开关柜局部放电带电检测技术的应用分析

胡锡幸，许杰，徐建文

（杭州市电力局，杭州310009）

开关柜局部放电带电检测技术的应用分析

胡锡幸，许杰，徐建文

（杭州市电力局，杭州310009）

介绍了10～35 kV开关柜局放带电检测常用的地电波法和超声波法，分析了这2种方法的优缺点和应用的局限性。利用地电波法和超声波法对开关柜局放进行现场带电检测，发现了多起开关柜异常故障，取得了一定的现场应用效果。同时指出，对检测结果进行数字信号分析和建立相应数据库是今后工作开展的方向。

开关柜；局部放电；带电检测；应用

目前10～35 kV金属封闭成套开关设备已广泛应用于各个变电站，开关柜在长期运行过中由于强电场、热效应、灰尘和化学物质等作用，绝缘性能会不断恶化，进而产生局部放电（简称局放），而局放的累积效应会加速绝缘的恶化使缺陷扩大，最后导致绝缘击穿。

采用停电预防性试验来检测设备的方法，很难发现在2次预防性试验周期之间的潜伏性缺陷，传统的绝缘试验方法还会损伤绝缘材料的性能，影响设备日后的运行性能和使用寿命。同时，停电检测影响了供电的可靠性。随着配电设备状态检修工作的日渐深入，应用在线监测和带电检测技术已成为预防设备故障的有效措施。

局放产生的能量会以电磁、声波、气体等形式发射，对这些物理量进行检测采集是分析局放的有效手段，开关柜带电检测最实用的技术是地电波法和超声波法。

1 开关柜带电检测技术

1.1 地电波法

当高压电气设备发生局部放电时，产生的电磁波会沿着金属内表面传播。如果金属内表面是全封闭的，电磁波被屏蔽，无法在外部检测到放电信号。实际上，开关柜不会是全封闭结构，放电产生的电磁波会在开口、接缝、盖板处传播出去，同时产生电压脉冲，通过设备箱体外表面传到大地。这些电压脉冲被命名为TEV（暂态对地电压），使用特制的电容耦合式传感器可以检测到这个TEV信号，从而检测出放电的幅值和频率。地电波法检测灵敏度较高，但地电压在空气中衰减较大。

1.2 超声波法

在局放过程中，随着电荷的快速释放和迁移，放电点周围的电场力、机械应力与粒子力失去平衡而产生振荡，从而产生声波，这种声波是一种机械振动波。超声波传感器利用压电材料的压电效应，可以检测出这些声波，从而反映局部放电的程度。另外利用多个超声传感器测得电信号与声信号之间的时间差，就可以计算出放电点与传感器位置的距离，从而起到定位的作用。

超声波法最大的优点是抗干扰能力强，适合于强电场环境，而且频带宽，能够检测电晕、松动、悬浮放电等现象。但由于超声波的波长较短，方向性较强，且在通过两种材料的边界时会发生反射或全发射，在传播时易发生干涉或叠加。因此，超声波法的检测灵敏度往往取决于声波信号的传播介质和路径，在实际检测过程中，需要选择多个测试点，多适用于空气中的局放检测。

1.3 现场联合测试技术

地电波和超声波这两种方法各有利弊，在应用中都存在着一定的局限性。单独对某一信号检测分析往往无法全面对局放现象进行描述，因此需要联合多种检测方法进行检测。目前，在实际应用中较常采用以地电波检测为主导，超声波检测为辅的声-电联合检测模式。

利用联合检测模式对10～35 kV开关柜进行局放检测时，首先选用地电波法进行检测。因地电波法检测易受现场干扰影响，所以测量前必须做好干扰排除措施，如关闭开关室内的排风扇、采用不同时间进行测试、利用地电波法的脉冲数（2 s内）判定干扰源等[2]。测量开始前，应以开关室内空气及前后金属门测试平均值为背景信号的参考值。测试过程中应选择局放容易发生的位置，如母排、开关闸刀、电缆接头等作为测试点，或选择每一面开关柜的上、中、下部分以及开关柜两个侧面作为测试点。

对于地电波法检测结果异常或其他存在疑似放电的开关柜，可利用超声波法进一步确认，使用这种方法前将探头朝向空气读取背景噪声值。测试时，将传感器对准每个开关柜的缝隙通道接受信号，耳机中所听到的放电声就是超声波信号。

按照国内外的应用经验，地电波法的检测值超过20 dB或超声波法的检测值超过6 dB时应引起注意，同时应与开关柜的背景读数进行比对[3]。但这只是对局放现象的定性判断，实际应用中需利用纵向分析法、横向分析法、阈值比较等方法[4]对检测数据进行分析，才能获得正确的判断。

