带电检测技术在开关柜绝缘故障检测中的应用

带电检测技术在开关柜绝缘故障检测中的应用

赵艳华

山东掌电电力科技有限公司 250100

【摘要】高压开关柜内部的绝缘系统故障是影响配电柜安全、有效运行的重要安全隐患之一，高压开关柜在实际应用过程中，随着应用时间的推移，受人员、环境等因素的影响。引起 线路老化、局部放电等绝缘故障问题，如果不能及时的对该隐患故障及时的发现与排除，会带来极大的线路系统故障与人员伤害，安全隐患系数极高。采用带电检测技术对设备的电气运行数据状态进行检测，可以提高带电设备检测故障的准确率，及时了解设备的运行状态，保证设备安全运行。

【关键词】开关柜；绝缘故障；带电检测技术

开关柜在工作运行中是带有高压电荷的，以往对其进行绝缘故障检测时，都是定期对其进行停机故障检测与维修，或者是采用观察法对其进行长期的检测，这种检测方法检测准确率不高，且操作较为繁琐。而带电检测技术在开关柜绝缘故障检测中应用，其可以在不断电的状态下，对设备运行状况进行检测，通过合理的信息分析及判断，保证开关柜在工作期间能合理、安全、稳定运行。与传统检测方法相比较，带电检测技术可以节约企业的资源与成本，高效率、高质量完成检测，在目前我国的电力生产运营环境中将发挥巨大作用。

1、开关柜绝缘故障分析

通常情况下，造成开关柜绝缘故障产生的因素是多样化的，不单单表现为一个因素，依据故障实际总结分析， 开关柜绝缘故障主要存在于内部、局部放电引发的故障。其中，开关柜局部放电主要是发生在电极之间的放电，并未贯穿于电极，这种看似微弱的放电在开关柜内不断累计，由此使得整个绝缘的介电性能不断恶化，最终使得绝缘的击穿。通常，以绝缘材料为界，局部放电又可分为绝缘材料的内部和表面放电，传播形式上主要是以声、电磁、气体等形式进行释放。具体而言，可以总结为以下几点。

（1）开关柜内部的误动及拒动类故障。开关柜传动及操作机构的机械故障是引发该故障的因素之一。另外，电气辅助回路系统故障或控制部分引起的绝缘故障意识造成该故障的因素之一，从而造成开关柜误动或者拒动。此外，需要表明的是，针对于机械故障，带电检测技术不能对其进行有效检测。

（2）外力原因造成的开关柜故障。如外界的物体撞击、昆虫、动物等啃咬、自然界各种不可抗逆灾害等，从而造成开关柜故障。

（3）断路器本体故障造成的开关柜故障，开关柜内部的隔离插头因接触不良或接触过载，使得载流发生故障，从而产生触头燃烧、融化，内部线路破坏而发生绝缘故障。

（4）各种内部原因引起的开关柜绝缘故障。如内绝缘对地闪络击穿；相间绝缘闪络击穿；外绝缘对地闪络击穿；雷电过电压闪络击穿；瓷瓶套管、电容套管闪络、污闪、击穿、爆炸；提升杆闪络；瓷瓶断裂；CT 爆炸、击穿、闪络等。

（5）开关柜内部的隔离插头出现接触不良或者接触过载，容易造成开关柜出现载流故障，导致触头燃烧、熔化等，使开关柜内部线路被破坏，从而发生绝缘故障。

2、开关柜常用的带电检测技术

2.1暂态的电压检测技术

因内部因素所造成的开关柜局部放电时，就会有带电粒子在开关柜不连续金属表面的断开面上，在粒子不断积累的情况下，开关柜内部导体上转移到开关柜表面，从而产生电流。特别是相对于高压开关柜来说，它会以电磁波的形态向外部空间传播，局部放电使得金属外表面产生暂态的对地电压，影响设备的使用安全。 这些对地电压可通过带电检测技术利用传感器进行接收，通过专用仪器、仪表进行读数分析。有效判断开关柜局部放电电流的大小，从而判断开关柜局部放电的位置及可能出现的危险情况。

