10kV开关柜局部放电带电检测技术的应用分析

10kV开关柜局部放电带电检测技术的应用分析

常光灿

安徽广远电器有限公司247100

摘要：增强对开关柜局部带电放电检测技术的研究、运用在促进电力系统运行平稳性、效率性方面发挥的作用不应忽视。超声波检测技术能够对放电具体问题进行精确检测；暂态地电压检测技术可以实现对开关柜局部放电幅值及频率的精确测定，以及还有联合检测和特高频检测技术的应用，在实际的开关柜局部带电放电检测中，充分结合具体情况运用有效的检测技术，为电力系统稳定、高效的确保提供关键基础。

关键词：10kv；开关柜局部放电；检测

前言：绝缘故障已成为危及开关柜安全稳定运行的首要隐患，传统检修模式已无法快速及时有效的诊断处理，使类似隐患发展为严重故障。基于超声波、暂态地电压、特高频等的带电检测技术可以对开关柜状态量进行实时监测，操作简单，安全有效，可大大提升设备的安全运行，保证用电安全，具有较大的推广意义。

1开关柜结构概述

高压开关柜内部结构紧凑、布局复杂，是成套式的金属封闭开关设备，其将母线、断路器、互感器、避雷器、隔离开关(接地开关)、二次控制及保护设备等装配在全封闭或半封闭的金属柜体内，以空气或SF6气体为绝缘介质[1]。目前，电网中常见的10kV开关柜为KYN28-12型。

2开关柜带电放电检测技术

2.1暂态地电压法

暂态地电压法是开关柜带电检测技术中最为常见的检测办法，主要指的是在高压电气设备进行局部放电时，所产生的带电粒子能够迅速的向非带电柜体迁移，并且生成高频的电流，同时因为集肤效应的影响，电流行波常常集中于金属柜的表层，而不会直接造成伤害。但是当电流行波处于绝缘连接处或遇到金属断开的现象时，电流行波就会被排挤至柜体表层，再向自由空间中以电磁波的形态进行扩散，并且在金属柜体外表层生成TEV，一旦使用电容耦合式传感器进行排查，则会检查出放电的频率与幅值，从而促使暂态地电压法的检测灵敏度偏高，同时地电压在空气中的衰减增大。

2.2超声波法

在电气设备发生局部放电现象时，超声波的产生是极为普遍的。超声波凭借较高的传播速度，可以迅速通过周边介质而向周围传播。伴随着超声波传播时能量的逐渐放出，其携带的信号能够经由多种介质，以球面波形式迅速向周边扩散。凭借超声波传感器设备分析用电材料所具备的甩电效应功能，能够快速且准确地实现对开关柜局部放电位置的确定。该检测方法运用的原理关键是超声波传感器能够准确测量超声波信号、信号间的时差，从而凭借该时差分析传感器与开关柜放电部位的间距。

在超声波法检测中，将超声波传感器配置在设备腔体外侧来对局部放电信号进行监测，其应用优势为：传感器不关关联于设备的电气回路，电气设备不会带来干扰因素，然而实际应用中也会受到检测环境中噪声、设备震动方面的影响。虽然因为超声信号的衰减在设备绝缘材料中有着较为明显的变化，这一检测技术的应用范围有限，但是其准确性高的优势极为凸显。

2.3现场联合检测技术

该技术作为一项运用较为广泛的开关柜放电带电检测技术，其与暂态地电压检测技术、超声波检测技术相比，检测的全面性和详尽性更高。现场联合检测技术是一项综合性较强的检测技术，其通过有效结合超声波、暂态地电压检测两项技术的优点，实现了对多项检测技术的整合运用。