2 实际测试分析

案例1：某变电站35 kV开关室两个位置相邻的开关柜“1号主变35 kV开关”与“35 kVⅠ段母线避雷器”有异常声响。对这两个开关柜开展了局放带电测试，测试点位置如图1所示，测试方式和数据如表1所示。

图1 柜后测试点位置分布

表1 局放测试数据

测试数据表明1号主变35 kV开关柜柜后位置①处的TEV值最高为46 dBmV，超声值也最高，为54 dB。而35 kVⅠ段母线避雷器开关柜柜后位置①处的TEV值最高为47 dBmV，超声值也最高，为48 dB。而位置③处的TEV值为44 dBmV，超声值为46 dB，也偏高，且均高于1号主变35 kV开关柜柜后的位置②、③、④。

随后，用超声波法对开关柜局放部位进行定位。首先对1号主变35 kV开关柜柜后的位置①和③进行检测，发现放电更靠近位置①处，再对35 kVⅠ段母线避雷器开关柜柜后的位置①和③进行检测，发现放电更靠近位置③处。

通过现场分析，初步认为1号主变35 kV开关柜母线穿柜套管处存在因接触不良导致的悬浮电位放电现象，而35 kVⅠ段母线避雷器开关柜放电测量值略大，可能是由于母线端部电场分布均匀性较中部差而造成的。

停电检查后发现：1号主变35 kV开关柜母线穿柜套管压簧与穿柜套管内壁的铝质屏蔽层未很好连接，A相套管中的绝缘垫圈有一定变形，如图2、图3所示。经分析认为，在安装母线导电杆时绝缘垫圈变形，变形的垫圈将压簧一端顶起，使压簧与铝质屏蔽层间接触不良，造成悬浮电位放电。

图2 压簧与穿柜套管内壁的铝质屏蔽层接触不良

图3 套管绝缘垫圈变形

案例2：某变电站10 kV开关室内有噪声，故进行地电波法和超声法带电检测。测试结果表明，所有开关柜TEV测量值与背景值基本相同，属于合格范围内。站内某开关柜超声测量值明显大于其他开关柜超声测量值，且开关柜背部所测得的超声值比前部更高，初步判断声响可能是由开关柜背部面板松动引发机械震动而引起。

对开关柜进行停电检修，打开该开关柜背部面板，发现内部的隔离板上有几颗螺钉已经缺失，且开关柜背部面板打开时伴有强烈的机械振动噪声，具体如图4所示。对该开关柜重新装上螺钉，并拧紧固定后，地电波和超声波检测结果恢复正常。

图4 背板螺钉缺失

上述2个案例表明，单独使用一种方法并不能准确、全面反映局放的实际情况，有时甚至会误判断。地电波法和超声波法的联合检测能够更加准确地反应客观现象，提高检测结果的准确度和可信度。

3 结语

地电波法和超声波法的联合带电检测方法能够准确地反应开关柜的潜在故障，现场应用效果较好。超声波法在实际过程中甚至能够检测到地电波法发现不了的缺陷，特别是异常主要表现为柜体内部机械振动时，超声波法更具优势。

目前开关柜局放和缺陷分析尚处于积累资料阶段，且现有的检测技术仍然无法准确地判断故障类型和故障程度，因此有必要研究开关柜局放综合管理和数据分析系统，对测试数据进行统计、归纳、分类，对放电类型和故障类型进行模式识别，综合评价设备运行状态，并由此建立专家数据库，为设备状态监测的推广奠定基础。

[1]杨超，张霖.开关柜局部放电带电检测技术的运用[J].电气开关，2011（5）∶6-11.

[2]孔令明，肖云东，刘娟，等.开关柜局部放电带电检测定位技术的应用与研究[J].山东电力技术，2010（6）∶5-8.

[3]陈刚.声电波检测仪在10 kV开关柜局放检测中的应用[J].电工技术.2010（7）∶67-68.

[4]庞骁刚.开关柜局部放电原因分析与处理[J].云南电力技术，2011，39（4）∶56-57，79.

（本文编辑：杨勇）

Research on Live Detection Technology for Partial Discharge of Switch Cabinet

HU Xi-xin，XU Jie，XU Jian-wen
（Hangzhou Electric Power Bureau，Hangzhou 310009，China）

The paper introduces geoelectricity method and supersonic method commonly used for live detection on partial discharge of 10～35 kV switch cabinets，and it analyzes merits and demerits of the two methods and the limitation of application.By use of geoelectricity method and supersonic method for field live detection on partial discharge of switch cabinets，many faults of switch cabinets are detected,and the field application effect has been achieved.The paper indicates the development orientation of digital detection result analysis by digital signal and database establishment in the future.

switch cabinet；PD；live detection；application

TM835.4

：B

：1007-1881（2013）07-0012-03

2013-02-20

胡锡幸（1982-），女，浙江慈溪人，博士，工程师，从事高压试验及状态检测技术工作。