电力系统中的高低压开关柜检验技术分析

陈城

国网江苏省电力有限公司仪征市供电分公司 江苏 仪征 211400

引言

高压开关齿轮设备包括断路器、隔离开关、变压器等多种配置结构，每种配置结构出现故障都会影响整个设备的运行，从而对供电系统的运行产生不利影响。在日常管理期间，应采取有效的维护和监控方式，以提高设备故障的预防效果，降低故障发生的概率。在这个过程中电压的大小都要改变。为了保证电力传输的安全和电力安全，保护电力相关设施设备，就需要应用到低压开关柜。低压开关柜作为电力系统的重要结构，在电力系统的稳定运行中起着至关重要的作用。低压开关柜结构设计的合理性，在很大程度上可以起到保护电气元件，使其发挥正常使用性能的作用，确保电力系统的运行更加稳定。

1 高低压开关柜概述

随着社会经济的发展和科学技术的进步，越来越多的家庭用电设备得到应用，很多家庭用电设备的耗电量都很大。如果电网建设不合理，家庭用电设备的大量使用会影响电能质量，给人们的生活带来很大不便。因此，相关设计单位必须进行合理的电气设计，以提高电网的运行效率，优化电力消耗状态，促进电网的稳定发展。其中高低压开关柜的结构设计是重点内容。目前，市场上的高低压开关柜可以分为稳定型和可拔出型两种。其中，稳定型高低压开关柜内的器件设备都得到加强，一般为方形。加强低压开关柜的内部器件，可以提高开关柜的稳定性。稳定型高低压开关柜的结构是专门为电子元件的正确安装和操作而设计的，可以为电子元件提供必要的支持。采用稳定型高低压开关柜时，工人们可以根据电路原理判断电路结构，根据电路特性判断故障根源，然后进行维修。可拔出型高低压开关柜由固定柜体和带有重要部件的可移动装置组成。在可拔出型高低压开关柜中，进、出回路的电子部件均安装在可移动装置（抽屉）内侧[1]。在可拔出型高低压开关柜中，一般用铁片或塑料材料制成的母线、电缆分隔成母线、性能单元和电缆3个区域。可拔出型高低压开关柜具有较高的可靠性、安全性、交换性，并且相同型号或规格的高低压开关柜可以互相交换部件。

2 高低压开关柜故障问题

目前我国各地电力系统使用的高低压开关柜数量和种类很多，因此运行过程中出现的故障概率和故障类型也比较多，从目前我国高低压开关柜的实际运行情况来看。种类故障后，会对高低压开关柜的作用产生负面影响，因此整个电力系统可能无法正常工作。其主要原因是，机械设备发生故障后，会妨碍整个传动系统的顺利运行，其主要表现在控制指令发出错误、电气控制回路无法正常运行等方面。产生这种类故障之后不仅高低压开关柜无法正常运行，整个电力系统也受到损坏。绝缘故障是高低压开关柜最常发生的一种故障类型，发生后整个高低压开关柜的绝缘性能会发生下降导致其运行不畅通。严重甚至还会引发各种安全事故，导致这类故障的主要原因是高低压开关柜本身的质量存在缺陷，或者是在使用途中受到了雷击等外界因素所干扰所致。

3 电力系统高低压开关柜检验技术

3.1 背景局部放电测试

一般来说，在进行局部放电测试时，相关工程技术人员要对局部放电水平进行有效评估，就必须测量开关室内部空气和金属部分的局部放电数值。对空气进行局部放电数值测试的方法是在开关室内部的悬空状态下设置一小块金属。局部放电测试使用相关仪器的探针，以垂直紧贴金属板相关位置的方式进行测试，通过测试之后，相应开关站内部空气里的局部放电水平数值达到了38dB。对于金属材质局部放电的测试方式是选择开关室内部某个处于接地状态的金属部件，把局部放电测试仪装置的探头以垂直并且紧贴在接地金属部件表面的模式来实施测试操作，通过测试得出此开关室内部的金属材质的局部放电水平数值是55dB。因为此开关室内部各个位置的局部放电水平数值很可能存在一定差别，因此需要针对多个点位实施空气中的局部放电及金属材质上局部放电现象的测量操作，随后对于多个点位的测量数据选取平均数值之后即得到最终结果。根据相应测量数据的结果可以知道，此开关室内部局部放电背景数值相对偏高，初步可以判定其存在局部放电的状况。