举例来讲，在凭借该技术检测电压在十到三十五千伏的带电开关柜时，首先，凭借暂态地电压检测技术检测带电开关柜，在对现场干扰进行合理排除之后，开展测量工作。为使测量数值的精准度得到确保，测量人员会在开关柜局部较易发生放电的部位放置一些放电测试仪。在测量数值出来后，参数值通常是开关柜前后金属门及内部所测试的信号平均值。在凭借暂态地电压技术发现开关柜的异常情况后，其次，凭借超声波检测技术对异常情况进行深入确定，从而对开关柜局部发生放电问题的具体位置进行确定。在开展超声波检测工作时，应在开关柜的缝隙处放置超声波传感器设备，如此一来，信号的传播和接收将更为便捷。检测操作完成后，检测人员应详细分析检测数据，分析并计算开关柜局部发生放电问题的准确位置及原因。

2.4特高频法

电力设备绝缘体中绝缘强度和击穿场强都很高，当局部放电在很小的范围内发生时，击穿过程很快，将产生很陡的脉冲电流，其上升时间小于1ns，并激发频率高达数GHz的电磁波。局部放电检测特高频（UHF）法基本原理是通过UHF传感器对电力设备中局部放电时产生的特高频电磁波信号进行检测，从而获得局部放电的相关信息，实现局部放电监测。由于现场的电晕干扰主要集中在300MHz频段以下，因此UHF法能有效地避开现场的电晕等干扰，具有较高的灵敏度和抗干扰能力，可实现局部放电带电检测、定位以及缺陷类型识别等优点。

2.5泵吸式臭氧浓度检测技术

臭氧的氧化还原电位低于氟高于氯，具有极强的氧化能力。穿墙套管内等电位线及母线排支撑处均为铝制产品，经过长期的空气氧化以及窄放电间隙，使电子取得的平均能力大于10eV，较易与氧气分子发生非弹性碰撞，继而发生强电离放电而产生大量臭氧[2]。同时，开关柜正常运行处于密封状态，若内部发生长时间局部放电，产生的臭氧将大量积累在开关柜内，对开关柜内设备的绝缘带来一定的影响。因此通过泵吸式臭氧浓度检测方法对开关柜内局部放电进行检测。该检测方法基于郎伯-比尔定律，根据臭氧对253.7nm波长具有较好的吸收特性而设计，通过对开关柜内臭氧浓度的检测判断其内部放电的严重程度。

泵吸式臭氧浓度检测技术作为一种非电量检测手段，可以避免外部噪声与电磁环境的干扰，间接地反映开关柜内部的局部放电，通过现场试验证明了该检测方法的有效性。

3案例分析

某日，电气试验班在某110kV变电站开展带电检测时，发现10kV2号主变902开关柜后上部母线桥处特高频、TEV、超声信号异常，表现为一个工频周期出现两簇脉冲信号。

3.1暂态地电压局放分析

暂态地电压检测中，信号最大处位于柜体后面板上部。与环境背景值比较，检测数据相对值为23dB；横向比较，检测数据较相邻柜相对值最大为21dB；纵向比较，本次检测数据较上次检测数据相对值为20dB。检测相对值均超过《国家电网公司变电检测管理规定》中所规定“a、若开关柜检测结果与环境背景值相差值大于20dB，需查明原因；b、若开关柜检测结果与历史数据的差值大于20dB，需查明原因；c、若本开关柜检测结果与相邻开关柜检测结果的差值大于20dB，需查明原因”的规定，故初步判断该开关柜内存在异常局放信号。

3.2超声波局放分析

超声波局放检测信号最大处位于柜体后面板上部边缝处(由于超声波局放信号传输路径局限性较大，故信号源于该位置不一定特别靠近)，根据图2可见，信号幅值达到15dB，频率成分1(50Hz相关性)大于频率成分2(100Hz相关性)，相位图谱，在一个周期内有一簇信号，打点位置大小都有，波形图谱，每周期一簇，每簇中小脉冲都有，相位宽度较宽，综上判断，初步判定该局放号为电晕放电信号。

