10kV开关柜绝缘性能检测技术与故障诊断研究

李雪莲

（珠海经济特区广达电器设备有限公司，广东 珠海519000）

0 引言

作为城市配电网重要组成部分的10kV开关柜，其运行的可靠性与安全性对城市配电网的供电可靠性有直接影响。对于运行中的10kV开关柜，单纯依靠传统的巡视、检测以及试验技术，已难以及时掌握到开关柜存在的缺陷，而传统的停电预试技术需要在停电状态下对10kV开关柜采用耐压试验进行绝缘性能的检测，这种停电预试检测的间隔周期比较长，一般为3～6年。在如此长的间隔时间内，10kV开关柜的绝缘性能如果出现了缺陷，就难以及时发现，最终会导致绝缘击穿事故的发生。为了克服传统停电预试技术的不足，应采取更为合理有效的10kV开关柜绝缘性能检测技术，实现对运行中的开关柜进行绝缘性能的检测，并根据检测结果来开展后续的故障诊断工作。

1 基于超声波和TEV原理的绝缘性能检测技术

10kV开关柜在绝缘性能劣化的情况下就会出现一种在电极之间发生但没有击穿电极的局部放电现象。局部放电虽然比较微弱，但长期的累积效应会造成开关柜的绝缘性能进一步劣化、缺陷进一步扩大，并最终导致绝缘击穿故障。局部放电可以分为内部放电、表面放电和电晕放电3种形式，在放电过程中会有电磁波、声波以及气体产生，这些都可以作为绝缘性能检测的信号。

1.1 超声波检测技术

在10kV开关柜局部放电过程中会发出声波，其频谱比较宽，一般在几十赫兹到几兆赫兹之间。人耳可以直接听到低于20 k Hz的声波信号，而一旦高于这个频率，就需要利用专门的超声波测量仪器接收。在局部放电初期，是比较微弱的辉光放电，所释放的能量也比较小；而在后期则表现为强烈的电弧放电，并释放出很强的能量。因此，局部放电过程中的声波是由小到大变化的。利用超声波测量仪来对局部放电的声波进行测量，再根据局部放电所释放的能量与产生的声能之间的关系，就可以推导出局部放电的剧烈程度［1］。

1.2 TEV检测技术

图1为TEV检测技术原理，10kV开关柜内部局部放电过程中伴随有电磁波产生，电磁波会在开关柜的金属外壳内表面上传播一个生成的电压脉冲。开关柜的金属外壳有屏蔽作用，如果屏蔽层是完整而连续的，那么在开关柜外部将检测不到这个电压脉冲信号；但是由于开关柜的金属箱体存在连接缝隙以及垫圈的连接处和电缆终端等部位存在破损，就会导致屏蔽层不连续；而电磁波所生成的电压脉冲会通过屏蔽层不连续的部位传播出去，然后沿着接地的开关柜金属箱体传到大地，同时在金属箱体上产生一个暂态对地电压（TEV）。TEV所能维持的时间很短，一般在几纳秒左右，幅值在几毫伏到几伏之间，可以通过电容耦合式传感器来测量进而检测到局部放电的强度。TEV检测技术一般用dB作为单位来描述局部放电的强度。可以将测量TEV的电容耦合式传感器安装在开关柜箱体上有开口或者缝隙的部位，其测量到的TEV幅值大小取决于开关柜内部局部放电的强度和距离放电点的距离。距离放电点越近，放电强度越剧烈，TEV幅值越大，因此可以通过TEV的测量值来对开关柜内部是否存在绝缘隐患进行判断。在实际测试时，应将2个或者更多的传感器分别安装于开关柜金属箱体的不同部位，这样就可以通过分析TEV到达不同传感器的先后次序得到局部放电点的位置信息。TEV检测技术比较直观，对操作人员的要求不高，适用于比较性测量，在开关柜运行状态监测中具有广阔的应用前景，为开关柜的状态检修奠定了技术基础［2］。

