35 kV开关柜母线异常放电分析

梁 雯，宋方超，张春旭，金爱民

（国网山东省电力公司烟台供电公司，山东 烟台 264000）

0 引言

为满足社会经济不断发展的需求，电力系统逐渐向大容量、特高压方向发展，这对电网安全和设备运维质量提出了更大挑战。因此，掌握电力设备带电检测技术手段、实现电网设备状态管控、保证电网安全可靠运行是供电企业现阶段面临的重要课题［1］。

经过多年的探索实践和发展，电力设备带电检测逐渐成为发现设备隐患的重要手段，国内外已形成相对成熟的带电检测技术，如局部放电检测、红外热像检测、避雷器阻性电流检测等［2-6］。国内学者针对带电检测技术进行研究，成功通过红外热像检测发现设备过热，利用暂态地电压检测出开关柜内部放电现象，以及通过超声波和特高频检测发现GIS设备内部放电缺陷［7-13］。这些都有效证明了带电检测对超前发现设备隐患具有重要意义。

对某220 kV变电站35 kV高压室内开关柜进行带电检测时发现异常放电声音，通过暂态地电压、超声波和特高频检测3种方法，综合判断35 kV 6号电容器327柜母线室存在较严重的悬浮放电和一定程度的沿面放电，对放电源进行准确定位。最后结合停电工作对该开关柜进行解体，验证了柜内确实存在悬浮放电和沿面放电，并对缺陷部位进行处理，成功消除该项缺陷。

1 缺陷检测与分析

带电检测人员于2017－11－26对某220 kV变电站35 kV开关柜进行带电检测时，发现35 kV高压室内某开关柜存在轻微的异常放电声音，现场检查开关柜外观无放电痕迹。检测人员立即用T90四合一局部放电检测仪，采用暂态地电压、特高频和超声波3种检测方法对该35 kV高压室内开关柜进行异常放电检测。

1.1 暂态地电压检测

当开关柜内部发生局部放电时，放电信号会向外传播，通过缝隙传出开关柜，并在柜体表面形成脉冲电流，可以通过专用测试仪的传感器耦合此脉冲电流，测量其暂态地电压，以此判断信号的大小。利用暂态地电压检测到的数据如表1所示，检测背景幅值40 dB。

表1 暂态地电压检测数据 dB

从表1可知，暂态地电压检测背景幅值较大，经分析为内部放电强度较大，信号传播至外部空间与原背景值叠加所得。因此，虽然检测最大值与背景值的差值为18 dB，但实际信号最大值与背景值的差值高于18 dB。从分布来看，主要集中于柜体后中、后上部，覆盖间隔较多，且幅值差别不大。

1.2 特高频局部放电检测

设备内部发生局部放电时产生的放电电流脉冲具有上升前沿陡、持续时间短、能够激发频率达100 MHz以上的电磁波的特点。电磁波从放电点向外辐射，可以通过传感器耦合局部放电产生的特高频电磁波信号，实现设备内部局部放电信号的检测，通过对比典型放电图谱，判断放电类型。检测人员利用特高频检测到的数据如表2所示，图谱如图1～3所示。其中，图1～3中左侧为局部放电相位分布图谱（PRPD），右侧为脉冲序列相位分布图谱（PRPS）。

表2 特高频检测数据

图1 低通检测图谱

图2 高通检测图谱

图3 特高频背景图

从表2及图1～3可知，特高频检测背景同样很大，靠近设备区域的空间背景在低增益下可达58 dB。靠近检测窗口时，低增益高通下幅值为59 dB，四面柜体幅值差别不大，但放电重复率以6号电容器327柜相对较高，图谱特征具有较明显的悬浮放电特征，即放电信号在工频相位正、负半周均会出现，且具有一定的对称性，幅值大，相邻放电信号时间间隔基本一致。在低通下，幅值54 dB，放电重复率降低，图谱特征转为类沿面、空穴放电特征，即放电幅值较分散，放电次数少，间隔不稳定。据此推断内部放电类型不唯一。

1.3 超声波局部放电检测

设备内部发生局部放电时，也会伴随产生超声波信号，超声波信号向外扩散，可以通过超声波传感器检测到，进而判断设备内部局部放电情况。检测人员利用超声波（AE）检测到的信号数据如表3所示，图谱如图4、图5所示。

表3 超声波检测数据 dB

图4 超声波检测背景

图5 327柜顶部缝隙超声检测

从表3及图4、图5可知，检测空气背景峰值为-6 dB。开关柜中、下部检测基本无异常，但在柜体顶部缝隙检测时，可见异常。6号电容器327柜顶部缝隙峰值达23.3 dB，且伴有明显的50 Hz、100 Hz相关性，且100 Hz相关性大于50 Hz相关性，符合悬浮及沿面放电特征。相邻间隔顶部亦可见一定程度的超声波幅值异常。

