10kV高壓開關(guān)柜是向用戶供電的最直接的設備，其運行可靠性直接關(guān)系到供電質(zhì)量和供電可靠程度。但在長期運行過程中，高壓開關(guān)柜內(nèi)的金屬件、絕緣件等由于制造中潛伏的缺陷或者運行中產(chǎn)生的缺陷，會產(chǎn)生局部放電。實踐表明，局部放電是導致設備絕緣劣化，發(fā)生絕緣故障的主要原因，且近年來的許多突發(fā)事故多是由局部放電所致。

據(jù)統(tǒng)計，約40%開關(guān)柜故障因絕緣和載流缺陷引起，其中因絕緣部分閃絡和插頭接觸不良占了絕大部分。因此，對開關(guān)柜運行狀態(tài)的有效檢測及對故障的準確判斷是保證開關(guān)柜安全可靠運行的關(guān)鍵。

目前，對開關(guān)柜局放的測試方法主要有脈沖電流法、暫態(tài)對地電壓法（TEV）、射頻法、超聲波法、超高頻法等，本文通過對廣州電網(wǎng)110kV玉樹變電站開關(guān)柜缺陷案例的分析，綜合應用超聲波檢測、超高頻檢測、TEV檢測、TEV局放定位等測試手段，對開關(guān)柜局放進行故障綜合診斷，實現(xiàn)了局放類型識別及局放源定位，提高了開關(guān)柜狀態(tài)巡檢、可疑故障點跟蹤、故障診斷及故障點定位等能力，全方位地促進了開關(guān)柜的狀態(tài)檢修工作，為開關(guān)柜局放帶電測試提供了良好的理論指導依據(jù)。

開關(guān)柜局放檢測原理

本次110kV玉樹變電站開關(guān)柜采用基于TEV、超聲波、超高頻手段綜合檢測。

1 TEV局放測試原理

局部放電所產(chǎn)生的電磁波在柜體（接地屏蔽）的內(nèi)表面激發(fā)脈沖電流，由于柜體屏蔽層通常在絕緣部位、墊圈連接處、電纜絕緣終端等部位出現(xiàn)縫隙而導致不連續(xù)。

根據(jù)電磁屏蔽的基本原理，脈沖電流從開口處傳到外表面而不越過窄縫隙到達開口的另一端，因此脈沖電流最終會從開口、接頭、蓋板等的縫隙處傳出，然后沿著金屬柜體外表面?zhèn)鞯酱蟮兀纬梢粋€暫態(tài)對地電壓（Transient Earth Voltages，TEV）。目前TEV法檢測設備大都采用電容性探測器來檢測放電脈沖，基本原理如圖1所示

圖1 TEV的產(chǎn)生及檢測示意圖

2 TEV局放定位原理

如圖2所示，通過2只電容耦合探測器檢測放電點發(fā)出的電磁波瞬間脈沖所經(jīng)過的時間差來確定放電活動的位置。其基本原理是采用比較電磁脈沖分別到達每只探測器所需要的時間。系統(tǒng)指示哪個通道先被觸發(fā)，進而表明哪只探測器離放電點的電氣距離較近。

脈沖是以光速或接近光速進行傳播的，所以必須能夠分辨很小的時間差，通常為μs級。采用比較電磁脈沖抵達不同探測器的時間差異來確定放電點的方法在本質(zhì)上優(yōu)于采用比較信號強度來確定放電點的方法，因為電磁波的多次反射可能造成幅值測量結(jié)果不正常。

圖2 TEV定位方法的基本原理

3 超聲波局放測試原理

局部放電發(fā)生后，由于電場力的作用或壓力的作用，放電部位的氣體會發(fā)生膨脹和收縮的過程，這個過程將會引起局部體積變化。這種體積的變化，在外部產(chǎn)生疏密波，即產(chǎn)生聲波。超聲波局放測試技術(shù)是指用儀器探測、記錄、分析聲發(fā)射信號和利用聲發(fā)射信號推斷聲發(fā)射源的技術(shù)，基本原理如圖1所示。

聲發(fā)射源發(fā)出的彈性波，經(jīng)介質(zhì)傳播到達被檢物體表面，引起表面的機械振動；經(jīng)聲發(fā)射傳感器將表面的瞬態(tài)位移轉(zhuǎn)換成電信號；在經(jīng)放大、處理后，形成其特性參數(shù)，并被記錄與顯示；最后經(jīng)數(shù)據(jù)的解釋評定出聲發(fā)射源的特性。

圖3 聲發(fā)射檢測技術(shù)的基本原理

4 超高頻局放測試原理

當開關(guān)柜絕緣結(jié)構(gòu)中發(fā)生局部放電時，沿放電通道將會有過程極短的脈沖電流產(chǎn)生，并激發(fā)瞬態(tài)電磁波輻射,超高頻檢測技術(shù)通過傳感器接收局部放電過程中輻射的超高頻電磁波，從而實現(xiàn)局部放電的檢測。

110kV玉樹站開關(guān)柜局放綜合診斷與分析

110kV玉樹站高壓室內(nèi)有缺陷開關(guān)柜布局如圖4。該高壓室共有19面開關(guān)柜，在開關(guān)柜局放帶電測試巡檢過程中，發(fā)現(xiàn)有部分開關(guān)柜存在TEV信號強度與相鄰開關(guān)柜有明顯差異，且伴隨有超聲信號。

