40.5 kV 开关柜局放检测异常分析及处理研究

李桂芹，张 炯，张发军

（河南森源电气股份有限公司，河南 郑州 450000）

0 引 言

变电站能够持续正常供电，离不开40.5 kV开关柜设备的支持。影响40.5 kV开关柜安全运行的因素有结构设计因素、元器件尺寸因素、热缩护套安装因素、材料质量因素、环境因素及长期电晕放电因素等。这些因素需要运用有效的检测技术及时检测，达到保证变电站持续供电的目标。

1 开关柜局部放电检测原理

开关柜局部放电现象具有放电程度较小的特点，虽然微不足道，但是开关柜在长时间受到局部放电的影响，会产生绝缘性能不断下降的情况，最终使绝缘性能缺失，导致故障的产生。需要重视局部放电现象，并对局部放电现象进行研究。引发局部放电的原理是绝缘结构中存在电场分布不均的现象，电场分布集中的位置会引发电场过高情况，电场过高会对开关柜的局部进行放电或者击穿。局部放电的位置一般在固体的绝缘孔隙处、液体的绝缘气泡处及拥有不同介质特性的绝缘层之间。对局部放电的放射能量进行分析，其放射的能量有三种，即电磁能量、声能及气体。放射的电磁能量中，主要放射无线电波能量、光能以及热能。放射的声能，主要放射的是声音和超声波。放射的气体能量是臭氧和氮氧化物。可运用无线电频率和超声波两种检测技术来检测开关柜的局部放电[1]。

通过对开关柜局部放电过程的研究发现，开关柜产生放电现象是因为运行时，母线的套管内发生电晕放电现象，小车开关的上下触头所在的盒内位置发生电晕放电现象，在TA与具有绝缘隔板的位置也有电晕放电现象。开关柜内可以听到较大的放电声，技术人员听到声音后，需要进行停电举措，再检查开关柜是否发生异常；通过检查发现，在元件处有放电的痕迹以及爬电的问题，且释放较为浓厚的臭氧气味。

2 局放原因分析

2.1 结构设计因素

引发放电现象的因素中，开关柜的结构设计是重要因素之一。电晕的产生过程是绝缘材料因距离过于近，即便拥有耐压水平高的优势也被电离产生电晕。电晕产生后会进一步产生放电，因此该结构的设计是含有缺陷的。

2.2 触头盒和套管以及母排拥有的开关柜设计缺陷

距离问题是引发放电现象的重要因素。通过对触头盒、套管及母排的位置进行研究发现，套管与母排之间的距离较小，又因并未设计屏蔽的结构，极易发生电晕放电现象。虽然电晕放电程度较小，但绝缘材料长时期受此影响也会使绝缘性能不断降低，产生老化的现象，老化现象并不可逆，导致故障的产生。母排安装设计缺乏规范性，在触头盒内的母排与互感器进行一次性连接的规范性缺失。存在曲率半径较小的问题，使不均电场分布产生，提高了电晕放电发生的可能性。

2.3 元器件尺寸因素

在元器件尺寸设计上存在缺陷。元器件尺寸的大小以及各元器件相间的距离过近，形成了电晕放电现象的条件。如果周围的环境拥有较高的湿度且污秽，那么会加剧放电现象，使故障更为严重。开关柜拥有的元器件包括TA、相间互感器及SMC绝缘板，三者设计的尺寸不合理，三者之间设计的距离不合理。其中，TA尺寸设计较大，5 mmSMC绝缘板设计在相间互感器之间，使三种相间互感器之间拥有的空气净距过小。设计加入的SMC绝缘板所在位置与互感器外裙边相贴，两者之间产生较小缝隙。TA隔板运用裙边短接的设计，形成了局部放电的条件。

2.4 热缩护套安装因素

热缩护套的安装过程并没有严格依照安装规范进行，使套盒的边缘以及绝缘体发生悬浮，从而促进了电位放电。环境因素和放电因素促进热缩套管、热缩套盒的老化，老化现象不可逆，导致绝缘性能缺失，导致故障的产生。包装热缩罩盒时，也未达到包装标准要求，出现开口现象导致放电形成。

