声电联合法检测开关柜局部放电有效性分析

刘 杨，陈昱同，马丽强

（1.国网山西省电力公司技能培训中心临汾分部，山西 临汾 041000；2.国网山西省电力公司电力科学研究院，山西 太原 030001）

声电联合法检测开关柜局部放电有效性分析

刘 杨1，陈昱同2，马丽强2

（1.国网山西省电力公司技能培训中心临汾分部，山西 临汾 041000；2.国网山西省电力公司电力科学研究院，山西 太原 030001）

通过对山西电网91个变电站近2 000面高压开关柜局部放电检测，实践证明声电联合法检测开关柜局部放电是最有效的方法。介绍了声电联合法原理和全省开关柜局部放电普测情况，对声电联合法有效性进行对比分析，为开关柜局部放电检测人员提供有益参考。

开关柜局部放电检测；声电联合法；暂态地电压法；超声波法；特高频法

2015年7月，为了诊断开关柜状态，预防开关柜故障，山西电网对重负荷和枢纽变电站高压开关柜开展局部放电普测，发现130多面开关柜存在局部放电信号。实践表明，声电联合检测是诊断开关柜局部放电的最有效方法。本文对这次开关柜局部放电普测进行介绍，并对声电联合检测法中各种方法的有效性进行分析比较，为技术人员提供参考。

1 开关柜常见绝缘故障

高压开关柜因设计、制造、安装等不同阶段存在的问题，表现为较高的故障率。其常见绝缘故障主要有外绝缘和内绝缘对地闪络，相间绝缘闪络击穿，雷电过电压和操作过电压下闪络击穿，绝缘子和套管湿闪、污闪、击穿、爆炸，电流互感器闪络、击穿、爆炸，瓷瓶裂纹等。

造成绝缘缺陷的常见原因有：绝缘部件内部存在杂质或气泡；一次元件积污、受潮；绝缘尺寸或安装的绝缘间隙不够；导体接触不良；螺丝松动；绝缘子开裂；电缆头制作不合格，等等。

在开关柜运行状态下，各种绝缘缺陷往往会表现出大小不一的局部放电现象，为技术人员带电检测绝缘缺陷提供可能。

2 山西电网开关柜局放检测

山西电网开展开关柜局部放电检测已超过6年，采用的检测手段以暂态地电压为主，通过几年的检测，技术人员反映能检测出局部放电的开关柜数量较少。为保证主变安全可靠运行，防止因开关柜故障引发主变近区短路等故障，山西电网于2015年7月—8月集中开展开关柜局部放电检测，为提高检测效果，要求采用两种以上检测手段。

有36%的检测队采用暂态地电压法和超声波法进行检测，64%的检测队在以上两种方法基础上同时采用特高频法检测。共检测变电站91个，包括220 kV变电站83个，110 kV变电站8个，检测高压开关柜共1 964面，检测到存在放电信号的开关柜共131面，占检测总数的6.67%。

在131面存在局部放电信号的开关柜中，诊断为悬浮电位放电的开关柜有7面，空穴放电开关柜2面，电晕放电和表面放电开关柜122面，各放电类型所占比例如图1所示。从图1看出，开关柜内局部放电类型中，以电晕放电和表面放电为主。

图1 检测到开关柜内各放电类型所占比例

通过对停电检查的72面有放电信号的开关柜进行统计分析，将放电原因分为悬浮电位、内部空穴缺陷、绝缘距离不足、绝缘劣化和污秽潮湿五种类型，它们分别对应的放电开关柜数量为5面、2面、2面、5面和58面，所占比例如图2所示。从图2看出，开关柜内放电大多都是由污秽和潮湿引起的绝缘表面放电。

图2 停电检查的开关柜各放电原因所占比例

3 声电联合法原理及有效性分析

开关柜局部放电检测方法常用的有电磁检测法和声检测法，电磁检测法主要包括暂态地电压法和特高频法，声检测法主要包括超声波法，所谓声电联合法即综合利用以上几种方法进行局放检测。不同的检测方法对同一种放电有不同的灵敏度，下面介绍几种方法的基本原理，并对其进行有效性对比分析。

3.1 暂态地电压法

当开关柜内发生局部放电时，带电粒子会由带电体向非带电体快速迁移。而开关柜为主要的接地体，所以带电粒子会向开关柜迁移，并在开关柜上产生高频电流行波。电流行波以光速向各个方向快速传播，因开关柜的屏蔽作用，电流行波往往只集中在金属柜体的内表面，但是当遇到开关柜缝隙时，电流行波会由金属柜体的内表面转移到外表面，并以电磁波形式向自由空间传播，且在金属柜体外表面产生暂态地电压。可利用专门设计的暂态地电压传感器在柜体表面进行检测，其检测频率主要在3～100 MHz范围内。