圖4 玉樹站#1高壓室布局示意圖

1 超聲波測試結(jié)果及分析

使用超聲波手段對高壓室內(nèi)所有開關(guān)柜進行超聲波信號普測，檢測結(jié)果如表1：

表1 超聲波檢測結(jié)果

對比前后兩次檢測結(jié)果可看出，該高壓室開關(guān)柜后面板上部發(fā)現(xiàn)有放電現(xiàn)象且放電現(xiàn)象有加劇的趨勢。

2 TEV測試結(jié)果及分析

使用TEV手段對高壓室內(nèi)所有高壓開關(guān)柜進行TEV信號普測，記錄局部放電幅值（dB）和2S內(nèi)的脈沖數(shù)。其環(huán)境背景測量結(jié)果如下表2所示，TEV測試結(jié)果如下圖5所示。

表2 TEV測量環(huán)境背景值

從背景環(huán)境的測量情況來看，金屬制品上的TEV測量值明顯高于空氣中的測量值， 平均在30dB以上，初步判定其高TEV信號幅值是由開關(guān)柜內(nèi)部局放所引起的。

圖5 TEV測量結(jié)果數(shù)據(jù)圖

從以上TEV測量結(jié)果數(shù)據(jù)圖中可以看出，TEV測試值普遍較高，尤其是F1、F4、F8、F10、51AC等開關(guān)柜TEV幅值平均在50dB以上。結(jié)合超聲波測試結(jié)果，可以推測開關(guān)柜內(nèi)存在外絕緣局部放電現(xiàn)象，且局部放電幅值較高。

3 超高頻測試結(jié)果及分析

用超高頻手段對開關(guān)柜進行局放測試，診斷結(jié)果為浮動電極放電，其放電特征圖譜如下圖6所示。

圖6 超高頻局放測試特征圖譜

4 TEV定位結(jié)果及分析

對#1高壓室開關(guān)柜進行局部放電定位，傳感器布置情況如圖7所示：

圖7 傳感器布置示意圖

在經(jīng)過24小時的在線監(jiān)測后，各傳感器記錄的數(shù)據(jù)如圖8所示：

圖8 測試結(jié)果數(shù)據(jù)圖

從測試數(shù)據(jù)中可知，第一排開關(guān)柜除通道2外（其測試結(jié)果<0.05），第二排開關(guān)柜除通道11外（其測試結(jié)果<0.05），其它通道都存在有局放源，其中通道1、2、11、12為天線。

圖9 通道脈沖數(shù)和天線脈沖數(shù)曲線圖

圖10 通道脈沖數(shù)和8個傳感器脈沖數(shù)曲線

從圖9、10中可以發(fā)現(xiàn)四個天線的通道脈沖總數(shù)要比所有通道脈沖總數(shù)要小，八個傳感器的通道脈沖總數(shù)與所有通道脈沖總數(shù)基本一致，除#8傳感器外其他傳感器均接受到較高的TEV脈沖信號。由此可推斷，各傳感器附近都存在不同程度的局放現(xiàn)象，且信號均來自開關(guān)柜內(nèi)部。

解體檢查結(jié)果、分析及處理

根據(jù)以上超聲波、超高頻、TEV綜合測試結(jié)果判斷110kV 玉樹站#1高壓室開關(guān)柜內(nèi)部存在局放現(xiàn)象，并對其開關(guān)柜和母線橋進行開柜檢修。

1 解體結(jié)果及分析

部分穿柜套管與母線鋁制夾件存在明顯的放電痕跡，如圖11 所示。其中51PT柜的母線夾件尤其明顯，如圖12所示。放電的原因分析為：鋁制夾件一端與母線之間存在微小間隙，若夾件表面存在表面光滑度存在瑕疵，很容易在夾件局部形成較強的懸浮電位，進而形成局部放電，造成鋁制夾件表面與空氣發(fā)生化學反應，經(jīng)過長期累積，遂留下了放電的痕跡。

圖11 鋁制夾件上的放電痕跡

圖12 51PT柜鋁制夾件放電痕跡

母線表面熱縮套有較多的微小破損，如圖13所示，微小破損約0.5cm2，會引起局部電場不均勻，進而引起局放。

圖13 母線熱縮套破損

部分穿柜套管積塵嚴重，且呈現(xiàn)不均分部特性，如圖14所示。積塵懷疑與開關(guān)柜內(nèi)部部分元件接觸不良而導致的發(fā)熱有關(guān)，發(fā)熱導致氣流沿固定方向流動，在內(nèi)側(cè)遇金屬柜體降溫后其中灰塵積于內(nèi)側(cè)。

圖14 穿柜套管積塵現(xiàn)象

2 處理后的局放測試結(jié)果及分析

在玉樹站#1高壓室開關(guān)柜檢修并處理缺陷運行約40天后高壓室進行局放復測，測試結(jié)果表明#1高壓室的全部開關(guān)柜目前無明顯局放現(xiàn)象，設備目前處于良好的運行狀態(tài)；對#1高壓室的檢修工作效果明顯，消除了局放源，避免了設備因局放而出現(xiàn)的故障。

結(jié)論

1、通過超聲波、TEV及超高頻等各種技術(shù)手段的綜合檢測，準確判斷了110kV玉樹站#1高壓室發(fā)現(xiàn)的局放現(xiàn)象，并對局放信號源進行了定位，后經(jīng)解體檢查，驗證了測試結(jié)果的準確性及有效性。缺陷處理后局放信號消除，有效避免了因局放而發(fā)生的事故。

2、超聲波、對地暫態(tài)電壓（TEV）、超高頻檢測法都適用于開關(guān)柜局放檢測，三者綜合診斷明顯提高了對開關(guān)柜狀態(tài)巡檢、可疑故障點跟蹤、故障診斷及定位的能力，全方位地促進了開關(guān)柜的狀態(tài)檢修工作，為開關(guān)柜局放帶電測試提供了良好的理論指導依據(jù)。

本文編自《電氣技術(shù)》，標題為“110kV玉樹站高壓開關(guān)柜局部放電綜合診斷與分析”，作者為楊柳、張顯聰 等。