高压开关柜局部放电分析方法

程祝媛，陈颖频，黄鹏

(1.国家电网福建电力漳州供电公司，福建 漳州 363000)(2.闽南师范大学 物理与信息工程学院，福建 漳州 363000)

【应用技术研究】

高压开关柜局部放电分析方法

程祝媛1，陈颖频2，黄鹏1

(1.国家电网福建电力漳州供电公司，福建 漳州 363000)
(2.闽南师范大学 物理与信息工程学院，福建 漳州 363000)

高压开关柜运行状态对电力系统供电可靠性具有重大影响，其绝缘缺陷和潜在故障检测尤为重要。通过基于暂态地电压和超声波的局部放电检测技术在开关柜局部放电检测中的分析应用，可有效的发现开关柜的放电故障，了解设备运行状态，为保证电网安全可靠运行奠定基础。

高压开关柜；暂态地电压；超声波；局部放电检测

1　前言

高压开关柜是使用极广、数量最多的开关设备，其运行状态对电力系统供电可靠性具有重大影响。高压开关柜由于在设计、制造、安装和运行维护方面存在着不同程度的问题，同时因污秽、绝缘薄弱、小动物侵入等原因常引发事故。事故发生带来的后果是十分严重的，其直接的危害是设备所保护的线路、设备受损，电量损失，间接的危害则造成用户大面积停电，影响正常的生活、生产。

近年来，英国电力企业对其国内使用的中压真空开关所做的故障统计结果表明，高达44%的故障都可以通过局部放电检测技术检测出来，而85%的破坏性故障都是与局部放电现象相关。因此，对开关设备实施放电检测可显著减少配电设备的故障概率［1］。

2　高压开关柜放电检测技术

目前国内电力系统中广泛使用的是基于暂态地电压（TEV）［2-5］和超声波（AE）［6-9］的局部放电检测技术，该技术是反映开关柜绝缘状况的有效手段，是开关柜类设备实现状态检修的重要状态信息量，是保证设备安全可靠运行的关键。

2.1TEV放电检测技术原理

暂态地电压传感器原理图如图1所示［1］。开关柜内部局部放电产生的电磁波通过开关柜金属外壳的通道由开关柜内表面传播到外表面时，会在开关柜的金属箱体上产生一个暂态地电压（TEV）。测试时，电容耦合式TEV传感器紧贴开关柜金属表面，裸露的金属柜体类似于平板电容器的一个极板，暂态地电压传感器类似于平板电容器的另一极板。这样，金属柜表面任何电荷变化均会在传感器的金属盘上感应出同样数量的电荷变化，并形成一定的高频感应电流。感应电流再经过检测阻抗转换为与放电强度成正比的高频电压信号。电压信号再经过数字转换为相应的分贝值显示在仪器屏上。

2.2超声波放电检测技术原理

超声波传感器结构示意图如图2所示［1］。当柜体内部发生局部放电时，局部放电导致的机械振动会激发声音信号，频谱范围从可闻频段到超声波频段都有，以超声波频段为主。传感器采集声波信号，通过前置放大电路、带通滤波电路、峰值检测电路、模数转换电路后以电压信号输出，再经过换算成分贝值在仪器上显示。

图1　暂态地电压传感器原理示意图　

图2　超声波传感器结构示意图

2.3TEV及超声波放电检测技术应用案例

电力系统中常用的是英国仪安科技有限公司生产的UTP1型Ultra TEV Plus+设备，它将超声波检测与暂态地电压（TEV）检测组合在一起，其能将检测结果以数字形式显示在彩色显示屏上，也可显示每个周期中的局部放电脉冲数、严重度等级、内部放电最大水平，同时也可用配供的耳机监听到超声波数值。

