开关柜局部放电带电检测定位技术的应用与研究

孔令明,肖云东，刘 娟，曾令甫

（1.济宁供电公司，山东 济宁 272100；2.山东电力集团公司超高压公司，山东 济南 250021）

0 引言

长期以来，运用预防性试验来诊断开关柜内设备的绝缘状况起到了很好的效果，但由于预防性试验周期的时间间隔较长，不能有效发现设备存在的潜伏性缺陷，且开关柜内设备大都采用环氧树脂型材料作为外绝缘，制造过程中不可避免地会残存少量气泡，由于开关室内环境因素不一样，受温度、潮湿等环境影响严重，运行中会产生局部放电的可能，导致电气绝缘强度降低，甚至发生故障。近年来许多突发事故，多是局部放电所致。

随着用电负荷的不断增加，10～35 kV金属封闭成套开关设备广泛应用于各个变电站，这些开关设备安全可靠的运行决定了供电的合格率和可靠性。电气设备在长期运行中必然存在着电的、热的、化学的及异常状况下形成的绝缘劣化，经公司技术人员调查研究，“开关柜局部放电带电检测技术”主要针对开关柜局部放电检测，该方法在检测时不用嵌入现场开关设备，就可直接检测，检测过程中不必提供高压测试电源、不必停电，可以了解开关柜带电运行下局部放电的状态，从而预先发现开关柜内潜在的故障点，确保现场设备持续、安全、有效地运行，提高供电可靠性。

1 局部放电检测原理

高压系统组件结构一般比较复杂，采用的介质也多种多样，常用的有气体介质（如SF6）、固体介质（如聚烯烃、硅橡胶、环氧树脂等）。固体介质的工艺上是经过真空浇注成一体的，从理论上讲，真空浇注应该没有气泡，但实际上因为工艺原因，在浇注时不可避免地存在气泡和杂质（图1）。在运行中由于这些气泡的存在将导致局部场强增大、局部放电发生，这种放电不断蔓延和发展，会引起绝缘的损伤（碳化痕迹或穿孔），如任其发展，会导致绝缘丧失介电性能而造成事故。此外，大多数机械破坏也会导致局部放电的产生。

局部放电会产生各种物理、化学现象，如电荷交换、电磁波、声波、发热、发光、产生分解物等，因而可以有很多测量局部放电的方法。本文讨论对局部放电产生的电磁波的检测。

图1 固体介质中的空隙

通过放电产生的电磁波通过金属箱体的接缝处或气体绝缘开关的衬垫传播出去，同时产生一个暂态电压，通过设备的金属箱体外表面而传到地下，这些电压脉冲为暂态对地电压，简称TEV。

开关柜局部放电带电检测定位技术，采用暂态对地电压的原理来对开关设备局部放电状况进行检测、测量及定位，通过电容耦合式传感器在被检设备的接地金属外壳上进行探测及测量。检测由于局部放电而引起短暂的电气脉冲，可测出局部放电的幅值。

使用两只电容耦合传感器检测，通过时间差法来确定放电活动的位置，原理是比较电磁波到达每只传感器所需要的时间（图2）。系统指示哪个传感器先被触发，表明哪只探测器离放电点的电气距离较近。采用时间差法来确定放电点的方法在本质上优于采用比较信号强度来确定放电点的方法，因为电磁波的多次反射可能造成幅值测量结果不正常。

图2 时间差法确定局放点

2 技术的应用

2.1 引起开关柜局部放电的主要原因

爬距及空气间隙不够；制造质量及工艺不良；接点容量不足或接触不良；环境条件的影响；雷电过电压造成开关柜闪络。

2.2 测试点的选取

测试过程中选择局部放电容易发生的位置进行检测，如母排（连接处、穿墙套管，支撑绝缘件）、开关刀闸，电缆接头等位置。如有条件，应对开关室内母线桥架进行检测。

2.3 干扰及干扰的排除

潜在的干扰源之一是无线电广播发射机，该技术的检测带宽为3～60 MHz，因此，无线电广播发射机的信号频率不可避免地也在装置测量范围之间，当无线电广播发射机离开关室距离实在太近或功率太强时，会对检测结果产生一定的影响。

宽频段的噪声是由各种类型的电子装备发出的，包括遥感仪器、计算机、控制器、逆变器和电源，另一种干扰源是有机械切换电流或有电刷或其它类似产生电火花的设备，其它干扰源包括放电电子管、荧光灯、电流回路接触不良等。

还有一种干扰源是被测设备相邻位置或自己本身的其它地方还有放电活动发生。例如正在进行电缆终端箱放电试验的电缆本身在几米远的地方内部又发生放电活动；正在进行内部放电检测的电缆绝缘层本身外部出现放电；正在进行试验的设备上方的导线（可能是更高电压等级）出现放电。

区分干扰有多种办法。例如，关闭干扰源，如一些室内的排风扇等；采用不同的时间进行测试，避开无线电及其它电子装置的干扰信号；也可用双传感器测量模式找出信号传播方向来确定与被测设备相距较远的放电干扰源。远处的干扰信号还可从比较传感器在不同位置测得的信号变化区分出来，如果在某个位置测得很强的信号而稍微换个地方信号就立即减弱很多，这说明附近不远处存在放电活动，而在设备上各个位置测得的读数均差别不大，说明放电点（活动可能较强）的位置离得较远。

