多种方法联合诊断开关柜局部放电缺陷

谢细华，鄢文清

（国网上饶供电公司，江西上饶 334000）

0 引言

目前，10 kV、35 kV金属封闭式开关柜已广泛运用于电网配电系统中，在电力供应中发挥了重要作用，但设备长期运行导致的绝缘劣化会降低开关柜内设备的电气绝缘性能，严重时甚至引起开关柜爆炸[1]。其中局部放电是绝缘劣化的重要征兆，也是造成绝缘故障的主要因素。现行预防性试验周期性长，难以及时发现缓慢发展的绝缘缺陷。局部放电带电检测可以及时发现相关缺陷，是实现开关柜状态检修的有效手段之一。

开关柜局部放电的检测方法主要有脉冲电流法（ERA）[2]、射频法（RF）[3]、超声法（AE）[4]、超高频法（UHF）[5]、暂态地电压法（TEV）[6]等，其中基于AE、TEV、UHF 原理的测试方法在现场较为实用。本文提出一种综合运用AE、TEV和UHF技术的开关柜局部放电检测方法，实现不同检测方法的优势互补。该方法成功检测、并定位江西上饶供电公司某变电站10 kV 化工线911 开关柜内局部放电缺陷，经停电检查找到了开关柜内的放电痕迹，工作人员及时消除了该缺陷，为进一步开展高压开关柜局部放电检测工作积累了宝贵的现场经验。

1 检测原理与特点

1.1 超声波检测法

AE法一般利用超声波传感器在开关柜的缝隙处获取柜内设备局部放电产生的超声波信号，据此确定设备局部放电的大小和位置。超声波信号实质上是一种机械振动波，它基本上不受电气干扰的影响，并且可以对放电点进行初步定位，但该方法灵敏度不高且定位的精度易受环境噪声和设备机械振动等因素的影响。

1.2 超高频检测法

开关柜中发生局部放电时，会向外辐射大量的电磁波，超高频法通过采集这些电磁波中的超高频分量（300 MHz≤f≤3 GHz）实现局部放电的检测，可以较好的避开现场电磁干扰，具有较强的抗干扰能力，该方法还可有效识别缺陷类型以及对放电源进行精确的定位，但也存在一定缺陷即难以实现设备放电量的标定。

现场应用时，可通过两个探头在垂直及水平方向的不同位置分别捕捉超高频信号，运用时差法逐步寻找放电源的大致位置。

1.3 暂态地电压法

高压电气设备发生局部放电时，产生的电磁波不但通过开关柜的缝隙或玻璃窗传出，还会在设备表面金属上对地产生持续纳秒级的暂态电压脉冲信号。电压脉冲在金属壳的内表面传播，从开口、接头、盖板等的缝隙处传出，然后沿着金属壳外表面传到大地[7]。应用中可通过电容耦合式传感器检测该信号，并将测试结果用相对读数的大小来表征局部放电活动的严重程度。此外，利用电磁波信号在传播过程中随距离出现不同衰减特性的原理，可实现设备内部放电源定位。但TEV信号频率低、衰减慢，存在抗干扰性不强、定位技术复杂且精度低等问题[8]，一般用作普测与跟踪。

综合以上三种方法，不难发现三者之间具备良好的互补性，在工作中AE 法和TEV 法可作为普测手段，用于发现疑似放电点，然后再用UHF法进行准确的定性和定位，三种方法联合使用可以大大提高开关柜放电缺陷诊断的准确性。

1.4 时差法局放源定位原理

开关柜中进行局放源定位的时差定位法基本原理如图1所示。

图1 开关柜时差定位系统

两传感器间的某一位置发生局部放电，传感器1和传感器2 接收到的电磁波信号分别为和。设和的起始脉冲时差为，则局放源距传感器1的距离X1为：

式（1）中：X为传感器1与传感器2之间的距离；X1和X2分别为局放源到传感器1和传感器2的距离；c0=0.3 m/ns，为电磁波传播速度。

式（1）以传感器所测得局放信号的起始脉冲时间作为参考时间点进行时差定位计算。该方法要求被测信号起始和终止脉冲区分度高，以清楚的读取信号起始和终止时间。

2 现场检测分析

某变电站10 kV 高压室共有KYN28A 型金属铠装中置式开关柜15面。在2013年6月19日的局放带电普测中发现911柜超声波幅值达+17 dB（环境背景为-10 dB），存在典型的放电噪声，而暂态地电压幅值仅为9 dB。为此试验人员又使用UHF法对911 柜进行复测、定位和放电类型识别。

