局放带电检测技术在开关柜电缆缺陷检测中的应用

周 挺，胡永芳，汪新秀，范 敏，段肖力

(1.国网湖南省电力公司，湖南长沙410007；2.国网湖南省电力公司岳阳供电分公司，湖南岳阳420005；3.国网湖南省电力公司电力科学研究院，湖南长沙410007)

局放带电检测技术在开关柜电缆缺陷检测中的应用

周 挺1，胡永芳2，汪新秀3，范 敏3，段肖力3

(1.国网湖南省电力公司，湖南长沙410007；2.国网湖南省电力公司岳阳供电分公司，湖南岳阳420005；3.国网湖南省电力公司电力科学研究院，湖南长沙410007)

简要阐述了开关柜局部放电检测技术原理和开关柜内局部放电缺陷类型，介绍了一例利用暂态电压、超声、特高频综合检测技术成功发现某开关柜热缩电缆终端绝缘对地局部放电的典型案例，并提出了一种开关柜内局部放电声电联合定位方法。

开关柜；电缆；带电检测；声电联合定位

1 开关柜局放带电检测技术简介

开关柜局部放电带电检测技术主要包括特高频局部放电检测(UHF)、超声局部放电检测(AE)、暂态地电压局部放电检测(TEV)。

1.1 特高频局部放电检测(UHF)

电力设备内发生局部放电时的电流脉冲(上升沿为纳秒级)能在内部激励频率高达数G赫兹的电磁波，特高频局部放电检测就是通过检测这种电磁波信号来实现局部放电检测的目的。特高频法检测频段高(通常为300～3 000 MHz)，具有检测灵敏度，现场抗低频电晕干扰能力强的优点，可实现局部放电源定位。同时，不同类型绝缘缺陷局部放电所产生的特高频信号的脉冲幅值、数量、相位分布、频谱等特征量存在不同，可根据这些特征量来判断绝缘缺陷类型。

1.2 超声波局部放电检测(AE)

电力设备内发生局部放电时，在放电区域中的分子会出现剧烈运动并相互撞击，宏观上会产生声波，通过检测频率大于20 kHz的超声波信号来判断局部放电的方法称为超声波检测法。

高压开关柜内产生的局部放电时的超声波信号可以利用非接触式超声波传感器在柜体缝隙处进行检测。由于超声波在开关柜内部的传播存在折反射，使得局部放电定位的精度受到限制，难以利用超声波信号对局部放电进行精确定位。

1.3 暂态地电压局部放电检测(TEV)

综上所述，自动化的机械制造发展必将经历技术革新与创新，核心技术内容的掌握尤为必要。为满足未来阶段的技术发展需求，自动化机械设备制造应以市场发展方向为导向，对现阶段的核心技术内容加以改进，并加大综合性技术研发投入，解决关键性技术问题，为我国自动化机械制造发展奠定良好的技术根基。

暂态地电压局部放电检测技术是一种检测电力设备内部绝缘缺陷的技术，广泛应用于开关柜、环网柜、电缆分支箱等配电设备的内部绝缘缺陷检测。但由于暂态低电压脉冲必须通过设备金属壳体间的间隙处由内表面传至外表面方可被检测到，因此该检测技术不适用于金属外壳完全密封的电力设备(如GIS)，暂态地电压局部放电检测技术对尖端放电、电晕放电和绝缘子内部放电比较敏感，检测效果较好，而对沿面放电、绝缘子表面放电不敏感，因此，在电力设备绝缘缺陷检测时，暂态地电压局部放电检测技术常与超声波检测技术配合使用。

1.4 开关柜局放带电检测信号分析原则

1)横向分析法。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明显大于现场背景值以及相邻开关柜的测试结果，则可推断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局放带电检测信号变化趋势。按周期开展开关柜局放带电检测，保留每次的检测结果，可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)定值判别。将判断阈值或典型图谱与开关柜的局放带电检测结果比较，分析比较结果来判断开关柜的运行状态。应当注意，超声波定值判别时应结合声音进行判别，以提高判断准确性。

2 典型案例分析

2.1 开关柜局放普测数据分析

对某变电站内10 kV开关柜进行暂态地电压、超声波、特高频信号普测，开关柜的测试异常数据见表1。测试背景为:阴天，温度14℃，相对湿度82%，TEV背景为11 dB，AE背景为0，UHF背景值为0。

