內部存在異常放電。放電應是由不規則電極引起的表面多點放電，以及此不規則電極改變電場分布后引起的電暈放電。放電源應位于開關柜左側位置[8-9]。

3.2 特高頻定位檢測

在確定了開關柜內局部放電源大概位置的基礎上，使用PDS-G1500變電站局部放電檢測與定位系統進一步確定放電源的具體位置。

3.2.1 垂直定位

如圖5所示，紅色、綠色傳感器分別放置于斷路器柜柜前上下觀察窗位置，黃色傳感器置于空氣中。

由示波器波形圖譜可看出，紅色、綠色波形起始沿重合，說明信號源在高度上大致位于紅色綠色傳感器位置的中線上。如圖5（a）中紅線標示。

圖5 （a）垂直定位傳感器位置

圖5 （b）垂直定位示波器圖譜

3.2.2 水平定位

圖6所示，紅色、綠色傳感器分別放置于35 kV#2站用變382斷路器柜柜前左側縫隙和觀察窗位置，黃色傳感器置于空氣中。

由示波器波形圖譜可知，綠色波形起始沿超前紅色波形起始沿520 ps，說明信號源水平方向上大致位于紅色綠色傳感器之間且略靠近于綠色傳感器。如圖中紅線標示。

圖6 （a）水平定位傳感器位置

圖6 （b）水平定位示波器圖譜

綜合判斷：柜內局部放電電源定位在柜前左側下部位置，如圖7所示。

圖7 局放源位置示意圖

4 開柜檢查

現場檢測工作完成后，對該開關柜進行停電檢查，發現A、B相之間的絕緣擋板上有明顯的放電痕跡，實際放電痕跡如圖8所示。

圖8 開關柜內放電痕跡

由圖可以明顯看出本起缺陷異響的直接原因：運行中絕緣護套按扣受力撐開，護套傾斜的右上角距絕緣擋板過近而導致沿絕緣護套的表面放電（有5個主要放電點，頂角的放電點燒灼顏色最深）。另外，相間距較小，母排距離絕緣擋板較近也是缺陷致因之一[1-3]。

實際經驗表明，這類安裝于開關柜內絕緣護套結構形狀設計與導體結構大小不匹配，運行中按扣長期受力撐開是常見問題，應當引起重視，在護套設計時不宜過緊，應留足余量[10]。

5 結束語

本文通過一起40.5 kV開關柜異響故障的超聲局放檢測及故障定位過程，詳細介紹了開關柜超聲波及特高頻局放帶電檢測方法的實際運用，介紹了此類故障的處理思路和分析方法，特別是著重介紹了特高頻檢測在開關柜局放故障定位工作中運用。本例造成開關柜異響放電的根本原因是導體絕緣護套結構形狀設計過緊，運行中按扣長期受力撐開，開關柜內導體使用類似本例的絕緣護套時，護套設計時不宜過緊，應留足余量。