一起10 kV环网柜典型故障的局放带电检测及原因分析

张宝金

（北京碧思特科技有限公司，北京100070）

0 引言

10 kV环网柜是配网系统中极其重要的电气设备，它一般由负荷开关、熔断器、母线排、接地开关、隔离开关、出线电缆及测量、控制、保护装置、外壳和绝缘件等组成，其运行状态对配电网的运行可靠性有重大影响[1]。有资料表明，我国10 kV等级开关事故中绝缘故障占有很大比重，绝缘故障潜伏期可能产生放电现象。环网柜结构复杂，绝缘故障种类多，危害程度各不相同，因此，在检测到异常信号后，正确评估危害，准确定位，是指导停电检修的关键，否则将给检修工作带来误导，浪费人力物力，影响设备的正常运行。

本文结合长沙某环网柜局放检测实例，介绍了环网柜的局放检测方法、缺陷诊断和拆解检修情况。

1 检测方法

1.1 超声波检测

环网柜内部发生局部放电时，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，从而产生超声波。超声波局放检测就是通过采集、处理和分析其激发出的超声波信号，从而获取设备运行状态的一种状态检测技术，也称为声发射法[2]。根据超声波信号传播途径的不同，可分为接触式测量和非接触式测量。接触式测量多用于变压器、GIS等的局部放电测量；非接触式测量多用于环网柜、绝缘子、套管等的局部放电测量，通过检测空气中的超声波信号来实现局部放电缺陷检测。具体而言，应用超声波技术检测环网柜时，指向环网柜金属封闭的缝隙处、母线通风板处的缝隙、高压电缆接头箱的侧面或底部通风孔等部位，沿着缝隙检测超声波局放信号。超声波检测抗干扰能力强，能够检测电晕、松动、悬浮放电等放电类型。

1.2 暂态地电压检测

当环网柜内部发生局部放电时，电场能量会向接地点相邻的接地金属部位聚集，在设备表面金属上形成对地电流。放电是间断性发生的，所以对地电流大小呈现不断变化的趋势。产生的电磁波会沿着金属内表面传播，遇到开口、接缝、绝缘衬垫、盖板处，传到箱体外表面，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[3]。暂态地电压检测对尖端、电晕、绝缘内部缺陷检测灵敏度较高。

2 检测实例

2.1 发现缺陷

2017年4月，发现长沙岳麓区某环网柜偶尔有跳闸现象，原因不明。运维人员巡视时听到该环网柜处有异常声响，于是对其进行局放检测。检测时周围环境温度22℃，湿度81%，检测仪器型号为HCPD-9209B。现场照片如图1（a）所示，检测数据如表1所示，波形图谱如图2所示。

图1 环网柜测试及拆解情况照片

表1 异常环网柜检测数据

图2 异常环网柜多周波模式超声波形图谱

2.2 分析诊断

从数据和波形图可以看出，在柜体中下部区域超声波信号明显，50 Hz相关性小于100 Hz相关性，100 Hz相关性明显，周期峰值显著高于背景值；波形图谱每个周期有两组脉冲波形，波形形状各不相同，幅值大小不一，一个半周出现的放电脉冲幅值较大，一个半周出现的放电脉冲幅值较小，具有典型沿面放电特征；暂态对地电压未检测到异常信号，初步判断柜体内存在沿面放电。结合内部结构，怀疑电缆T形接头与穿墙套管连接处发生局部放电。根据《电力设备带电检测技术规范（试行）》，当超声波局部放电检测数值大于15 dB时属于缺陷。超声峰值最大值为21.8 dB，建议尽快停电检修。

2.3 拆解验证

综合分析结论，当日对该环网柜进行紧急消缺，拆解验证。打开电缆室盖板，如图1（b）所示，发现柜体底部金属锈蚀严重，柜内潮气较大，有凝露现象；拆下电缆T形头，如图1（c）所示，发现柜体中三相电缆T形头与套管连接处有明显沿面放电痕迹，绝缘表面白色粉末清晰可见。其中B相套管比较严重，绝缘已开裂，表面炭化痕迹明显。

原因分析：环网柜为密封环境，空气流通不畅，潮气很难排出。如果电缆与套管连接处施工质量欠佳，密封不严，潮气就会进入，导致连接处电场分布不均，某处电场强度过大，发生沿面局部放电，引起绝缘劣化。

解决办法：更换新的穿墙套管和电缆T形头后，进行局放复测，未发现放电现象。

3 结语

局部放电检测对于发现早期环网柜绝缘故障有着相当重要的作用。检测过程不停电、耗时短、效率高、安全可靠，时域多周波波形检测功能的应用，方便了局放类型识别，有利于排除现场干扰。对于地处潮湿区域的环网柜，建议采取有效手段驱除环网柜内潮气，减少绝缘件表面水汽凝结可能导致的爬电和闪络。建议加强对一线运维人员的局放培训，建立合理的局部放电检测计划，从日常运维、合理检修等方面着手，减少环网柜绝缘故障发生，保障配网运行安全。

[1]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.

[2]王少华，叶自强，梅冰笑.输变电设备在线监测及带电检测技术在电网中的应用现状[J].高压电器，2011，47（4）：84-90.

[3]丁薇，彭晶，宁威.35 kV开关柜局放带电检测[J].云南电力技术，2015（3）：117-119.