通过以上3种检测方法的综合分析，初步判断35 kV 6号电容器327柜母线室存在较严重的悬浮放电和一定程度的沿面放电。

2 放电源定位

由于检测到的放电信号较强，无法通过特高频和暂态地电压的幅值法准确判断放电源位置，因此只能通过超声波检测到的幅值初步判断放电源位于柜体中上区域，靠近6号电容器327柜、5号电容器326柜区域。

为了准确判定放电源，利用特高频局部放电检测定位仪和高速数字示波器对所测信号进行采集、定位。

图6 定位示意

图7 基于时差定位的放电源位置

图8 放电源的放电主频率

首先，将两个特高频传感器分别放置于6号电容器327柜和5号电容器326柜前面上部的可视窗上接收放电信号，如图6所示；然后通过示波器得到两个传感器接收到的波形，如图7所示。此时，检测人员可以通过时差定位法准确计算放电源位置，还可以通过调节示波器波形，得到放电源的放电主频率，如图8所示。

时差定位法的原理如图9所示。

图9 时差定位法

其计算公式如式为

式中：x为放电源距离左侧传感器的位置，m；L为两个传感器之间的距离，m；c为电磁波传播速度，3×108m／s；Δt为两个传感器检测到的时域信号泊头之间的时差，s。

经计算，放电源位于距离327柜测点约0.1 m处，放电主频率375 MHz。

检测人员建议结合停电工作，重点对35 kV 6号电容器327柜进行整体检查、异物清理和除湿。处理前应缩短检测周期，跟踪监测异常信号发展趋势。

3 缺陷处理

检修人员对35 kV高压室5号母线进行停电检修。检修人员首先打开母线盖板，对现场6号电容器327母线室进行检查，发现B相母线在穿板套管处存在较多灰尘，且套管内壁处的母线排存在发黑变色现象（其余两相均正常），如图10所示，图中红圈部位为变色部位。

图10 母线排存在发黑变色现象

由于母线室空间有限，不好观测，检修人员将327柜与326柜的B相连接母线排和穿板套管拆除，如图11所示。

图11 拆解下来的母线排与穿板套管

拆除后，检修人员发现主要放电点为均压弹簧片与穿板套管连接处，均压弹簧片与内壁金属层放电，损坏情况较为严重，进而导致母线排和套管内壁产生沿面放电。图12为均压弹簧片烧毁情况，图13为穿板套管内壁放电情况，图14中红圈部位为穿板套管内壁放电点。

图12 均压弹簧片烧毁

图13 穿板套管内壁情况

图14 穿板套管内壁放电点

通过现场检查，分析放电主要原因：1）均压弹簧片在长期使用后弹性减弱且发生了一定程度的变形，导致正常情况下无法与内壁金属层良好接触，使弹片与内壁金属层产生了较大的电位差，进而导致均压弹簧片对内壁放电；2）B相母线在穿板套管处存在较多灰尘，灰尘的附着使母线排和穿板套管产生一定程度的沿面放电。

检修人员对母线排及穿板套管进行处理：1）使用酒精对母线排及穿板套管进行擦拭，除去上面的灰尘及放电附着物，处理完成后分别对母线排和穿板套管进行绝缘电阻测试，测试结果符合要求；2）更换均压弹簧，清除弹簧片周围杂物，多次试验验证弹簧片与内壁接触良好；3）将穿板套管旋转180°，使均压弹簧片不与原来放电处连接，转而连接无损坏的另一侧。

全部处理完成后，将母线排及套管复位，对整条母线进行耐压试验并用超声波检测仪检测是否还存在放电情况。检测结果表明，母线通过了耐压试验并且现场无明显放电现象。

4 结语

通过一起35 kV开关柜内部母线异常放电缺陷的发现与分析，验证了带电检测技术在提前发现设备缺陷排查设备隐患方面具有不可或缺的作用。通过3种局部放电检测方法的对比，得到超声波局部放电检测法对开关柜类设备内部异常放电测试较为灵敏，特高频局部放电检测法更合适用于放电点定位的结论。

解体检修后，发现开关柜内部母线异常放电的主要原因是均压弹簧片与穿板套管内壁金属层接触不良。如果均压弹簧片的材质不佳或安装不到位，就会在长期运行中引起弹簧片与穿板套管内壁的接触不良，从而产生局部放电。

山东省内已发生多起该结构设计的等电位连接部位放电缺陷，因此，建议厂家改进设计，采用螺栓固定等可靠连接方式，避免类似缺陷发生。同时，对此类结构开关柜，应加强巡视力度，制定详细的带电检测计划并执行，以便提前发现问题，防患于未然，进一步确保电网的安全稳定运行。