10kV开关柜局部放电带电检测及解体耐压试验分析研究

陈程举 孔春阳 张顺

摘要：随着经济发展以及人民生活水平大幅提升，对于电力资源的需求越来越大，这不仅要求供电企业要保持充足的电力能源供应，同时也要充分保障电力系统的安全运行，降低电力系统发生故障的风险，提升系统的稳定性与可靠性。10kV开关的主要作用是控制与保护电路，目前，在变电站中10kV开关柜的应用比较广泛，且配套技术也比较成熟，但是受设计、安装以及运维等方面的影响，10kV开关柜在运行过程中也出现了比如局部放电超标等多种故障，影响了电力的安全运行。基于此，本篇文章对10kV开关柜局部放电带电检测及解体耐压试验进行研究，以供参考。

关键词：10kV开关柜;局部放电;带电检测;解体耐压试验

引言

开关柜集成了断路器、刀闸、互感器、避雷器等重要一次设备，其安全稳定运行是电网可靠供电的重要前提。与传统敞开式设备相比，开关柜具有自动化水平高、占地面积小、可靠性高等优势。开关柜是电力系统发电、输电、配电、电能转换和消耗中起通断、控制或保护的作用，对电网安全运行和正常供电有着重要影响。因此对开关柜的局部放电带电检测及解体耐压试验就显得尤为重要，当发现开关柜存在局部放电现象，应该及时检查、准确分原因、积极采取措施，防止故障蔓延恶化而导致事故发生，保证电力设备安全稳定运行。利用带电检测技术对开关柜内的局部放电进行分析和定位，可以避免停电试验方法的局限性，从而更容易发现潜伏性缺陷，而且避免了停电造成的损失和风险。

1开关柜局部放电检测应用情况

随着工业检测设备工艺的科学化和操作人员的专业化，一系列技术问世，逐渐形成了一个相对全面的工业类实际应用的系统测试。不少单位成功开展了暂态地电压、超声波、特高频、红外测温、紫外成像等带电检测项目，包括超声波、超高频以及微波等，可以形成一些图像，通过这样的方式可以对带电的设备进行安全检查，并在这个基础上察觉载波电流误动故障、异物直接入侵、绝缘电路故障等安全隐患问题。由于开关柜的局部绝缘性缺陷而直接引起的开关局部尖端放电类型主要分为沿面局部放电、尖端局部放电、悬浮式尖端放电、内部尖端放电等，其中沿面尖端放电的类型所占的比例是最高的，其余部分尖端的放电类型所占的比例依次减小。分析开关设备的放电器件和器件局部直流放电及其能量功率分布的密度比例可以得知，穿柜式开关带套管和外壁开关设备的套管相关的器件，通过开关机柜表面放电，将能量的密度调至相对比例最高等。

2局部放电产生原因

在电场作用下，当局部区域的绝缘设备电场强度达到该区域的击穿场强时，该区域就会出现放电，但这一放电现象并没有造成击穿，称这种现象为局部放电。局部放电对绝缘设备的破坏是一个缓慢的发展过程，是一种典型的绝缘隐患。发生局部放电的条件取决于绝缘介质中的电场分布和绝缘的电气物理性能。在不均匀电场中，局部放电通常在电场强度相对较高、绝缘体电气强度相对较低的部位发生，其原因主要有以下几点。（1）设备本身的原因：绝缘材料不均匀，内部存在空洞和杂质，导体表面存在凸出，绝缘强度不足。（2）运行状态的影响：运行过电压，雷电波冲击，谐波畸变（3）环境因素的影响：潮湿、过热。

3局部放电检测方法介绍

3.1特高频检测技术

特高频检测技术的检测频率范围为通常为300～3000MHz，通过特高频传感器检测该频段电磁波信号来实现局部放电检测。其优势在于检测灵敏度高、对于开关柜等设备内的低频电晕抗干扰能力强，可用于局部放电缺陷的检测、定位和故障类型识别。局限性在于受电磁波衰减特性影响，无法检测全金属屏蔽设备，对于开关柜的特高频检测只能通过观察窗或设备缝隙进行，同时不能对缺陷劣化程度进行量化。

