开关柜局部放电带电检测技术应用分析

赵　琛， 曹飞翔， 姚新年， 王　锋

(国网宿州供电公司， 安徽　宿州　234000)

1　引言

开关柜是电网的重要组成部分，其运行的稳定性直接影响到电网安全运行，开关柜依靠以往的巡视、试验和检测技术，往往难以达到及时掌握设备缺陷的要求。在对供电可靠性要求逐步提高的背景下，开关柜的局部放电带电检测技术应用变得尤为重要，它可以在不停电的情况下实时掌握设备运行状态[1]，及时发现设备绝缘缺陷，避免事故发展，从而更加合理高效地开展检修工作。

目前主流的开关柜局放带电检测方法为电测量法(暂态地电压、超高频、高频电流测量法)、超声波测量法，这两种检测方法均是通过测量局部放电发生时的某种物理现象来进行测量的，而不同类型的放电现象所呈现的物理现象有所差异[2]，因此，在进行局部放电的测量时，不能只使用一种检测方法进行测量，而应该综合测量，以便准确地识别和测量局放信号。

2　开关柜局放带电检测应用分析

2017年X月X日，某供电公司电气试验班技术人员对110kV某变电站35kV开关柜进行带电局放测试工作，当天气温为21℃，湿度为43%，试验环境良好，检测仪器为Ultra TEV Locator多功能局部放电定位仪。测试过程中，发现51、57开关柜超声检测超标，通过仪器能听到明显放电声，存在表面放电现象，经定位发现局放源均位于柜体上部桥架，如图1所示。

图1　开关柜局放检测定位

利用Ultra TEV Locator多功能局部放电定位仪对110kV李园变35kV开关柜进行带电局放测试。技术人员首先进行TEV检测，先进行背景值的测试，发现背景值很大，说明现场干扰很强烈，随后进行开关柜检测，开关柜的检测部位为前面中部、下部以及后面上部、中部、下部。发现所测开关柜均有不同程度的超标，最大值为54dB(53柜前下部)，为了确认异常信号的来源，使用双探头进行时间差定位，最终发现信号来自外界，而非柜体本身，该信号属于外界干扰信号。

由于空间电磁脉冲(空间电晕、无线电等)可穿透进入开关室，在被测开关柜金属外壳上或之外的金属表面均会感应出TEV信号，对检测结果造成干扰，所以所测开关柜上TEV值会偏大[3]。

进行超声波检测，发现51、57开关柜超声检测超标，同时通过仪器配置的耳机能听到明显的放电声，随后使用检测仪器进行定位，发现信号来自柜体后上部桥架位置。根据以往检测经验，暂态地电压数值在正常范围内，而超声波幅值较大时，此类缺陷极有可能为表面放电。检测数据如表1所示。

表1　51、57开关柜超声波局放及暂态地电位测试数据

注：TEV检测背景值为35dB(取地面金属、门、灭火器箱三个测点的平均值)

3　放电原因分析

综合分析引起放电的原因，主要有以下几点：

(1)套管内部屏蔽环的位置设计不合理，也是本次故障的主要原因，从电场强度分布来看，穿墙套管与柜体连接法兰处电场最强。该型号穿柜套管屏蔽环安装在该套管中间法兰上部灌注线处，而并非在电压波动最大的中间法兰处，在接触压力不均的屏蔽环弹性钢卡上，反复放电，引起反复过电压，致使穿柜套管薄弱处(套管灌注过程中的气泡或杂质)局部放电，造成绝缘材料不断老化，直到绝缘被击穿，造成以上故障。

(2)随着开关柜的小型化的发展，造成柜体尺寸的缩小，大大减小了柜内设备的相间及对地距离，虽然采取了加装绝缘隔板的措施，但是在阴天、下雨等环境湿度较大的条件下，造成凝露现象，会进一步造成设备锈蚀趋势，大大降低了设备绝缘性能，易造成爬电[4,5]。

(3)由于该型号穿柜套管采用非整体性磨具一次性灌注而成，灌注过程中内部有微小的气泡或杂质，造成穿柜套管绝缘内部存在潜伏的缺陷。

(4)大气污染不断加剧，逐渐污染了设备的绝缘子、套管及母线，从而产生污闪。开关柜上部与外界有气孔相连，但开关柜内的空气流通速率不够大时，且当湿度和灰尘较大时，易使绝缘件的表面积污。

4　处理过程

为了避免设备故障，立即联系厂家准备配件，并安排计划停电处理。打开51、57开关柜后柜封盖发现，穿柜套管固定法兰下部有明显放电痕迹，穿柜套管内部有少量金属粉末，初步判断为该设备在过电压下放电击穿，穿柜套管屏蔽环未能起到均压屏蔽作用，电晕放电所致。立即对此故障套管进行更换，更换新型加强绝缘屏蔽套管。

结合停电，现场作业人员对其他开关柜进行检查，发现触头盒、穿柜套管均存在不同程度的轻微放电痕迹，且穿柜套管内存在凝露严重。考虑该变电站所处环境(潮湿，灰尘大)及现场设备状况，对35kV开关柜采取如下改造措施：

(1)35kV开关柜原穿墙套管不带屏蔽，母排对其严重放电，对桥架及开关柜内穿柜套管、触头盒进行更换。

(2)35kV开关柜原套管安装板为数控冲床加工，圆周为N个小孔排列完成大孔，形成无数个尖端，与套管外壁形成尖端放电。更换套管安装板，采用激光加工不锈钢安装板，切割面光滑、无毛刺。

(3)对所有上下支排进行规范倒角(R角)，并对加工过的接触面进行刷镀。

(4)更换母排上的老化热缩套管和绝缘套盒，热缩材料采用美国瑞侃的材料，特别是在包封接头时，将两端用热缩套管头用高压自粘胶带封包好，防止水汽等渗入。

(5)在开关柜底部采用美国Polywater延时发泡自流平技术，防止来自底部湿气进入开关柜内，改善柜内运行环境，有效杜绝柜内凝露。

(6)开关柜内增加除湿装置，加装带风机加热器，通过加热器附带的风机将热量扩散到断路器室内，以干燥开关室内空气。

5　结束语

开展开关柜局部放电带电检测工作，有利于掌握设备的运行工况，对异常情况及时进行监视和有计划地安排处理，将事故隐患消除在萌芽状态。对于表面放电最成功的检测方法是使用超声波技术，很多情况下，表面放电不会被TEV传感器检测到，但可以被超声波传感器所检测到；TEV检测法主要针对的是内部放电。通过局部放电带电检测工作在很大程度上避免了因设备故障所引发的非计划性停电，增强系统供电的可靠性。

参考文献：

[1] 周光宇.开关柜局部放电带电检测及定位的方法研究与应用[J].机电信息, 2015(12):23-24.

[2] 李海德.基于TEV与超声波的高压开关柜局部放电检测方法研究[D].华北电力大学,2013.

[3] 王超，朱颖，张汉雄，等.开关柜局放带电检测数据异常的缺陷诊断及处理[J].江西电力,2016(4):47- 49.

[4] 王立.开关柜暂态地电压、超声波局放带电检测技术运用探讨[J].科技创新与应用,2016(25):192.

[5] 吕旭军，盛跃峰，王毅超，等.变电所10kV开关柜自动除湿装置研究与应用[J].通讯世界,2015,27(2):84- 85.