2.1 AE法检测结果

试验人员利用AE法对该高压室所有开关柜进行超声波普测。发现“10 kV化工线911开关”后面板超声波信号异常，幅值达+17 dB，且有典型放电噪声，初步判断柜内存在局部放电现象。

2.2 TEV法检测结果

使用TEV 法对所有开关柜进行普测，分别测试开关柜的前面板中、上，后面板上、下共四个部位，得到图2所示数据。暂态地电压幅值均小于20dB，处在正常范围内。

图2 暂态地电压数据

2.3 UHF放电源检测结果

使用UHF 法对所有开关柜进行超高频信号测试，在“10 kV 化工线911 开关”后面板观察窗处有异常超高频信号，幅值为25 dB，由此可以判断911柜内存在较严重局部放电。

1）放电位置水平定位。

运用时差法对放电源进行水平定位，将红、黄高频传感器放置于同一水平面，观察数字示波器显示两高频信号的时间差，调整两传感器的位置。当两高频信号触发时间相同，则信号源距离两传感器的距离相等，放电源应位于两传感器的垂直平分面上。现场传感器摆放及波形图如图3所示。

图3 传感器水平放置及信号波形图(2 ns/格)

2）放电位置垂直定位。

定位放电源在垂直方向上的位置。在所确定的垂直方向上摆放两个高频传感器，其中上面的传感器为红色，现场传感器摆放及测试波形图如图4所示。可推断放电源距离红色传感器超前于黄色传感器2 ns，放电源距离红色传感器比黄色传感器近约600 mm，根据现场设备情况，判断开关柜内放电源垂直方向上处于观察窗位置。

图4 传感器垂直放置及信号波形图(2 ns/格)

3）放电类型识别。

利用数字示波器调理观察窗处传感器接收的高频信号，如图5 所示，信号有很好的工频相关性且多信号叠加，判断该缺陷为多点放电型。

图5 UHF信号波形图(10 ms/格)

从开关柜后面板观察窗位置可观察到B、C相间以及A相表面有间歇性放电火花，放电位置如图6所示。

图6 放电火花位置

2.4 局部放电缺陷的确认和消除

综合分析3 种检测方法的结果，判断911 柜内存在严重放电缺陷。将10 kV911 化工线线路转检修，对开关柜开箱检查，可见零序CT 上方约10 cm 的出线电缆上存在多处因放电灼烧产生的白色粉末。其中，B、C 两相之间有明显的气隙放电痕迹，A 相有表面放电及对零序CT放电痕迹，如图7所示。

图7 电缆多点放电痕迹

处理消缺后，再次对911柜进行局部放电带电检测，AE、TEV以及UHF结果均正常，缺陷成功消除。

3 结论

1）对开关柜进行局部放电的普检有效、可行，能够及时发现开关柜内部绝缘缺陷。

2）在对开关柜进行局部放电检测时，单一的检测手段由于受现场环境影响而有明显的局限性，而联合应用超声波、暂态地电压、超高频等多种检测手段具有可靠性高的优势，从而为开展开关柜状态检修工作提供了良好的依据。

[1]田勇，田景林.6-10 kV开关柜事故统计分析与改进意见[J].东北电力技术，1996（8）：5-10.

[2]赵晓辉，杨景刚，路秀丽，等.油中局部放电检测脉冲电流法与超高频法比较[J].高电压技术，2008，34(7)：1401-1404.

[3]关永刚，钱家骊.射频法在高压开关柜局放监测中的应用研究[J].高压电器，2001，37（5）：1-3.

[4]裴斌斌，张丽，郭灿新，等.基于超声的局放检测系统[J].电工技术，2009(11)：43-44.

[5]TENBOHLEN S，DENISSOV D，HOEK S，et al.Partial dis charge measurements in the ultra high frequency (UHF)range [J].IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation，2008，15(6)：1544-1552.

[6]DAVIES N，TANG J Y，SHIEL P.Benefits and experiences of non-intrusive partial discharge measurements on MV switchgear[C]//CIRED 19th International Conference on Electricity Distribution.Vienna.Austria：CIRED，2007.

[7]郑重，谈克，高凯.局部放电脉冲波型特性分析[J].高电压技术，1999，25（4）：15-17.

[8]曾雄杰，江健武，侯俊.TEV和UHF在10 kV开关柜带电检测中的应用[J].高压电器，2012，48（1）：41-46.