高压开关柜局部放电带电检测技术的应用

柴靖

摘要：高压开关柜一般用于电力系统发电、输电、配电、电能转换和消耗等工作，可以起到通断、控制或保护等作用，电压等级在 3.6kV-550kV 之间，可以分为高压负荷开关、高压隔离开关与接地等几大类。在实际工作中，高压开关柜往往存在局部放电问题，造成绝缘劣化，加速绝缘损坏过程，整个系统的电能消耗也会因此增加。分析局部放电现象、危害以及检测技术十分必要。

关键词：高压开关柜;局部放电带电;检测技术

1开关柜主要缺陷及放电类型

开关柜缺陷：高压开关柜由于其特殊的结构性，发生问题的概率较高。另外因污秽、绝缘薄弱、小动物侵入等原因常引发事故，表现为柜内 CT 的绝缘击穿、绝缘材料开裂等;瓷瓶套管爆炸、绝缘击穿、脏污闪络，过电压闪络击穿，相间绝缘闪络，内绝缘对地闪络击穿，外绝缘对地闪络击穿。 高压开关柜发生事故的原因概括主要有以下原因：（1）爬距和空气间隙不足：爬距以及空气间隙不够是开关柜发生绝缘损坏事故的主要原因。 尤其是手车柜，为了达到缩短柜体尺寸的目的，大幅度减小柜内的断路器，完全隔离插头相间或是对地距离，却未采取有效措施保证绝缘强度。（2）生产安装质量和施工工艺不良：安装和施工的工艺对开关柜整体耐压水平有很大的影响。 柜内的相关配件能够通过耐压试验，但是开关柜整体却不能通过，主要是由于装配质量差。 比如紧固螺丝不规则，拧紧后螺杆长出螺母过多;有些支持瓷柱的紧固底板成“丁”型，在支持瓷柱处作特殊处理，这样既可以缩短绝缘距离，又能够造成电场相对集中。（3）搭接处接触不良，长期发热导致事故：当接触不好时，该接触电阻增高引发发热，严重时会直接烧毁连接处设备，引起短路故障。（4）周 围环境的影响 ：随着环境污染不断加剧 ，空气污染也不断加剧，也使电力设备的绝缘子等部件受到污染。 分析多年来污闪事故，总结出发生污闪的原因主要有二：①（客观存在的）是污秽和潮湿两个因素同时存在于绝缘件的表面，产生污闪的可能性较大。 ②（人为原因）是绝缘子串的泄漏距离偏小，不能适应污秽和潮湿的环境。

2 开关柜局放检测原理及测试方法

2.1 基本原理及参数

局部放电具有表现形式的多样性特征， 如它可同时以超声波、光、电脉冲等的形式向外传播。 不同阶段的局部放电或不同类型的局部放电又具有其表现形式的主次性特征， 如绝缘内部放电的电磁高频特征较为常见， 空气中表面放电以声发射特征为主。 爬电属于间歇性放电现象，电磁辐射特性不明显，声波特征较强但也不十分稳定;电晕放电电磁辐射稳定，声波特征也稳定但相对弱。当局部放电发生时，就会产生电磁波，向外传播的同时会金属壳内表面形成脉冲电流， 同时在集肤效应作用下形成一个暂态电压脉冲（地电波）。 利用（容性）探头即可检测到脉冲，从而反映局部放电情况，如图 1 所示。

由气体的放电理论可以得出， 局部放电部分能量会以声波的形式向周围传播。 在室温和标准大气压条件下，声波传播的距离和衰减的快慢快速取决于放电过程中释放的能量大小。 利用（超声波）探头即可检测这些声脉冲，从而反映局部放电的状况。一般来说，电磁波在油纸、环氧介质中的穿透性较强，在空气中的衰减性大，而声波在油纸、环氧介质中的衰减快、放射强。

主要技术参数及指标：传感器中心频率：30～50kHz 之间;分辨率：1～2dB;精度±1dB;测量范围：-7～60dBμV;传感器灵敏度：不小于-65dB;外差频率：30～50kHz 之间。

2.2 检测方式

（1）地电波检测方式由于外部的电磁脉冲会进行变电站内， 会对检测结果造成干扰主要是由于外部的电磁脉冲会在开关柜的金属表面均会感应出地电位。 因此，测试前需要在电房金属门及空气中各进行一次测量，掌握周围环境干扰水平。 正常时候，对开关柜的上柜、中柜、下柜以及两个侧面进行检测。（2）超声波检测方式超声波模式时应首先测量测试背景的干扰噪音， 另外超声波模式可有效避免空间的电气干扰。 首先，根据柜子的类型及高度等选择具体型号的传感器。 测试时，将传感器放置在开关柜的缝隙处以接收从内部传出的放电信号。