2.2 超声波检测技术

当开关柜局部发生放电时，电荷发生快速性的迁移，迁移过程中就会产生电波的机械震荡，这种机械震荡会转化成声波进行传递，由此，就可以应用超声波实现对开关柜局部放电的检测。在开关柜的间隙传递时，声波的强度与放电规律呈现出同等变化的趋势，如果开关柜局部放电强度超过绝缘体本身的强度，开关柜绝缘体就会被击穿，更有甚者，会对生产安全带来隐患，危害人的生命安全。超声波检测技术可以对放电频率为10～1 000kHz的电磁波信号进行检测，有效明确声波的特征信息。在采用便携式超声波检测设备对开关柜局部放电进行检测时，只能检测局部放电电磁波信号的正常值。而为了进一步分析开关柜局部放电深层次问题，需要利用局部放电调理电路将检测的超声波信号转换为可听的信号，从而判断出开关柜局部放电的类型与具体位置。在超声波技术检测中，还可以利用 GIS 技术进行开关柜的局部检测。这一技术相对于前面的超声波检测方法无疑更加成熟，利用它可以有效进行开关柜局部放电检测，最终实现对局部放电进行综合性检测。

3、带电检测技术的具体应用

3.1超声波检测的具体应用

某电厂变电站开关柜出现局部放电的情况，通过采用超声波局部放电检测进行分析，通过超声波间接测试开关柜局部放电是否存在异常情况，发现测试的峰值达到8.5mV，除有效值外，整个测试的周期性峰值超过25mV，达到26mV。对于测试的背景，整个测试过程的相关频率在 50Hz 和100Hz 时，开关柜的局部放电比较明显。在进行背景测试时，其峰值有效值为0.45mV左右，但在实际测试时，测试频率的相关性特征没有出现，说明在利用超声波背景测试时，没有其他诸如白噪声、频率均匀分布等形式的干扰。在进行间隔测试时，超声波测试仪测得的信号出现较大程度的增加，而且呈现出不规律性，然后开展相位模式检测分析，整个检测信号的相位比较分散，幅值的聚集没有规律性，幅值本身也出现急剧变化的现象，通过检测可以排除自由带电颗粒变化带来的影响。在检测过程中，是否出现急剧性变化，对判断开关柜局部放电及电晕放电现象具有关键性作用，对各个界面之间的反射、扩散等多超声波信号产生影响，造成超声波信号的衰减。所以，采用超声波技术检测开关柜局部放电时可能出现显示不全的情况，在实际检测中，需要将放电现象结合在一起进行检测，效果会更好。

3.2暂态地电压测试现场应用

当采用暂态性地电压现场测试中，发现现场开关柜仪表数据显示存在一定的电压显示异常时，例如，之前的暂态地电压测试现场数据可能是 15dB，而通过对比现有数据可以发现，现有的暂态电压检测结果超出了 22dB ～ 45dB，由表 1 可以看出，暂态地电压呈现出两边低、中间高的趋势。针对这一现象可借助于超声波加以进一步检测，通过借助于声波音频设备，合理分析放电声音，可以进一步判断放电情况，进而加以解决。

表1 开关柜暂态电压检测数据

4、结论

总之，绝缘故障已成为危及开关柜安全稳定运行的首要隐患，而带电检测技术在开关柜绝缘故障检测中的应用具有较强的现实意义。基于超声波、暂态地电压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，不仅能及时发现开关柜在工作过程中存在的潜在问题，而且能提高开关柜的检修效率，为我国电力系统稳健运营提供支持和保障。

参考文献：

[1] 蔡文静. 带电检测技术在开关柜绝缘故障检测中的应用[J]. 山东工业技术,2018(24):188.

[2] 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.

[3] 覃煜, 范伟男, 张行, 等. 开关柜绝缘缺陷的局放带电检测及综合诊断分析[J]. 高压电器,2018,54(11):278-283.