图1 TEV检测技术原理图

2 TEV检测技术的应用

2.1 TEV检测步骤

由于10kV开关柜数量众多，为提高检测效率，可按照以下步骤对TEV进行检测［3］：（1）先利用便携式局放测试仪对开关柜进行3个月1个周期的普测，并建立起相应的开关柜状态信息库，在信息库中要将正常合格的开关柜与有异常情况的开关柜分离开来。（2）在普测7～10天后对有异常情况的开关柜进行复测，并建立相应的复测档案，对那些复测数据严重超标的开关柜利用局放测试仪进行进一步的故障定位。（3）在确定故障后，结合停电计划对有缺陷的开关柜进行测试和处理，并做好相关记录。处理完毕后再进行局放测试，对比处理前后的数据，如果恢复正常就及时更新开关柜状态信息库。

2.2 检测数据的采集及检测点的选择

在进行开关柜的局部放电检测前，必须先测量背景值。由于外部的电磁波也会在开关柜上产生TEV，因此要先在开关柜的金属门等金属制品上检测TEV。一般要在开关房的不同位置检测至少3个点的值，取中间值作为背景信号的参考值。对开关柜进行局部放电检测主要是测量母排的连接处、穿墙套管、支撑绝缘件、开关的刀闸、电流互感器和电压互感器等元器件的局部放电情况。这些元器件一般都位于开关柜前面板的中部和下部，后面板和侧面板的上部、中部以及下部，因此局部放电检测要在这些位置进行。在检测过程中注意电容耦合式传感器一定要与金属面板接触紧密，而且传感器也要尽量靠近TEV信号易泄漏出来的部位，如观察窗、通风百叶窗等。

3 TEV检测技术应用实例

通过大量运用TEV检测技术进行的局部放电测试发现，测试数据为5～45 dB的10kV开关柜存在绝缘缺陷的可能性最大［4］。

3.1 案例1

某供电公司在进行10kV开关柜普测时发现某一开关柜TEV测试值为14 dB，在开关柜状态信息库中是属于有异常情况的一类开关柜。在进行复测时，该开关柜TEV测试值已达到16 dB。后通过仔细检查，发现该开关柜内部已出现明显的蓝紫色火花放电现象。随后立即对该开关柜安排停电检查，结果发现其C相电缆头安装工艺存在问题，造成放电，电缆的绝缘护套已经被烧损。

3.2 案例2

某供电公司在10kV开关柜普测过程中发现某开关柜TEV数据严重超标，其柜前下部的TEV数据已达到31 dB，从观察窗处查看发现开关柜内部有圆圈状的蓝紫色放电火花。随后对其安排了进一步的停电检查，发现该开关柜开关间隔中与母排相连的真空管外套破裂，造成柜内有非常严重的锈蚀。将其更换后再次进行局部放电测试，TEV数据恢复到正常值范围以内，故障解决。

4 结语

采用TEV检测技术对10kV开关柜进行局部放电测试具有无需安装、无需停电，对开关柜正常运行不造成任何不良影响的特点。而且该技术还能够实现连续的自动检测，判断方便，且检测结果可靠性较高。因此，TEV检测技术在10kV开关柜的状态检修领域有广阔的应用前景，能够及时而有效地发现和预防10kV开关柜存在的绝缘缺陷，使其绝缘状况得到有效监控，为城市配电网的可靠供电保驾护航。

［1］杨献智，章坚.10kV配网开关柜局部放电带电检测应用［J］.电力科学与工程，2011（6）：71～75

［2］章涛，王俊波，李国伟.10kV开关柜局部放电检测技术研究与运用［J］.高压电器，2012（10）：100～104

［3］何肖军，徐志斌.高压开关柜绝缘性能检测与故障诊断技术研究［J］.浙江电力，2010（5）：6～10

［4］曾雄杰，江健武，侯俊.TEV和UHF在10kV开关柜带电检测中的应用［J］.高压电器，2012（1）：41～47