特高频和超声波在开关柜局部放电带电检测中的应用

赵小宇 满少杰 佟雷 王兆熹 王祎明 赵晴

摘要：目前，在开关柜实时检测领域，应用较多的方法有：暂态地电压法（TEV）、超声波检测法等。随着经验的积累和时间的推移，测试人员发现，有时这两种方法并不能有效地发现放电现象。经过技术的不断发展，试验人员发现，特高频方法对于高压开关柜局部放电现象的发现和判断也是非常有效的。

关键词：局部放电;高压开关柜;带电检测;应用

1特高频局部放电检测的原理

电力设备局部放电是指电力设备绝缘系统中部分被击穿的电气放电，这种放电可以发生在导体（电极）附近，也可发生在其他位置。特高频局部放电检测技术是基于探测局部放电所发出的电磁波信号，局部放电过程中将产生很陡的脉冲电流，其快速上升时间小于1 ns，并向四周辐射出频率高达数GHz电磁波。特高频检测是通过UHF传感器检测特高频电磁波（频率范围300～3 000 MHz）信号，从而获得局部放电信息，通过分析相关信息，给出判断结论。根据现场设备情况不同，可以采用内置式特高频传感器或外置式传感器。

2传统高压开关柜超声波带电检测技术的基本原理

在局部放电发生时，放电点的基础状态被打破，其所处的空间环境失去平衡，发生机械振荡，传递出声音或振动信号。固体和液体振动幅度较小，而气体的振动幅度较大。放电会产生声波，一般来说，其频率范围最小只有几赫兹，而最大可达到几兆赫兹，而人类的听觉器官在不借助外部辅助的情况下，是不可能听到高于20kHz的声波，所以在进行检测工作时，工作人员需要借助超声波传感器。传感器根据使用情况分为几种类型，敞开式的灵敏度较高，但有效频率基本固定在40kHz。压电式的灵敏度较差，但频率覆盖范围较宽，一般为20～200kHz。

3高压开关柜局部放电带电检测应用

开关柜局部放电检测时，应首先测量背景噪声。有条件时需分别测量空气背景和金属背景。然后尽可能关闭周围空间中的干扰源，如空调、手机、日光灯、SF6在线报警装置、除湿装置等。由于室外的一些干扰源发出的电磁波也可能造成影响，包括雷达、广播、电台、无线电信号等，因此测量背景噪声时，应该需要多次记录，并取其平均值读数。使用暂态地电压法测量时，应在开关柜柜体表面选择多个检测点，根据柜内设备的安装位置，通常会在前柜门中部和下部各选择一个检测点，（因为前上部无高压设备，一般为二次端子），在后柜门通常会在上部、中部和下部各取一个检测点;高压室内存在较多开关柜时，一般会成行布置，对处于行两端的开关柜还应在两侧柜门的上部、中部和下部各取一个检测点，信号也尽可能选择在柜内设备的中心位置。检测时，传感器探头和其要测量的金属柜体表面之间，一定要紧紧贴住，出现任何一些细小的空隙，也会对测量结果造成影响。使用超声波法进行检测时，一定要使用敞开式传感器，尽量在留有空隙的部位进行检测，可以选取柜体间空隙、散热孔、观察窗等部位，并尽量不要碰触金属柜体。检测过程中传感器应缓慢移动扫描，不遗漏任何可能泄露聲波信号的缝隙。使用特高频法测量时，由于特高频信号不能穿越金属柜体，传感器应紧密贴在观察窗、散热孔等位置，不能贴在开关柜金属表面。

4应用实例

某220 kV变电站在开展特高频局部放电带电检测时发现1号主变301开关柜内存在放电信号，初步判断301开关柜柜内存在局部放电缺陷，需开展停电查找故障原因。

4.1超声波和暂态地电压联合检测

在对301开关柜进行超声波和暂态地电压检测时，其测量结果均满足《国网运检部关于印发变电设备带电检测工作指导意见》的通知规定：超声波检测无典型放电波形或音响，且数值≤8 dB;暂态地电压测试相对值≤20 dB。

4.2特高频局部放电检测

在对301开关柜进行特高频局部放电检测时，高压室内背景显示正常，但在301开关柜后下柜门的玻璃视窗处检测到典型的放电图谱，检测到的最大放电强度达57 dB，参考Q/GDW11059.2—2013《气体绝缘金属封闭开关设备局部放电带电测试技术现场应用导则第2部分特高频法》，初步诊断分析为悬浮电位放电，经验判断为严重缺陷。观察开关柜内部结构，后下柜门玻璃视窗对应柜内设备有：电流互感器、带电显示传感器及母线引下排等，故怀疑放电源可能为柜内电流互感器或带电显示传感器。

4.3停电试验检查

（1）外观检查。对301开关柜内的互感器、带电显示装置、铜排等进行详细检查，未发现带电显示装置和铜牌有异常及放电痕迹，但穿心互感器的等电位连接线与内壁粘接处均有不同程度的不平整、不光滑，有明显毛刺。将三相互感器拆下后，发现互感器内的等电位连接线直接用胶粘贴在TA内壁上，粘接处有部分翘起，运行过程中有可能产生悬浮电位。轻扯等电位连接线便可将粘接处扯开，并且发现其粘接面有大量的绿色粉末。

（2）试验诊断分析。在对301电流互感器进行外观检查之后，继续对电流互感器开展了绝缘电阻和脉冲电流法局部放电试验。301电流互感器整体绝缘电阻良好，通过脉冲法开展局部放电试验，依据DL/T 417—2006《电力设备局部放电现场测量导则》，三相电流互感器有两相局部放电数据严重超标。

4.4原因分析及处理

通过现场停电检查，301开关柜中的电流互感器等电位连接线与内壁的连接不可靠，在运行时产生悬浮电位放电，是导致特高频局部放电信号明显的直接原因。通过停电局部放电试验检测，发现了A、C相电流互感器局部放电超标，如果继续投运必将带来严重隐患。为确保安全运行，更换了互感器及连接支排，处理后对互感器连同支排开展了耐压试验，并在升压至运行电压后进行了超声波、暂态地电压和特高频局部放电检测，结果显示正常。

结束语

目前，由于设备绝缘性故障都从局部放电开始，高压开关柜的停电试验周期较长，绝缘缺陷在两次停电试验间很难被发现。因此，运用带电检测方法发现设备的放电信号，以此替代停电试验，从而及时有效的发现缺陷，预防事故的发生。

参考文献：

[1]张刚，开关柜局部放电带电检测技术的应用.2018.

[2]江兴刚，浅谈特高频法在高压开关柜局部放电带电检测中的应用.2019.