3.2 绝缘性能检验技术

绝缘性能是衡量一个高低压开关柜质量优劣以及电气性能的重要指标，因此在对高低压开关柜进行检验的时候需要将对其绝缘性能检验工作放在首要位置。根据国家相关标准，所有高低压开关柜在正式投入使用之前都必须要接受工频耐压实验，该实验需要通过对高低压开关柜施加一定的电压并持续一定时间对其进行实验，通过实验可以有效检验高低压开关柜断口间以及相对地间的绝缘性能[2]。且能够有效考察高低压开关柜在实际应用过程中的性能表现以及其在长时间承受通电发热下的电压，同时通过该实验还可以检验当高低压开关柜受到水汽或者是外界灰尘侵袭后的实际绝缘性能下降情况。根据国家相关标准，开展冲击耐压试验主要是形式检验项目，而由于该检验过程受到条件和相关设备的限制，因此需要在规定安装相关类别的前提下进行。

3.3 超声波局部放电检测技术

高压开关柜发生故障将严重降低整个设备的绝缘水平，通电状态下电极击穿绝缘材料发生放电行为，局部放电后绝缘介质电气强度水平减弱，安全风险加剧，放电过程中也穿透周围空气，对周围环境产生不良影响，空气密度明显变化。超声波局部放电检测技术可以检测高压开关柜内部的空气密度状态，然后回收检测到的超声波信号，掌握高压开关柜内部的工作状态。超声波检测技术应用的设备连接在高压开关柜的外侧，在利用压电晶体元器件来对超声波信号进行收集和处理，经过数据信号的转换就能够形成电信号，通过分析电信号就能够对高压开关柜带电运行情况进行明确。在超声波检测的过程中，不会受到其他因素的干扰，信号检测与转换的稳定性较强，检测结果具有良好的准确性，针对局部放电故障的检测维修，能够及时准确地察觉。

3.4 温升检验技术

温升检查主要是检测高低压开关柜在额定电流下工作的状态和内部设备的实际温升，以确定其是否在温升的限制范围内。此外，还可以有效地确定开关齿轮内所有部件的磁铁和油类在丢失或发热后是否对相关部件产生负面影响。例如，降低零件的绝缘性能。其检查的原理是通过开关齿轮内制定的电流值，在长时间运行的过程中全面检测内部部件缓慢的温度上升现象，一旦在实验过程中发现了开关柜出现了异常情况或者升温值超过了规定范围，那么整个高低压开关柜内的部件就有发生加速老化的隐患存在，所有部件的绝缘性能也会因此而下降。上诉故障问题主要是因为高低压开关柜的结构、主电路界面或者是载流部件受到异常影响所致，因此在进行检验实验的时候需要重点观察开关柜整体的温升情况，确保其整体以及内部部件都在温升标准之内，另外还需要考虑到试验过程会受到相关设备和电缆线的影响。

3.5 超声波信号的检测

由于超声波类型信号在高压开关设备内部的传播距离很近，因此只能在放电点附近检测到相应的超声波类型信号，因此技术人员可以应用此功能对发生局部放电的高压开关设备执行重新测试操作，可以更准确地确定发生局部放电的高压开关柜的确切位置。例如对于某个编号的高压开关柜装置及周边高压开关柜装置实施检测后发现此高压开关柜位置的超声波相关信号中既包含50Hz又包括了100Hz的分量，其局部放电的有效数值为8.5Hz，整个周期中的最大数值达到了31.5mV，可以看出其数值明显大于其周边的高压开关柜装置，再综合暂态地电压数值的结果，已经基本上确定此高压开关柜装置即为发生局部放电的高压开关柜装置。

