基于声电联合法的高压开关柜内部局部放电故障定位与分析

刘大永 马文清 李金月

摘要：为实现高压开关柜的安全可靠运行，针对某开关柜内部局部放电的案例，采用暂态地电压（TEV）检测技术、超声波（AE）检测技术及特高频（UHF）检测技术对开关柜进行检测并发现存在局放信号；利用平分面法从横向、纵向及深度三维空间对局放源的位置进行了定位；依据相关的检测数据、讨论分析了局放的幅值、类型及原因，经处理后局放信号消失。研究表明：多种检测技术和超高频法定位技术对开关柜内部局部放电故障的检测和准确定位提供了现场应用基础。

关键词：高压开关柜；局部放电；暂态地电压；超声波检测；特高频检测

中图分类号：TM835.1 文献标识码：HTA

高压开关柜是城市配电网中的重要设备，它位于变电站变压器低压侧，是变压器与负荷用户的连接导体，其主要作用是进行开合、控制和保护用电设备。根据高压开关柜事故分析1992-2002年，10年期间，高压开关柜绝缘故障占48%。因此，对高压开关柜的绝缘性能进行连续的监测，掌握其当前运行状态并预测其发展趋势，为高压开柜维修提供切实可靠的依据。开关柜内部发生金属毛刺、气泡等绝缘缺陷时[1-2]，在这些缺陷处容易产生极强的电磁场，导致电荷定向移动，从而激发出高频电磁波，检测方法包括超声波（AE）法、暂态地电压（TEV）法及特高频（UHF）法等，并且形成了相应的典型案例库[3-5]，并对局放源进行空间定位，依据相关的检测数据，讨论分析了开关柜内部局部放电的幅值、特点、类型及原因，并提出了具体的处理方案。

1 开关柜局部放电检测技术

1.1 开关柜局放的原因

高压开关柜局部放电主要表现为设备绝缘问题，常见的原因如下：

（1）爬距及空气间隙不够。

（2）制造质量差，工艺不良。

（3）环境条件的影响。

（4）雷击过电压造成开关柜闪络。

1.2 暂态地电压检测技术

它的原理是耦合开关柜外壳上的放电信号；该方法原理简单，灵敏度高，定位准，便于实现。但是在现场测试时，干扰信号较多，需要从众多的噪声识别局部放电信号，因此这种方法的使用推广受到了一定的限制[5-9]，见图1。

1.3 超声波检测技术

超声波法：开关柜内部发生局部放电时，产生从几十赫到几兆赫的信号，并会产生振动、声音物理现象，因此超声波是局部放电信号的体现。开关柜封闭性好，超声波信号就更不容易被检测到，因此用超声波信号检测局部放电信号就要求操作人员有丰富的经验[9-12]。见图2。

2 局部放电案例的综合诊断

在呼西配电所安装IMD故障预警系统，监测到明显的局部放电信号，并且南侧柜体从“所用变二”柜到“呼准旁路”柜放电量依次减小，北侧柜体从“所用变一”到“自闭二”放电量依次减小，北侧放电量大于南侧。

2.1 开关柜本体放电情况试验

用TEV传感器检测发现开关柜有放电现象，用特高频传感器检测发现附近墙体、电缆、空间等均都有放电现象。接着用超声波传感对柜缝等进行检测，未发现明显放电现象。如图3所示是对进线保护二开关柜用TEV传感器及开关柜局部放电检测仪检测结果，现柜体有放电现象。

开关柜本体能检测到放电量可能是开关柜内部发生放电，也可能是外界辐射至开关柜，因此用超声波传感器对柜体本身进行放电检测。由于超声波传感器未检测到明显的放电现象，因此，初步假设放电来自空间，接下来在空间范围内检测放电位置。

2.2 空间范围内进行检测

2.2.1 水平方向的放电位置的确定

把TEV传感器A、B放在l、2位置进行帶电检测，用示波器进行观察，能看到明显的时间差，把传感器按照箭头顺序依次上移，发现传感器在位置5最先接收到放电信号，说明放电点可能来自于5号位置所在的开关柜，也有可能来自于电源进线二及计量柜的电缆（即e组电缆）放电。见图4。

2.2.2垂直方向上的放电点位置的确定

由于来自于开关柜和电缆放电，因此利用方向传感器来测量空间放电。把方向传感器分别放置于开关柜端以及电缆端，测量传感器接收到信号的时间差，以此来计算传感器之间的距离。测得的距离与传感器实际距离越接近，说明距离放电点越近，先收到信号的传感器也就越接近放电源。

按照上图方式放置传感器，能看到明显的时间差，如图5所示，经过计算，时间差为4ns，计算得两传感器之间距离得1.2m，两传感器实际距离为1.74m。同样方向靠近电缆放置传感器，传感器A先接收到信号，测量结果如图5所示。经过计算两传感器时间差为5.5ns，经计算两传感器距离为1.65m，经测量两传感器之间距离为1.74m。

通过以上实验证明，传感器接近于电源进线一及计量柜的进线电缆时，根据时差所计算的距离更接近于传感器的实际距离，并且接近穿墙套管的传感器更早收到信号，因此，初步确定，放电来自电源进线一及计量柜的进线电缆。

2.2.3墙体内外放电位置确定

由于现场情况复杂，首先要确定放电点位置到底是在穿墙套管，还是电线杆，因此，我们在室外进行放电点检测。

传感器在位置1时，时间差最长，传感器远离此处，时间差越小如图6B所示，将传感器分别放于1、2、3点处，测得时差如表1所示：

图6说明放电点更接近1的为位置。因此锁定为绝缘子或者避雷器内部放电。

2.3 确定电缆放电相

通过上述试验证明是e组穿线套管或者绝缘子放电。用高频电流互感器卡分别卡在电缆A、B、C相上，看出B相幅值最大。用声电一体传感器及便携式局部放电检测仪、电缆局部放电监测仪进行验证，都能检测到明显的放电波形，并且能准确测得放电时刻的放电量。得到结果如表2所示，证明确实B相放电。

把电源进线一及计量进线电缆断电，TEV在线检测传感器仍然报警，用同样的步骤进行检测，发现车站出现电缆穿线套管B相有放电。

3 结语

为实现高压开关柜内部局部放电准确、快速查找及定位，结合局部放电案例，采用暂态地电压、特高频、超声波等多种检测技术分析了开关柜内部局部放电特性，通过声电联合局部放电测试方法对开关柜局部放电进行精确定位和测试分析，可以大大降低设备维护时间，提高维护效率。 同时针对有疑似局部放电的开关柜进行长期跟踪，利用趋势分析、横向对比、纵向对比及统计分析等方法对局部放电源进行综合的评估，为下一步开关柜的状态检修提供可靠的数据。

参考文献

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