表1 暂态地电压、超声波、特高频测试数据表dB

从表1中可知，TEV的相对值均小于20 dB，暂态地电压未显示该开关柜存在局部放电现象。但超声波传感器在314开关柜前面板下方检测到有异常的超声信号，幅值最大为17.4 dB，如图1所示。

图1 超声检测幅值图谱

耳机中能听到明显放电声，观察超声检测波形和相位图谱，每周期有一簇幅值较大和一簇幅值较小的信号，如图2，3所示，根据超声波局部放电缺陷类型的判定标准，初步判断为314柜内存在类电晕放电现象。

图2 超声检测波形图谱

图3 超声检测相位图谱

同时，特高频传感器在该位置也检测到异常信号，如图4所示，根据特高频图谱特征分析，也判断为类电晕放电现象。

图4 特高频检测PRPD/PRPS图谱

2.2 局放诊断数据及缺陷定位分析

采用高速示波器对314开关柜局部放电进行精确诊断，波形如图5所示(黄色为特高频信号，红色为超声信号)，从该波形可知，特高频信号每周期一簇，信号较为密集，幅值较小，约148 mV，但具有间歇性，判断为类电晕放电。超声信号较为明显，幅值约117 mV。

图5 局部放电诊断波形

使用声电联合法对该局放信号进行定位，如图6所示(黄色为特高频信号，红色为超声信号)。由图6数据可知，声电时延约1.5 ms，利用空气中的等值声速(340 m/s)与声电时延的乘积可知，放电点离超声传感器约0.5 m。

图6 局部放电诊断定位波形

2.3 分析与验证

从314开关柜局放检测信号、典型图谱及声电联合定位表明在314开关柜前面板下方存在类电晕型放电，放电点位于开关柜前面板最下方中部纵深约0.5 m处。初步判断放电位置如图7中圆圈位置，怀疑是B相电缆本体离接地扁铁距离太近，绝缘距离不够导致的空气中类电晕型放电。后停电对314开关柜进行检查，发现柜内B相热缩电缆对电缆接地构架处有明显放电痕迹，验证了带电检测结论的正确性，如图8所示。

图7 缺陷疑似位置

图8 解体检查发现的局部放电位置

3 结论

1)带电检测技术能在不停电的情况下有效发现开关柜内潜伏性绝缘缺陷，避免开关柜事故的发生，保证了设备安全稳定运行；

2)采用声电定位技术可准确推断开关柜内局部放电源位置，能有效指导检修策略制定和检修工作的开展，减少缺陷处理时间。

〔1〕张雄清，刘黎，金海龙.35 kV开关柜局放检测异常分析及处理〔J〕.电气技术，2013(6):58-60.

〔2〕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.

〔3〕Gupta N，Ramu T.S.Estimation of partial discharge parameters in GIS using acoustic emission techniques〔J〕.Journal of Sound and Vibration，2001，247(2):243-260.

〔4〕Baumgartner R.，Fruth B.，Lanz W.，el al.Partial Discharge Part X: PD in gas insulated substations-measurement；practical considerations〔J〕.IEEE Electrical Insulation Magazine，1992，8(1):16-27.

〔5〕国家电网公司运检部.电网设备带电检测技术〔M〕.北京:中国电力出版社，2014.

Application of PD live detection techniques in diagnosis of switchgear cable defect

ZHOU Ting1，HU Yongfang2，WANG Xinxiu3，FAN Min3，DUAN Xiaoli3
(1.State Gird Hunan Electric Power Corporation，Changsha 410007，China；2.State Gird Hunan Electric Power Corporation Yueyang Power Supply Company，Yueyang 420005，China；3.State Gird Hunan Electric Power Corporation Research Institute，Changsha 410007，China)

This paper briefly describes the principle of switchgear partial discharge detection and the types of switching cabinet partial discharge defect，introduces a typical case about the use of transient earth voltage(TEV)，acoustic emission(AE)，ultra high frequency(UHF)technology to successfully find the partial discharge on heat shrinkable cable-ending in switchgear，and proposes a method of partial discharge electro acoustic positioning.

switchgear；cable；live detection；electro-acoustic positioning

TM855.1

B

1008-0198(2016)02-0080-03

周挺(1981)，男，硕士，高级工程师，主要从事输电线路试验和带电检测研究工作。

10.3969/j.issn.1008-0198.2016.02.021

2015-12-29 改回日期:2016-02-24