开关柜局部放电超声波在线检测技术的应用

王培义，朱伯涛

(1.石家庄供电公司，石家庄 050091;2.邢台供电公司，河北 邢台 054001)

近年来，随着状态检修工作的深入推进，开展在线检测设备绝缘状况成为一种主流趋势。由于变电站低压侧母线及其分路出现故障(三相短路、相间短路等)的概率增大，若低压侧未安装母差保护，开关动作时间延迟，可能造成主变压器低压侧绕组变形烧毁，使主变压器绝缘遭到破坏，影响主变压器寿命，对电网安全稳定运行带来较大安全隐患。因此提前判断低压侧母线各分路的绝缘状况，开展开关柜局部放电在线检测工作，对判断开关柜内部的绝缘状况起到很好的辅助作用。

1 开关柜局部放电

开关柜的常规检测试验仅限于针对断路器、避雷器、TA、TV、电缆出线等一次设备，而且必须为停电试验。例如，断路器的交流耐压、导电回路电阻、绝缘电阻等试验。这些试验仅能检测开关柜内真空泡、干式互感器、支柱绝缘子等设备的绝缘强度是否合格，而开关柜很多部位可能存在积灰、脏污、毛刺、灰尘、螺丝松动等现象，长期积累效应可能会发生单相接地、开关跳闸，甚至发生开关柜的爆炸。局部放电的过程，除产生电荷的转移和电能的损耗，也产生声、光、热及其它生成物等，可能会引起开关柜相间短路，甚至爆炸，严重危及人身安全，影响供电可靠性。开关柜局部放电的检测方法有电气检测法、特高频(UHF)检测法、超声波检测法、化学检测法、光学检测法等，其中超声波检测法为非侵入式，且受外部电磁噪声影响较小，因此是比较理想的非电量现场检测方法。

2 超声波在线检测技术

2.1 基本原理

超声波检测系统由声电转换、前置放大、模数转换和信号处理显示4个基本部分组成，电气设备发生局部放电的过程中，产生的超声波是一种机械振动波。当发生局部放电时，放电区域的分子间将产生剧烈的撞击，这种撞击在宏观上表现为一种压力。由于局部放电是一连串的脉冲，所以由此产生的压力波也是脉冲形式。它含有各种频率分量且频带很宽，范围为10～107Hz，其中频率超过20×104Hz的即为超声波。超声波从金属箱体的内表面通过开关柜体之间的连接处传播出去，同时产生一个暂态对地电压。通过声电转换将信号放大，并进行定量测试，最后经模数转化功能模块将测试数据显示到仪器上。在超声检测系统中，应用最广的声电转换及增益的传感器是以压电陶瓷为材料的传感器，它利用压电陶瓷的正压电效应，在局部放电产生的机械压力波作用下，使之发生形变以产生交变电场，从而将声信号转换为电信号。在传感器选择中，工作频带和灵敏度是2个最重要的指标。虽然局部放电及其产生的声波信号具有一定的随机性，但它检测频率分布范围变化不大，因此需要一个频带较大，不会使信号混叠，且传感器的几何尺寸必须小于声波波长的增益传感器[1]。

2.2 检测方法

测试时先测试背景干扰，一般可利用母线室的检修电源箱等。正式测试时将仪器的探测器垂直与被测带电开关柜金属外壳紧密接触，仪器应与附近的金属制品离开适当的距离，按“Meas”，经过2～4 s，仪器再次发出提示声，读取局部放电水平数(以dB为单位)。测量3次取平均值，以减少由于存在空气传播介质造成严重的界面衰减所带来的误差。同时由于各种环境噪声的干扰，能测到的声信号较小，所以采用一种抗干扰强的放大器对信号进行放大和滤波处理。

3 现场测试及数据分析

石家庄供电公司使用MiniTEV局部放电检测仪对220 kV东田变电站35 kV开关柜进行现场测试。该仪器应用超声波检测原理，对开关柜局部放电水平和2 s内的脉冲数进行测量，在无需设备停电的情况下实现了对开关柜内部运行状态的在线监控，可随时掌握设备的运行状况。东田变电站35 kV开关柜1号母线为新更换设备， 2号母线为未更换的老设备。东田变电站35 kV开关柜局部放电试验数据(背景干扰：8 dB，脉冲数：420，温度：25 ℃， 湿度：30%)见表1，表中301-1、31-7、32-7代表隔离开关，其它代表断路器。

由表1可知：更换后的新设备局部放电量明显小于未更换的局部放电量；35 kV 2号母线所属部分测试值比1号母线所属部分较大，其中316开关柜上检测值最大。

表1 东田变电站35 kV开关柜局放试验数据

项 目1号母线301-137037331131537231-7360局部放电水平/dB1918181614161416脉冲数473354177202176115196173项 目2号母线37137632-7390375316312380局部放电水平/dB1525262624282425脉冲数237633585632632569597521

该变电站35 kV 2号母线所属分路设备存在一定程度的局部放电现象，可能是由于干式高压屏蔽套管(穿柜管)内部存在一定程度的缺陷，或者开关柜内部有电晕放电造成。建议检修部门对35 kV 2号母线所属分路开关柜进行清扫，并对干式高压屏蔽套管进行抽样局部放电测试。35 kV 2号母线停电检查时，发现干式高压屏蔽套管局部放电不符合国家标准的规定，解体后发现内部存在气泡，制造工艺上存在严重缺陷，因此在开关柜局部放电在线测试中有一定的局部放电存在。对35 kV 2号母线所使用的高压屏蔽套管进行更换，送电后进行复测正常, 验证了开关柜带电测试结果的准确性。

4 结束语

超声波在线检测技术可以初步判断设备的绝缘状态，从侧面反映设备的运行状态，减少故障停电，保障电网的稳定运行，有效性、实用性较高。由于声波在传播途径中会产生衰减，仅靠超声传感器覆盖的有效测量范围小，且受外界干扰较大，不能完全判断绝缘状况，应将其与局部放电停电试验的方法结合起来综合判断设备状况。

参考文献：

[1] 李建明，朱 康.高压电气设备试验方法[M].2版.北京：中国电力出版社，2001.