超声波局部放电检测及定位技术在开关柜中的应用

谢云飞　王四保　宋淑红　梁伟

摘要：高压开关柜是电力系统中的关键设备之一，其内部电气元件分布繁多、排列紧密、绝缘裕度很小，易出现局部放电现象。随着状态检修深入开展，局部放电检测在开关柜缺陷诊断中发挥了至关重要的作用。超声波局部放电的合理应用为高压开关柜的故障检测以及安全运行提供了技术依据。

关键词：超声波；局部放电检测；定位技术；开关柜；故障诊断；电力系统 文献标识码：A

中图分类号：TM855 文章编号：1009-2374（2016）09-0039-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.09.018

1 概述

目前，高压开关柜已广泛用于电力系统的变电站中，是电力系统中不可或缺的重要组成部分。然而由于环境中湿气、高温、放电、氧化等因素，造成开关柜内电气设备绝缘劣化，最终以局部放电的形式表现且加剧绝缘劣化，进而带来安全事故和经济损失，因此对局部放电信号的检测以及定位是发现开关柜故障并对其进行及时维修的关键。

电气设备在制造和加工以及运输安装过程中，由于工艺和制造水平等原因往往会致使设备金属表面存在突起、绝缘子存在气泡、裂缝、设备表面留有金属碎屑或设备安装过程中留有连接部位松动接触不良等，这些情况都会造成开关柜内设备出现局部放电现象。局部放电长期存在会造成设备绝缘能力下降，引起设备故障。目前的开关柜局部放电检测技术主要有超声波检测法、暂态地电压法和特高频法。各种方法都有其优缺点，超声波法是近几年出现的一种检测方法，由于其灵敏度高、抗电磁干扰能力强、定位准确得到广泛应用。

2 超声波局部放电检测技术

当高压电气设备内部存在局部放电，在放电过程中，随着放电的发生，伴随着爆裂状的声发射，其振动频率在10Hz≤f≤107Hz，产生超声波，且很快向四周介质传播。伴随有声波能量的放出，超声波信号以某一速度通过不同介质（油、SF6气体、空气等）以球面波的形式向四周传播。超声波频率高其波长较短，因此它的方向性较强，且在空气中衰减较大，容易进行定位。此外，声能与放电释放的能量之间是成比例的，因此诞生出幅值比较法。根据超声波在空气中的速度是一定的，诞生了时间计算法进行定位。由于在开关柜内部件众多，而且超声法检测只能从开关柜缝隙中检测，有的局部放电用时间差法计算相对较为复杂，而幅值比较法由于应用方便、结果直接，常用于现场实际检测中。

超声波局部放电检测技术是通过超声波传感器对电力设备中局部放电时产生超声波信号进行检测，从而获得局部放电的相关信息，实现局部放电监测。由于开关柜带电部件较多，电磁环境较为复杂，但超声波法能有效规避这些电磁干扰，对于一些有超声信号的荧光灯和电磁振动等机械波干扰较难排除，因此检测时应闭灯和尽量排除某些振动干扰。

开关柜超声波局部放电检测仪主要由传感器、耳机和检测主机组成，其中超声传感器为敞开式，将传感器沿着开关柜体的空气缝隙扫描监听，同时注意耳机中声音和屏幕示数的变化。当检测到有异常信号时，应该在异常信号周围多布置几个测点检测，找到信号最大值位置，再根据现场开关柜内电气设备情况进行综合诊断。

3 超声波局部放电检测技术的应用

图1 T412开关柜超声波测试点图

图2 2号站变开关柜超声波测试布点

本文以长治某220kV变电站的35kV开关柜为例，应用超声波局部放电检测技术对设备疑似放电部位进行带电检测和定位。35kV T412断路器开关柜布置超声测点如图1所示，测试数据见表1；35kV 2号站变开关柜布置超声测点如图2所示，测试数据见表2。

表1 T412开关柜超声测试数据

检测部位 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦

检测结果（dB） 17 13 8 16 13 11 5

表2 2号站变开关柜超声测试数据

检测部位 ⑧ ⑨ ⑩ ? ?

检测结果（dB） 15 13 9 9 13

两个开关柜为相邻的开关柜，因此通过测试数据和放电声音的音量大小可判断超声信号最大区域为两开关柜相邻的缝隙的中上部，其超声波信号更是达到19dB，超声信号最大值区域如图3所示：

图3 超声信号最大值区域

结合开关柜的内部结构，这里正是断路器出线经穿墙套管和站变连接的部分，因此初步判断为穿墙套管内部脏污或有悬浮电位等引起的局部放电。信号最大值位置开关柜的侧视图如图4所示：

图4 超声信号最大值开关柜侧视图

4 解体验证

通过对开关柜超声局部放电信号检测和结构分析，初步判断出开关柜内部穿墙套管存在放电缺陷，并得出了大概的放电类型，但对于具体放电位置和原因还有待进一步确定，对此，检修试验人员申请停电后打开开关柜柜门进行查看，发现2号站变开关柜穿墙套管屏蔽线断裂，如图5所示。致使引线母排与套管内壁和屏蔽线处于不同电位，使得屏蔽线对母排的绝缘护套发生悬浮放电，且在母排上有明显放电痕迹，如图6所示。

图5 A相套管屏蔽线断裂

图6 引线母排上悬浮放电痕迹

5 结语

超声波局部放电检测技术是目前发现开关柜内部电气设备因接触不良、脏污、悬浮电位、自由金属颗粒等引起的局部放电最有效的手段之一，尤其是对开关柜内外绝缘发生的爬电和表面局部放电更为有效。超声波在空气中衰减较大，这就为超声波局部放电在定位上得到了更方便的应用。而开关柜内电气设备较多、电磁环境复杂，幅值比较法不失为一种简便快捷的现场超声波定位方法。

参考文献

[1] 骆东松，范鹏飞.超声法在检测高压开关柜内局部放电的应用[J].电子设计工程，2015，（6）.

[2] 刘新宇，王衡.一起应用超声法检测高压开关柜局部放电的案例分析[J].新疆电力技术，2011，（3）.

[3] 国网技术学院.开关柜暂态地电压与超声波局部放电检测[M].北京：中国电力出版社，2015.

作者简介：谢云飞（1983-），男，河北邢台人，国网山西电力公司长治供电公司工程师，硕士，研究方向：电气试验、带电检测；王四保（1956-），男，山西长治人，供职于国网山西电力公司长治供电公司，研究方向：电气试验、带电检测；宋淑红（1988-），女，河南安阳人，国网山西电力公司长治供电公司助理工程师，研究方向：电费会计；梁伟（1981-），男，山西长治人，供职于国网山西电力公司长治供电公司，研究方向：电气试验、带电检测。

（责任编辑：蒋建华）