2.5 材料质量因素

母排运用的热缩护套材料存在质量问题。热缩护套材料存在厚薄不一的问题，质量差别较大，且部分材料已经产生发硬和发脆的现象。此现象造成绝缘性能不断下降，直至缺失。

2.6 环境因素

如果变电站所处的环境拥有潮湿度高、空气粉尘较重的特点，那么会使开关柜产生的电晕放电现象进一步加强。潮湿和空气粉尘长时间侵蚀开关设备，会加速绝缘材料绝缘性能下降的速度，加大电流的泄漏，导致绝缘件的老化程度加快。在此恶性循环下，导致事故的快速产生。

2.7 长期电晕放电因素

开关柜在长期电晕放电作用下，产生的危害较多、较大。产生的危害包括噪音、电能损耗、干扰无线信号和电子装置、长期腐蚀周围设备原件、产生电弧放电及短路。长期电晕放电会产生高频的电磁波，从而干扰无线信号和电子装置。长期电晕放电作用下，使周围的设备原件发生腐蚀，特别是对有机绝缘件表面的腐蚀，使材料的老化速度加快，绝缘性能缺失，产生电弧放电现象，最终引发短路故障。

3 40.5 kV开关柜局放检测原理分析

3.1 40.5 kV开关柜局放超声波检测技术原理分析

开关柜产生局部放电现象拥有较大的放电声，需要技术人员运用自身的听觉。但因个人因素，听觉能力不同，所以检测会产生错误判断。运用仪器对开关柜产生的声波进行检测。仪器的采集率要比人工更敏感，且方向性更强。通过实践，运用频率是40 kHz的超声波麦克风是较为敏感的检测方法。在声源和麦克风之间如果产生空气路径，那么其检测的能力会更为优越。

3.2 40.5 kV开关柜局放接地电压检测技术原理分析

接地电压检测技术针对的是暂态接电压的检测，其存在的时间较短，且在几毫伏至几伏的范围内。运用此检测技术的条件具体如下。如果放电现象发生在高压开关柜的绝缘层，此位置会发生无线电频率范围内的电磁波现象，此电磁波会从金属外壳处的开孔位置泄露到天关柜的外表。如果电磁波被传送到开关柜外，会在接地处的金属外壳发生暂态电压。运用接地电压检测技术时，只需把探头放在开关柜外即可，运用非侵入的方式进行检测[3]。

3.3 40.5 kV开关柜局放检测异常处理

40.5 kV开关柜自动化技术的不断发展，对40.5 kV开关柜的保护工作是建设的重点内容。对40.5 kV开关柜局放进行检测工作时，定期检查是关键因素。实际检测工作中，运用的是传统的检查方式，且只对传统晶体管进行检查，也只对晶体管采用保护模式。此模式对内部其他相关的设备以及零部件产生重要影响，使其无法正常运转。需要改变此检测模式，还要充分发挥微机继电的保护性能。

根据实际情况制定定期检查的方案，可以在一定的周期内最少进行一次的整组实验，每年都需要进行最少一次的定期检查工作。此外，在三、四年内，还需要对微机继电保护的实施部位进行仔细地检查，需要准确检查出口部分是否具有准确性能，回路是否达到精准的目标。在八年之内，还需要对整个系统进行整体检查。

检查时可以运用如下方法。第一，纵向分析法。同一开关柜在不同的时间进行测试，再对测试结果运用分析比较的模式确定设备的状态。此方法容易受环境影响。第二，横向分析法。此方法是对所有同类型的开关柜进行检测，得到的结果进行分析和比较，如果某个开关柜的结果与其他测试结果有较大数值差时，那么此开关柜有缺陷。第三，仪器技术标准分析法。此方法运用仪器进行检测，分析开关柜是否拥有缺陷。测试人员需要根据仪器的标准对开关柜进行判断。仪器的技术标准具体如下。如果背景读数在20 dB以下，那么没有电晕放电现象。如果背景读数在20 dB以上，那么有可能发生放电现象。需要消除外部干扰后再进行测试。这主要是因为噪声会遮盖开关柜内因放电现象而产生的较大噪音。

4 结 论

40.5 kV开关柜影响着变电站的可持续供电性能，对其运用的检测技术最为关键。通过运用三种处理方式对异常现象进行解决，从而使40.5 kV开关柜能够安全运行，达到变电站可持续供电的目标。