开关柜局部放电故障隐患检测技术分析

张勇　杨红

摘 要：电气开关柜运行中，绝缘材料会受到过电压、高温、化学物质、机械振动等多方面的影响，绝缘性能不断下降，加快了局部放电的速度，反过来局部放电又对绝缘性能的下降起到推动作用。因此检测开关柜的局部放电可以有效预防故障。本文对电气开关柜局部放电故障提也了具体的检测措施与分析技术。

关键词：局部放电；故障检测

1 前言

在开关柜绝缘系统中，各部位的电场强度存在差异，某个区域的电场强度一旦达到其击穿场强时，该区域就会出现放电现象，不过施加电压的两个导体之间并未贯穿整个放电过程，即放电未击穿绝缘系统，这种现象即为局部放电。绝缘介质中电场分布、绝缘的电气物理性能等决定了发生局部放电的条件，一般情况下高电场强度、低电气强度的条件下容易出现局部放电。虽然局部放电通常不会贯通性的击穿绝缘，但是却可能局部损坏电介质，如果长期存在局部放电的现象，则基于特定的条件下会降低绝缘介质的电气强度。局部放电属于电气设备中的隐患，其破坏过程体现出缓慢性、长期性的特点。

2 开关柜局部放电检测方法

2.1 地电波检测

在高压开关柜绝缘层中发生局部放电时会产生电磁波，而开关柜的金属外壳会将这种电磁波屏蔽掉一大部分，不过仍有小部分会通过金属壳体的接缝或者气体绝缘开关衬垫传播出去，而且还会产生一个地电波通过设备金属壳体外表面传向地下。地电波的范围通常在几毫伏直至几伏中间，而且上升时间内有几个纳秒。可以将探头设置于工作状态中的开关柜的外表面，对局部放电活动进行检测。

2.2 超声波检测

其实超声波检测属于机械振动波的一种，基于能量的角度而言，局部放电的过程即为能量瞬时爆发的过程，电能通过声能、光能、热能以及电磁能的形式释放出去，电气击穿发生在空气间隙，瞬间就可以完成放电，此时电能也会在一瞬间转化为热能，放电中心的气体受到热能的作用会发生膨胀，通过声波向外传播，传播区域内气体被加热后形成一个等温区，

其温度超出环境温度；等到这些气体冷却后开始收缩，则会产生后续波，后续波的频率以及强度均比较低，包含各种频率分量，有很宽的频带，超声波的频率大于20kHz。因为局部放电的区域相对较小，所以局放声源即为点声源。

2.3 超高频检测法

时间变化过程中，局部放电所产生的电磁振动会产生电磁波，在固气与气体介质中，局部放电脉冲会发生非常丰富的电磁波超高频分量，最高可达数GHz。实际应用过程中，局放信号的检测可以利用两个探头来进行，将探头检测到信号的时间顺序作为判断依据，放电源的距离较近，就会被先检测到；探头位置不断变化，可以将放电源的大致位置逐步判断出来。或者通过多个探头，将探头检测局放信号的时间差列方程组，可以求出放电源的三维空间坐标，最终确定放电源。该方法的灵敏度相对较高，且具备较强的抗干扰能力，而且开关柜上通常有接缝或者小玻璃窗，可以不用考虑该方法在完全密封条件下很难检测的要求。

2.4 综合检测技术

其实无论哪种检测方法均有一定的局限性，无法将开关柜的运行状态客观、全面、真实的反映出来，还会出现误判的可能。由于放电类型能量的释放形式不同、各种检测方法的实用性与灵敏度也存在差异，所以在对开关柜局部放电检测过程中，要将上述检测手段综合应用，以地电波检测为主、超声波检测及超高频检测为辅来进行。

3 局部放电分析技术

具体而言，常用的局部放电分析技术包括以下几种：①横向分析法，即对同个开关室中开关柜的检测结果做出横向比较，如果其中一个开关柜的检测结果大于现场背景值以及其它开关柜的测试结果，则可以确定该设备可能存在缺陷；②趋势分析法，分析同一个开关柜在不同时间的检测结果，进行纵向比较判断开关柜的运行趋势。根据特定的周期检测开关室中的开关柜，保留每次的检测结果，后续就可以根据检测结果对设备局部放电状态变化的趋势进行分析；③阈值比较，即提供判断阈值，将其与开关柜的检测结果做出比较，分析结果判断开关柜的运行状态。可以根据以下根据做出判断：开关室内背景值与测试值都在20dB以下时，开关设备正常，下月再次进行巡检；开关室内背景值在20dB以下，而某些开关柜的测试值在20～30dB，对该开关柜加强关注，缩短检测周期，观察检测幅值的变化趋势；如果开关室内背景值在20dB以下，而某些开关柜的测试值大于30dB，该开关柜有局部放电现象，应使用定位技术对放电点进行定位。

局部放电体现出一定的复杂性，通常在绝缘内部击穿场强相对较低的部位容易发生局部放电，而且绝缘介质内部的电场分布、绝缘的电气性能均对发生局部放电的条件起着决定性作用。实际检测过程中，要选择合理、适用的检测方法与分析方法，及时排除故障，保证开关柜处于良好的运行状态。

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