3.6 暂态的电压检测技术

在高压开关设备的电气操作过程中存在局部放电的情况下，与开关设备接地连接的外壳结构会产生频率范围在3~100MHz的放电信号。有电的物体和接地未充电的物体之间连接的区域会出现不断移动的带电粒子，运动速度也会加快，连接陆地的无线电物体结构会有高频电磁波，因此会分散，柜表面一层会形成暂态电压。暂态电压检测技术就是对其形成的暂态电压情况进行检测，利用特殊制作的电容传感器能够实时对低电压脉冲信号进行感应，通过对信号的收集和分析，来对高压开关柜内部的故障、问题情况进行明确。暂态的电压检测技术主要是针对断路器、电缆等部件进行检测，需要根据带电设备和高压开关柜整体结构情况，合理设定检测布设点，当检测到异常信号时，需要进行反复检测，对比多次检测的信号数据结果，保证检测准确性。

4 高压开关柜故障解决对策

4.1 增强环境保护工作重视程度

许多电力企业在电力系统运行管理过程中，都会忽视环境保护的重要性，大大增加了10kV高压开关柜出现故障问题的可能性，加上环保措施保护工作不全，故障问题无法及时解决，就会影响电力系统的整体运营效果。针对这一问题，电力系统管理人员可采用增设通风窗网栅灰尘过滤器的方式，避免10kV高压开关柜内进入过量的灰尘，降低环境因素对10kV高压开关柜应用效果的影响。另一方面，管理人员还需使用红外线灯加热或增设去湿器的方式，避免工作环境湿度过大影响10kV高压开关柜正常应用，避免污闪等故障。

4.2 优化爬电比距参数处理模式

10kV高压开关柜中有一个更重要的参数，叫作升降比，为了保证10kV高压开关柜的应用效果，系统管理人员需要正确处理该参数。为避免10kV高压开关柜影响电力系统应用，有关部门针对爬电比距参数处理环节做出了明确规定。10kV高压开关柜中涉及的组件以及组件支撑绝缘件外绝缘爬电比距属于纯瓷绝缘，系统管理人员需将其绝缘值控制在18mm/kV以上，但也不能超出20mm/kV的范围。要想降低10kV高压开关柜应用故障风险，系统管理人员要对爬电比距参数处理模式进行优化，确保爬电比距与实际应用需求有较高适配性[3-4]。我国现阶段多数供电企业选择与专业生产厂家合作的组件获取方式，由专门厂家负责10kV高压开关柜应用组件的制作，有效保证了爬电比距参数出来效果，也降低了仿造组件产品的出现概率，为10kV高压开关柜应用提供更高保障，满足电网用户对电力系统稳定性的需求。

4.3 加大设备应用安全检测力度

设备运行安全也是保证10kV高压开关柜应用效果的重要条件，作为电气系统最重要的控制项目，还应努力提高10kV高压开关柜的应用安全，对10kV高压开关柜涉及的设备各个部分进行严格控制，保障应用质量。如在安装绝缘感应器设备时，管理人员要实现进行抽样调查，确保该批次绝缘感应器的实用性以及安全性符合电力系统运行标准；而断路器设备则要根据不同位置的需求进行抗压能力判断，提升整体10kV高压开关柜故障防治系统的可靠性。

5 结束语

综上所述，高低压开关柜是电力系统的重要基础设施设备，如果结构设计不合理，将会产生各种不利影响，从而影响电力系统的正常运行。高低压开关柜的结构与内部电气设备有一定的相关性，会影响其设备的使用性能和寿命。低压开关柜是一种重要设备，对其结构、除湿技术、电弧保护、温度控制等都需要加强研究，以提高电气设备的使用性能，延长使用寿命。