使用UTP1型Ultra TEV Plus+设备，试验人员对某变电站35kV开关柜室开展暂态地电压和超声波测试，测试结果及分析如下。

（1）暂态地电压测试（TEV）结果分析①环境背景测试结果如表1所示。

表1　环境背景暂态地电压测试结果

配电室内空气背景幅值为8dB，相对较大。前门处金属背景幅值较大（30dB）且脉冲数达36 320，临近手车的测试值为26dB，后门处金属背景幅值为8dB且无脉冲数，前后门处测试值存在较大的差异。现场发现，靠近前门处存在直流馈线屏及通信屏，对其进行测试，记录如表2。

表2　直流馈线屏及通信屏暂态地电压测试结果

直流馈线屏及通信屏测试脉冲数均在30 000以上，且金属背景所选位置处的脉冲数随着离前门的距离变大而减小。因此，可以初步判断配电室内存在较大的干扰且干扰源主要来自于直流馈线屏及通信屏。

②测试结果分析

本站35kV开关柜的暂态地电压测试记录如表3。

表3　35kV开关室各开关柜暂态地电压测试结果

由表3可以发现，35kV开关室各开关柜的暂态地电压幅值偏大，介于10-30dB之间，且脉冲数较大，介于20 000-40 000之间。根据前文的分析，由于环境背景幅值较大造成所有开关柜的幅值和脉冲数都偏大，根据《电力设备带电检测技术规范（试行）》的规定“相对值=测试值-背景值≤20dB为正常”判断［10］，35kV开关室各开关柜的暂态地电压测试结果无异常。

（2）超声波测试结果分析

接着又对本站35kV开关柜进行超声波测试，记录如表4所示。

表4　35kV开关室各开关柜超声波测试结果

由表4可知，Ⅰ段母线PT柜测得的超声波最大值为27dB，且存在明显异于其他柜的异常响声，正常情况下超声波测试值应＜0dB。本站上次超声波测试结果正常，开关柜测试值均小于零，且无异常声响。通过两次测试结果进行比较，Ⅰ段母线PT柜测试结果已出现明显变化。根据《电力设备带电检测技术规范（试行）》的规定“10dB＜超声波测试值≤30dB为异常”判断，Ⅰ段母线PT柜内部存在较强的放电现象。

（3）异常声源定位

开关柜超声波局放检测主要通过检测局部放电产生的超声波信号在空气中传播的振动现象，放电能量在一瞬间转化为热能，放电中心的气体受到热能的作用会发生膨胀，通过声波向外传播，传播区域内气体被加热后形成一个等温区，其温度超出环境温度。等到这些气体冷却后开始收缩，则会产生后续波，后续波的频率以及强度均比较低，因此越靠近放电源检测到的信号越强。为查明异常声源的位置，需对开关柜各缝隙部位进行逐点排查，如图3所示将开关柜前柜门四周缝隙等分，采用定量分析的方法，在各位置测量超声波幅值，测试结果如表5所示。

图3　开关柜前柜示意图

表5　35kVⅠ段母线PT柜前柜门各位置超声波测试结果

由表5检测结果分析，在35kVⅠ段母线PT柜前下柜门左右两侧及上侧缝隙测得的超声波幅值超标，Ⅰ段母线PT柜型号为KYN61-40.5，其内部结构图如图4。

图4　Ⅰ段母线PT高压柜内部结构图

结合Ⅰ段母线PT柜内部结构图及表5的分析结果可初步判断，刀闸部位存在放电现象。

（4）放电类型分析

因暂态地电压测试和超声波测试对不同类型的放电敏感程度不一样，前者对尖端放电、电晕放电及内部放电较为敏感，后者对沿面放电、绝缘子表面放电、尖端放电、电晕放电较为敏感。尖端放电可能是铜排等金属部件表面存在毛刺所致，或者是铜排连接部位、铜排与绝缘子连接处存在尖端引起场强不均导致。沿面放电可能是铜排热塑套表面或者绝缘子表面出现脏污或异物（如标签开裂、脱落等）或者受潮、绝缘子表面出现裂纹等引起。因此结合两种局部放电测试方法的特点及开关柜的内部结构，可初步判断开关柜后上部存在着沿面放电或者表面放电。

