特高頻和超聲波在開關柜局部放電帶電檢測中的應用

趙小宇 滿少杰 佟雷 王兆熹 王祎明 趙晴

摘要：目前，在開關柜實時檢測領域，應用較多的方法有：暫態地電壓法（TEV）、超聲波檢測法等。隨著經驗的積累和時間的推移，測試人員發現，有時這兩種方法并不能有效地發現放電現象。經過技術的不斷發展，試驗人員發現，特高頻方法對于高壓開關柜局部放電現象的發現和判斷也是非常有效的。

關鍵詞：局部放電;高壓開關柜;帶電檢測;應用

1特高頻局部放電檢測的原理

電力設備局部放電是指電力設備絕緣系統中部分被擊穿的電氣放電，這種放電可以發生在導體（電極）附近，也可發生在其他位置。特高頻局部放電檢測技術是基于探測局部放電所發出的電磁波信號，局部放電過程中將產生很陡的脈沖電流，其快速上升時間小于1 ns，并向四周輻射出頻率高達數GHz電磁波。特高頻檢測是通過UHF傳感器檢測特高頻電磁波（頻率范圍300～3 000 MHz）信號，從而獲得局部放電信息，通過分析相關信息，給出判斷結論。根據現場設備情況不同，可以采用內置式特高頻傳感器或外置式傳感器。

2傳統高壓開關柜超聲波帶電檢測技術的基本原理

在局部放電發生時，放電點的基礎狀態被打破，其所處的空間環境失去平衡，發生機械振蕩，傳遞出聲音或振動信號。固體和液體振動幅度較小，而氣體的振動幅度較大。放電會產生聲波，一般來說，其頻率范圍最小只有幾赫茲，而最大可達到幾兆赫茲，而人類的聽覺器官在不借助外部輔助的情況下，是不可能聽到高于20kHz的聲波，所以在進行檢測工作時，工作人員需要借助超聲波傳感器。傳感器根據使用情況分為幾種類型，敞開式的靈敏度較高，但有效頻率基本固定在40kHz。壓電式的靈敏度較差，但頻率覆蓋范圍較寬，一般為20～200kHz。

3高壓開關柜局部放電帶電檢測應用

開關柜局部放電檢測時，應首先測量背景噪聲。有條件時需分別測量空氣背景和金屬背景。然后盡可能關閉周圍空間中的干擾源，如空調、手機、日光燈、SF6在線報警裝置、除濕裝置等。由于室外的一些干擾源發出的電磁波也可能造成影響，包括雷達、廣播、電臺、無線電信號等，因此測量背景噪聲時，應該需要多次記錄，并取其平均值讀數。使用暫態地電壓法測量時，應在開關柜柜體表面選擇多個檢測點，根據柜內設備的安裝位置，通常會在前柜門中部和下部各選擇一個檢測點，（因為前上部無高壓設備，一般為二次端子），在后柜門通常會在上部、中部和下部各取一個檢測點;高壓室內存在較多開關柜時，一般會成行布置，對處于行兩端的開關柜還應在兩側柜門的上部、中部和下部各取一個檢測點，信號也盡可能選擇在柜內設備的中心位置。檢測時，傳感器探頭和其要測量的金屬柜體表面之間，一定要緊緊貼住，出現任何一些細小的空隙，也會對測量結果造成影響。使用超聲波法進行檢測時，一定要使用敞開式傳感器，盡量在留有空隙的部位進行檢測，可以選取柜體間空隙、散熱孔、觀察窗等部位，并盡量不要碰觸金屬柜體。檢測過程中傳感器應緩慢移動掃描，不遺漏任何可能泄露聲波信號的縫隙。使用特高頻法測量時，由于特高頻信號不能穿越金屬柜體，傳感器應緊密貼在觀察窗、散熱孔等位置，不能貼在開關柜金屬表面。

4應用實例

某220 kV變電站在開展特高頻局部放電帶電檢測時發現1號主變301開關柜內存在放電信號，初步判斷301開關柜柜內存在局部放電缺陷，需開展停電查找故障原因。

4.1超聲波和暫態地電壓聯合檢測

在對301開關柜進行超聲波和暫態地電壓檢測時，其測量結果均滿足《國網運檢部關于印發變電設備帶電檢測工作指導意見》的通知規定：超聲波檢測無典型放電波形或音響，且數值≤8 dB;暫態地電壓測試相對值≤20 dB。

4.2特高頻局部放電檢測

在對301開關柜進行特高頻局部放電檢測時，高壓室內背景顯示正常，但在301開關柜后下柜門的玻璃視窗處檢測到典型的放電圖譜，檢測到的最大放電強度達57 dB，參考Q/GDW11059.2—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》，初步診斷分析為懸浮電位放電，經驗判斷為嚴重缺陷。觀察開關柜內部結構，后下柜門玻璃視窗對應柜內設備有：電流互感器、帶電顯示傳感器及母線引下排等，故懷疑放電源可能為柜內電流互感器或帶電顯示傳感器。

4.3停電試驗檢查

（1）外觀檢查。對301開關柜內的互感器、帶電顯示裝置、銅排等進行詳細檢查，未發現帶電顯示裝置和銅牌有異常及放電痕跡，但穿心互感器的等電位連接線與內壁粘接處均有不同程度的不平整、不光滑，有明顯毛刺。將三相互感器拆下后，發現互感器內的等電位連接線直接用膠粘貼在TA內壁上，粘接處有部分翹起，運行過程中有可能產生懸浮電位。輕扯等電位連接線便可將粘接處扯開，并且發現其粘接面有大量的綠色粉末。

（2）試驗診斷分析。在對301電流互感器進行外觀檢查之后，繼續對電流互感器開展了絕緣電阻和脈沖電流法局部放電試驗。301電流互感器整體絕緣電阻良好，通過脈沖法開展局部放電試驗，依據DL/T 417—2006《電力設備局部放電現場測量導則》，三相電流互感器有兩相局部放電數據嚴重超標。

4.4原因分析及處理

通過現場停電檢查，301開關柜中的電流互感器等電位連接線與內壁的連接不可靠，在運行時產生懸浮電位放電，是導致特高頻局部放電信號明顯的直接原因。通過停電局部放電試驗檢測，發現了A、C相電流互感器局部放電超標，如果繼續投運必將帶來嚴重隱患。為確保安全運行，更換了互感器及連接支排，處理后對互感器連同支排開展了耐壓試驗，并在升壓至運行電壓后進行了超聲波、暫態地電壓和特高頻局部放電檢測，結果顯示正常。

結束語

目前，由于設備絕緣性故障都從局部放電開始，高壓開關柜的停電試驗周期較長，絕緣缺陷在兩次停電試驗間很難被發現。因此，運用帶電檢測方法發現設備的放電信號，以此替代停電試驗，從而及時有效的發現缺陷，預防事故的發生。

參考文獻：

[1]張剛，開關柜局部放電帶電檢測技術的應用.2018.

[2]江興剛，淺談特高頻法在高壓開關柜局部放電帶電檢測中的應用.2019.