图2

3.3特高频检测分析

测试位置为902开关柜后上柜散热孔时，特高频信号最强，如图1所示。开关室内背景噪声无异常脉冲，无放电信号，如图3a)所示。图3b)是902开关柜后上柜位置处的特高频图谱，从图中可以看出一个周期出现两个异常脉冲信号，表现出100Hz周期相关性，正半周期和负半周期信号基本对称，且幅值大小基本一致，疑似为沿面放电或悬浮放电。图3c)为临近开关柜的特高频图谱，脉冲信号与异常点脉冲规律相同，只是幅值较小，疑似从异常放电传播而来的信号，经开关柜之间的镀锌板阻挡，特高频信号强度明显减弱。

图3特高频检测图谱

3.4停电处理

902属于总路开关柜，其出现故障后可能会引起一段母线及所属开关设备的供电可靠性。因此，在检测到异常信号后，立即转移负荷，并对该开关柜进行停电处理，揭开2号主变902开关柜后柜门，在后上柜母线穿板绝缘护套内壁发现放电痕迹。

综合UHF、TEV与AE的信号特征，初步判断该放电类型为悬浮放电，产生放电的原因主要有由于导电铝排离绝缘护套内壁较近，且铝排边缘呈棱边，因此在此处的场强发生畸变；同时在绝缘护套表面脏污，堆积了大量灰尘，灰尘颗粒具有一定的导电性，在严重畸变的高场强下具备悬浮电位而发生悬浮放电。清除灰尘后开关柜重新投运，开关柜恢复正常，局部放电信号消失。

4开关柜局部放电带电的应对措施

表面放电是开关柜最常见的放电类型，根本原因是配电室温湿度控制措施不够完善，部分设备维护不到位，致使开关柜内湿度长期较大，甚至凝露。

（1）应重视和完善配电室除湿功能，加强相关设备的维护管理。配电室宜加装除湿机，全面检查开关柜内除湿装置运行情况，对运行异常的立即进行维护[3]。(2)开关柜设计应考虑通风散热功能，避免柜内潮气聚集。在开关柜内各隔室开百叶窗通风孔，增加柜内对流。(3)定期检查开关柜内电缆孔洞密封情况，避免电缆沟内潮气进入开关柜内。(4)做好开关柜内除湿防凝露措施。开关柜内加热除湿的同时，强迫通风，促使热气散发加快，蒸发空气中潮湿水分，使潮气变成干燥空气，达到较好的除湿效果，必要时增加除湿装置数量，采用加热器贴柜壁安装方式。

结语：综上所述，结合10kV开关柜局部放电检测案例，介绍了暂态地电压法、超声波法、特高频法等在开关柜局部检测中的应用。带电检测技术可在设备带电备运行情况检测开关柜内部潜伏性的绝缘缺陷，设备运管单位应严格按照相关规程开展开关柜带电检测；对存在疑似存在局部放电的开关柜，应利用多种检测方法对局放源进行跟踪，并开展综合检测与评估，为开关柜的状态检修提供基础数据。

参考文献：

[1]张国亮,刘霞,郭晓玲,尹华君,牛康.高压开关柜局放检测异常案例分析[J].科技风,2018(30):163.

[2]罗杨,刘彦琴,郭超,宋颖,彭晓娟,段娇,周波.高压开关柜局部放电检测及应用[J].电工电气,2018(09):56-59.

[3]张杨.带电检测技术在开关柜绝缘故障检测中的应用[J].内蒙古煤炭经济,2018(14):99-100.

[4]叶俊鸿.10kV开关柜局部放电带电检测应用与缺陷整改研究[J].电子技术与软件工程,2015(19):246.

[5]王强,张慧,曾永浩,邱太洪,李国伟,王俊波.局放检测及定位技术在10kV开关柜带电检测中的运用[J].电子质量,2014(10):55-60.

[6]李雪莲.10kV开关柜绝缘性能检测技术与故障诊断研究[J].机电信息,2013(09):111+113.

[7]曾雄杰,江健武,侯俊.TEV和UHF在10kV开关柜带电检测中的应用[J].高压电器,2012,48(01):41-47.

[8]曾雄杰,江健武,钟建灵.深圳110kV田面站10kV2号站用变柜MOA缺陷分析[J].高压电器,2011,47(08):102-107.