3.2超声波检测技术

超声波检测技术通过超声传感器采集设备局部放电时产生的超声波信号，处理和分析设备运行状态。根据传感器和检测方式的不同，超声波检测分为接触式超声波检测和空气传播式超声波检测。接触式超声波检测技术采用将传感器紧贴于电力设备金属表面，检测设备局部放电产生的超声波信号在金属表面传播所引起的振动现象;空气传播式超声波检测技术采用检测设备局部放電产生的超声波在空气中传播时的振动现象。开关柜超声波检测采用空气传播式检测方式，其优势在于抗干扰能力较强，可以对开关柜柜内局部放电信号源定位。局限性在于只能沿着开关柜缝隙进行检测，受超声波衰减特性影响，检测范围较小，同时对开关柜内部缺陷不敏感、受机械振动干扰较大。

3.3暂态地电压方法

当开关柜的内部组件与地面隔离时，如果发生局部放电，则会产生接暂态地电压信号。相应的放电能量将通过电磁波传输到开关柜的金属外壳，并且开关柜将接地。可以通过开关柜表面上的电磁波检测高频电流，并且可以检测相应的幅值和脉冲数据。

4开关柜放电解体试验分析

为了更好地验证以上试验探究的有效性，沧州供电分公司对10kV站用ST1和ST2开关柜进行了停电检修和解体耐压试验。在试验过程中，对下部电缆仓区域的三相均进行了8kV的加压操作，加压处位于ST1开关柜电缆端，加压的同时利用设备SDMT-PD74i进行了特高频检测技术放电检测。在各相试验回路中，分别有绝缘件避雷器、支撑绝缘子、电缆头和电流互感器4种绝缘设备。为了进一步确认开关柜中局部放电信号源的位置，每组试验回路均进行了多次试验，每次试验都是逐步移除上述试验回路中的绝缘设备，移除顺序依次为避雷器、电缆头、支撑绝缘子和电流互感器。现场测试情况如图1所示。

经过多次逐步测试和耐压试验，发现对于ST2开关柜，将任何一件绝缘设备从试验回路中移除时，测试得到的局部放电谱图均无明显变化，而对于ST1开关柜，将电流互感器移除后，局部放电信号显著衰减，因此初步判断ST1开关柜中的放电信号源在电流互感器内部。试验人员分别使用ST1开关柜中的电流互感器（编号为CT1）和全新的电流互感器（编号为CT2）进行了耐压测试，记录了其放电特性，现场布置情况与谱图特征如图2所示。由此可明显看出，在原ST1开关柜的电流互感器中存在明显局部放电现象，其内部存在绝缘缺陷等问题，需进行及时更换和跟踪检测。

根据上述测试与试验分析，可得出如下结果：对于10kV开关柜的现场运行状态和局部放电的检测，建议优先使用特高频检测技术方法进行放电幅值、相位分布特征等的获取，也可同时辅助使用暂态地电压方法进行放电源头的寻找和确定。在本次实验中，应用特高频和超声波局放检测方法准确检测到设备异常情况，提高了现场查找缺陷的效率，保证了电网设备安全可靠运行。

结束语

综上所述，10kV开关柜检测技术，需要增进对专业检测技术的理解和吸收，提升超声波检测法、暂态地电压检测法、特高频检测法等技术水平。企业应进行定期培训，以增强技术人员的理论知识和实践经验，确保检测结果的有效性。同时，有必要及时更新检测设备的综合水平，建立科学的检测和维护程序，可以有效地进行局部放电检测工作，减少局部放电引起事故的可能性，提高检测效率以及检测技术的应用水平。

参考文献

[1]范敏，叶会生，段肖力，黄海波.真型开关柜模拟缺陷下的局部放电试验研究[J].中国电力，2019，52（02）：134-138+143.

[2]陆茹，张峰.10kV开关柜局部放电带电检测技术的运用初探[J].电子世界，2018（24）：185+187.

[3]张云.10kV配网开关柜局部放电的声电联合检测研究探索[J].低碳世界，2018（12）：51-52.