2.4 检测结果的分析

纵向分析法：是对同一设备不同时间的测试结果进行分析，从而比较分析得出设备的运行状况，周期性的对开关室内开关柜进行检测，并将每次检测的结果存档备份，以便分析不同时间内设备局部放电状态的变化，从而判断设备的运行状况。

横向分析法：是对同一个开关室内同类设备的测试结果进行比较，当同类型的某一设备个体的测试结果比其它同类设备的测试果及现场背景值均大时，就可以认为此设备存在缺陷的可能性。

数据判断法：根据大量的实验以及现场的测试经验，得出以下判断数据供检测人员使用。

1）当发现开关室内背景值与测试值都在20 dB以下时，表示没有发现信号源，开关设备正常，下月再次进行巡检。

2）如果开关室内，测试值和背景值都在20～30 dB以上，表示发现有信号源，应对该开关室加强关注，缩短检测周期，观察信号的发展趋势。

3）如果开关室内背景值在20 dB以下，而某几个开关柜的测试值大于背景值20～25 dB，检测人员应使用定位技术来对放电位置进行定位，并采取一定的处理措施。

4）如果开关室内，测试值和背景值都在30 dB以上，且并没有发现在某个开关柜上出现峰值，应使用定位技术来判断放电信号的来源，如检测结果发现放电信号是从开关柜上传来，而不是外界的干扰信号，那么需要对存在问题的开关柜采取一定的处理措施。

5）所有被清扫或被检修的开关柜，在清扫或检修完后，应再次对该开关室进行检测。

2.5 定位结果的判断

定位过程中，首先在开关柜的横向进行定位，当两个传感器的定位指示灯同时亮的时候，说明放电位置在两个传感器的中线上，同理，我们在开关柜的纵向进行定位，同样确定一根中线，两根中线的交点，就是局部放电的具体位置。

3 检测实例

采用该技术分别对7个110kV变电站内10 kV和35 kV开关柜进行检测。

3.1 测试结果正常

参考放电幅值不大于20 dB的判断依据，绝大部分开关柜的测试数据均在此范围内，说明局部放电现象不明显，开关柜属正常运行范围，见表1。

表1 35 kV 501开关柜局部放电测试数据

3.2 间歇放电

在不同的时间段内，对110 kV某变电站10 kV 9120柜进行局部放电测试，得到表2～4所示数据。

表2 10 kV 9120开关柜局部放电测试数据

表3 10 kV 9120开关柜局部放电测试数据

表4 10 kV 9120开关柜局部放电测试数据

通过数据，我们可以初步判断为10 kV 9120柜内设备存在局部放电，且放电幅值比较大，采用定位技术对放电点进行定位，最终确定电缆处有局部放电现象，并进行重点检查试验，发现电缆终端头受潮导致电晕放电。

3.3 永久性放电

对110 kV某变电站10 kV 9502开关柜进行局部放电检测，得到如表5中的数据。

表5 10 kV 9502开关柜局部放电测试数据

通过数据，可以初步判断为10 kV 9502柜内设备存在局部放电,且存在很严重的绝缘缺陷，采用定位技术对放电点进行定位，发现放电源位于该柜母排处，后检查发现现场安装人员进行安装时忘记上母排的螺帽，在铜铝过度板周围出现间隙放电（蓝色电弧光），图3所示。

图3 母排未上螺母处

4 结语

应用开关柜局部放电检测仪，采用局部放电TEV检测方法和时间差定位方法，对开关柜局放缺陷的检测是有效的，是一种实用而又方便的检测技术。由于对开关柜局部放电和缺陷的分析尚处于积累资料阶段，对电力设备的缺陷定性需结合其它检测或试验手段综合分析判断，因此开关柜局部放电定位仪的推广应用还需要进行如下工作，以取得更大的成果：

1）结合变电站设备状态检修工作，进一步加大开关柜局部放电检测的设备量，通过大量的数据积累和分析，并结合其它检测和试验加强分析，提高开关柜局部放电检测的应用水平。

2）制定开关柜局部放电检测现场应用手册，为现场实际操作提供指导性文件，继续丰富电气设备局部放电检测的判断依据，便于一线人员对结果进行综合分析判断，及时发现缺陷。

3）对开关柜内部局部放电进行检测诊断，提高开关柜在线检测能力，开展数据分析整理工作，采用同类比较判断法、档案分析判断法等多种方法，对局部放电检测结果进行评估诊断，为开关柜的运行状态提供诊断数据，为状态检修提供依据。

4）通过对开关柜局部放电检测仪的应用，为预防性试验的测试结果进行补充，从而预先发现开关柜内潜在的故障点，确保现场设备持续、安全、有效地运行，提高供电可靠性。

［1］GB/T7354-2003/IEC 60270：2000局部放电测量.

［2］DL417-2006电力设备局部放电现场测量导则.

［3］DL/T596-1996电力设备预防性试验规程.