2.3 判断依据及方法

根据电网公司状态检测的经验，地电波读数若超过 20dB就应引起注意。 同时，该读数应与被测环境的干扰读数、以及其他开关柜的数据进行比对。 选择超声波功能进行检测时，根据以往的经验认为当相对读数超过 7dB 时应该引起注意。 当超过 15dB 时，人应能够分辨具体的放电声响。另外也可以通过比较法（纵向比较及横向比较法）进行判断。 所谓横向比较就是对同类设备的测试结果进行比较，当同类型的某一设备个体的测试结果比其它同类设备的测试果均大时， 就可以此设备存在缺陷的可能性; 所谓纵向比较的方式，是对不同时间的同一各设备的测量数据进行分析比较，从而判断得出设备的运行情况。

3高压开关柜局部放电带电检测的优势

近年来，随着供电安全性和稳定性要求的不断提高，高压开关柜局部放电带电检测显得至关重要。当前，我国电力生产管理的主要方法是高压开关柜的局放检测，其可以迅速找到柜内的问题，随时了解设备的实际运行情况。相对于传统的停电检测方式，高压开关柜局部放电带电检测的优势具体表现在如下两点。第一，经济优势。无论是定期的例行检修还是试验，都必须要在停电的基础上开展，这样就势必会出现由于停电而产生的经济损失，并且容易出现过修或者失修的问题。但是如果采用高压开关柜局部放电带电检测技术，就可以在很大程度上防止這种情况出现。第二，技术优势。通常，就利辛实验条件来讲，停电和设备运行中存在很大的差异[3]。运行过程中设备容易受到多种因素的影响，如应力因素以及电磁场因素等，这些都是不能在停电的状态下可以模拟的。在停电条件下开展的实验往往都不能准确找到绝缘缺陷。缺陷潜伏发展都需要一个过程，在这个期间进行带电检测，可以将绝缘状态下所有信息情况都全面反映出来。但是例行试验的前提条件是必须要在停电情况下进行，通常都无法迅速正确的找到故障。如果在检测设备实际运行情况时采用局部放电带电检测技术，可以更加方便的了解设备实际使用情况。

4开关柜带电检测的建议

在供电可靠性要求越来越高的情况下， 不停电的高压开关柜局部放电带电检测，显得尤其重要。 开展高压开关柜的局放检测已成为电力生产管理的重要手段之一， 它能有效的发现柜内缺陷，实时掌控设备的运行情况。 与传统的停电检测方式相比具有以下优点：（1）经济优势：定期的例行检修及试验均需要在停电的状态下进行，这样无法避免因停电带来的经济损失，另外也会带来计划安排难度的增加。 而且存在失修和过修的情况，而带电检测可以避免此情况;（2）技术优势：停电的例行试验条件与设备运行时的条件完全不同。 运行时设备有诸如电磁场、 应力等其它因素的影响，这些是无法在停电时模拟的，在这样条件下进行的试验很可能发现不了潜在的故障及绝缘缺陷; 缺陷的潜伏的发展是有时间性的， 在此期间开展带电检测能够反映绝缘状态各种信息情况。 例行试验却是定期停电下进行的，经常不能及时准确的发现故障：①漏报;②误报或早报。 但局放带电检测在设备运行情况进行检测，更有利于掌握设备实时动态。

结束语

局部放电难免会损坏电力系统部件，也会造成不必要的电能消耗。当前普遍运用的检测技术包括暂态地检测和超声波检测。这些检测技术的基本原理是不同的，在实际工作可以结合具体情况选择适宜的检测技术。这样可以保证检测结果的准确性，也可以提高检测效率。

参考文献

[1] 罗 杨，刘彦琴，郭 超，等 . 高压开关柜局部放电检测及应用 [J]. 电工电气，2018，（9）：56-59.

[2] 蔡智超 . 高压开关柜局部放电检测技术应用的相关探讨[J]. 科技创新与应用，2018，（5）：143-144.

[3] 江 涛，朱兴刚，江 明，等 . 开关柜局部放电带电检测技术的应用 [J]. 安徽电气工程职业技术学院学报，2015，20（1）：54-56.