2.4放电判断的验证及缺陷分析

对35kVⅠ段母线PT高压柜进行停电异常声响检查。打开开关柜后，柜内所见情况如图5，试验人员发现开关柜内有一个加热器未打开，导致柜内受潮严重，避雷器的引线绕在刀闸静触头盒上，靠近接触的部分有放电痕迹。引线外的绝缘筒靠在开关柜壁上，绝缘筒表面布满水珠，柜体内部有多处发黑的迹象。验证了上文在刀闸部位存在放电现象的初步判断。

图5　（1）柜内情况

图5　（2）柜内情况

从现场拆取三相避雷器，对避雷器本体开展如下试验项目：

（1）避雷器绝缘电阻试验，使用兆欧表测试避雷器本体的绝缘电阻，三相试验结果分别为：6 200MΩ、7 000MΩ、6 500MΩ。

（2）直流1mA参考电压及75%参考电压下的泄露电流试验，使用高压直流发生器 测得三相1mA参考电压为分别为76.5kV、78.2kV、77.5kV，泄露电流分别为23mA、18mA、25mA。

通过以上3项避雷器本体的试验项目可以判断，避雷器本体完好。

模拟现场实际的安装情况（如图6）对避雷器本体进行耐压试验，加压过程中，发现避雷器引线与导电杆接触处存在明显沿面放电现象，且引线外包的绝缘筒存在着火花状的放电现象。对绝缘筒进行绝缘和耐压试验，绝缘筒绝缘电阻仅＜5MΩ，耐压试验过程中，电压升压至5kV左右，绝缘筒放电现象明显。

通过以上试验项目说明：避雷器本体性能良好，因内加热器故障，导致柜内绝缘件受潮凝露，降低绝缘性能；母线避雷器安装位置设计不合理，高压引线与其他绝缘件缠绕在一起，爬距缩短，使得接触的部位有放电痕迹。

图6　试验室模拟现场试验情况

3　结论

暂态地电压和超声波相结合的检测技术能够便捷、有效地反映开关柜绝缘状况，可监测开关柜局部放电的发展趋势，合理的指导开关柜的检修，减少不必要地停电，提高设备供电的可靠性。

[1]国家电网公司.电网设备状态检测技术培训教材[S].2013,7:225,234,238.

[2]BROWN P.Non-intrusive partial discharge measurements on high voltage switchgear[C].Proceedings of the 1996 IEE Colluquium on Monitors and Condition Assement Equipment.London,UK:IEE,1996:1-5.

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[4]王勇，王劲，黄炎光.开关柜带电局放检测技术在广州电网的应用[J].高电压技术,2009,35(12):122-125.

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[6]陈刚.声电波检测仪在10kV开关柜局放检测中的应用[J].电工技术,2010(7):67-68.

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[10]国家电网公司.电力设备带电检测技术规范(试行)[S].2010,1:12.

（责任编辑：季平）

The analytical method of high-voltage switchboards with it`s Partial Discharge

CHENG Zhu-yuan，1CHEN Ying-ping2，HUANG Peng1
（1.Zhangzhou Power Supply Company in Fujian Province of State Grid，Zhangzhou Fujian 363000）
（2.College of physics and information engineering of Minnan Normal University，Zhangzhou Fujian 363000）

The running state of the high voltage switchboards of the power system has a great influence to the power supply's reliability，The detection of insulation and potential fault is particularly important to the high switchboards.Based on the technology of the Transient Earth Voltage and Ultrasonic technology，It can effectively find the potential discharge fault of the switchboards and realize the running statement of the equipment，Which lay a foundation to ensure safe and reliable operation of the power grid.

High Voltage Switchboards；Transient earth voltage；Ultrasonic；Partial discharge detection

TM591;TM855

A

1673-1417（2015）02-0001-06

10.13908/j.cnki.issn1673-1417.2015.02.0001

2015－04－20

程祝媛（1986－），女，四川广安人，工程师，硕士，主要从事电气试验方面工作。