暂态地电压法检测到的信号幅值与放电量、放电类型、频谱分布、传感器设计参数和信号传播途径的衰减程度等因素有关。利用两个传感器可实现放电位置的粗略定位。

3.2 超声波法

发生局部放电时，电荷的快速释放或迁移使得放电点周围的电场力出现变化，导致电场力、机械力和粒子力失去平衡，引起放电点周围的粒子出现振荡性的机械运动，从而产生声音或振动信号。超声波法就是利用超声波传感器接收局放释放的超声波信号来判断放电位置和放电类型。常利用敞开式超声波传感器（标称频率为40 kHz）在开关柜缝隙和小孔处进行检测。

超声波传感器与电力设备的电气回路无任何联系，不受电磁波干扰，但易受现场环境噪声或设备机械振动的影响。超声波信号衰减较快，但利用超声波定位准确度较高。

3.3 特高频法

开关柜内有些类型局部放电会产生频率较高的电磁波信号，特高频法是通过特高频传感器对开关柜局部放电时产生的特高频电磁波信号（0.3～3 GHz）进行检测，获得局放信号的幅值、相位等相关信息。特高频法利用传感器在开关柜缝隙和小孔等部位接收柜内的特高频信号进行检测。

特高频检测法具有较高的灵敏度和抗电晕干扰能力，利用波形特征可识别缺陷类型，同时利用示波器可实现精确定位。

3.4 声电联合法有效性对比分析

开关柜局放检测中的电磁检测法即暂态地电压法和特高频法，这两种方法检测的信号频段较高，尤其特高频法检测频段一般大于300 MHz。所以电磁法适合检测介质内部放电，而绝缘子和套管表面的放电信号频率较低，电磁法不敏感。

超声波检测法对介质类型比较敏感，适合检测空气介质放电，对绝缘子和套管表面放电检测有效性较高。超声波在固体和液体绝缘介质内部衰减比空气中大的多，所以介质内部放电超声波法基本检测不到。三种检测方法对开关柜各类型局部放电信号的有效性如表1所示。

表1 暂态地电压法、超声波法和特高频法对开关柜不同放电类型的有效性对比

从表1可以看出，综合使用暂态地电压法、超声波法和特高频法三种检测方法对高压开关柜进行局部放电检测是最有效的，三者可以取长补短，利于确定放电类型和放电部位。暂态地电压法和超声波法基本涵盖了所有常见的放电类型，对于能检测到特高频信号的开关柜，可以利用其进行定位，同时可以通过相位特征判断放电类型，可极大地提高缺陷诊断效率和准确性。

山西电网开关柜局部放电普测结果表明，大多数放电开关柜只能检测到超声波放电信号，停电检查结果也说明，80%的开关柜放电都是由污秽和潮湿引起的表面放电。通过表1分析，超声波法对这些表面放电比较敏感，所以能检测到放电信号，而暂态地电压法和特高频法不敏感，所以大部分检测不到局放信号。这也是前几年山西电网只用暂态地电压法进行开关柜局放检测时，检测效果不好的原因。

4 结论

运行中的开关柜局部放电检测是诊断开关柜绝缘故障有效的技术手段，可提高开关柜状态评价准确性。声电联合法是目前最有效的开关柜局部放电检测方法，即综合利用暂态地电压法、超声波法和特高频法诊断开关柜内局部放电信号，三种方法相辅相成，有利于判断放电类型和放电部位。山西电网的开关柜局部放电普测结果证明了声电联合法的有效性和实用性。

Validity Analysis on Sw itchgear Partial Discharge Detection Using Ultrasonic Associated w ith Electromagnetic Method

LIU Yang1,CHEN Yutong2,M A Liqiang2

（1.State Grid Skill Training Center of SEPC,Linfen Branch,Linfen,Shanxi 041000,China; 2.State Grid Shanxi Electric Power Research Institute of SEPC,Taiyuan,Shanxi 030001,China)

The practical process of partial discharge detection on nearly 2 000 switchgears in 91 substations of Shanxi Electric Power Company indicates that the ultrasonic associated with electromagnetic method is the most effective method.In this paper,the principle of ultrasonic associated with electromagneticmethod and the partial discharge detection results of switchgear in Shanxi Power Grid are introduced.The validity ofultrasonic associateswith electromagneticmethod is comparatively analyzed,which provides a helpful reference forpartialdischarge testers.

partial discharge detection on switchgear;ultrasonic associated with electromagnetic wave method;transient earth voltagemethod;ultrasonicmethod;ultra-high frequencymethod

TM591；TM855

A

1671-0320（2016）05-0034-03

2016-06-13，

2016-07-20

刘 杨（1984），女，山西太原人，2008年毕业于太原理工大学电气工程及其自动化专业，讲师，从事电气试验教学和研究工作；

陈昱同（1983），男，山西大同人，2008年毕业于华北电力大学高电压与绝缘技术专业，硕士，高级工程师，从事电气设备状态检测和技术监督工作；

马丽强（1985），男，山西吕梁人，2011年毕业于中南大学电气工程专业，硕士，工程师，从事电气设备状态检测和技术监督工作。