10kV开关柜局放检测与定位探究

方来金

摘要：本文主要介绍了通过测量暂态接地电压来检测10kV高压开关柜局部放电的基本原理和常用的检测仪器，全面分析了应用过程中存在的主要问题，并提出了相应的改进方案。

关键词：10kV开关柜;局部放电;地电波

一、引言

常用的检测局部放电的方法有超声波，瞬态接地电压和UHF检测等技术，但由于工作原理不同，每种检测方法对各种局部放电类型的判断灵敏度也不相同，并且易受使用设备寿命、环境等因素的影响，导致传统检测中出现盲点。在现有的局部放电研究中，尽管局部放电的检测技术呈现出多样化的趋势，但仍不能完全覆盖开关设备的全部情况，尤其是有关10kV配电网开关设备的。这些缺陷给配电网络开关设备的日常检查和维护带来了新的挑战。本文根据超声波，瞬态接地电压和UHF的检测方法，提出了一种10kV开关柜巡逻和局部放电定位策略。

二、局放机理与目前的检测方法

由于设备内部绝缘中的裂纹，缝隙，气泡和杂质等原因都会引起开关柜的局部放电，导致缺陷上的电压超过极限，然后发生间歇放电现象，并伴随着电磁波和声波产生。

当缺陷处发生局部放电时将发生电化学和热效应。如果持续时间较长将导致局部放电变得更加严重，并引发事故。局部放电检测方法主要有：瞬态接地电压法，脉冲电流法，超高频法和超声法等。

以上几种检测方法都可以有效检测对局部放电，但仍然存在缺陷。脉冲电流法需要断电检测，不符合带电检测的趋势。TEV法易受外界干扰，定位精度较差，更适合定性测试。超声波法容易受到外部振动的干扰，会产生误判的可能性。UHF方法虽然精度高，但对电晕放电不敏感，设备的密封程度也会影响检测的结果，操作也更加复杂使用较少。

三、10kV开关柜巡视与故障定位策略

（一）10kV开关柜的巡检策略

10kV开关柜的检测方法由局部放电信号的定性判断和定量判断组成。超声波和TEV检测器用于测量房间的背景信号以及开关柜和其他设备的信号。比较检测值，消除背景干扰后，如果设备的信号幅值未超过标准，则表明设备没有异常;如果信号幅度超过标准，则电气室中可能存在局部放电。然后，采用“比较法”定量检测电气室中信号异常的设备，确定缺陷信号的来源，问题设备，缺陷类型和缺陷位置。这也是缺陷位置和类型判断的关键。最后，对设备惊醒检修并且还要复检，如果检测值正常，则表明设备已经处于正常工作状态。否则，设备应继续进行维修。

（二）缺陷定位与类型的判定

配电开关柜的结构比变电站开关柜的结构简单得多，可以用比较法快速且精准的判断局部放电定位和类型。首先，对开关柜建立空间直角坐标系，确定故障信号源是否在开关柜内。手持式UHF检测器沿着纵轴逐渐远离被测设备，画出UHF信号幅度和距离之间的关系。如果信号幅度随着距离的增加而逐渐减小，则表示信号源在开关柜内部，否则在外部。第三，对于故障位于机柜内部的情况，同理，用手持式UHF检测器沿水平轴水平移动，并绘制UHF信号幅度与距离的关系图以找出最大信号幅度相应的故障开关设备。第四，将检测器放在有缺陷的开关设备的另一侧，并沿垂直轴从下到上移动手持式检测器，并绘制UHF信号幅度与距离的关系图。找出对应最大信号幅度的开关柜高度，然后确定开关柜缺陷的具体位置。最后，将UHF信号最强时的检测图案与典型缺陷图案进行比较，以判断缺陷类型。根据缺陷类型的初步判断，推断出可能存在缺陷的零件，并进一步确定缺陷的位置。

四、现场案例分析

（一）案例背景与检修方案

曾经发生过运维人员对综合机房进行检查时，发现机房内开关柜的超声数据有时正常，有时却超过标准。 运维人员根据实际情况制定了故障排查计划：步骤1，确定信号源，明确异常信号源是背景干扰，变压器或开关柜。 步骤2，使用“比较法”定位局部放电源异常; 步骤3，通过比较异常信号最强时的UHF图和典型缺陷图，确定放电位置和放电类型; 步骤4，通过实践给出设备维护意见，进行维护和重新检查，并确认设备工作正常。

（二） 异常信号源的定位

操作人员消除背景环境干扰后，变压器的超声值正常，但开关柜的超声值异常。分析可知，开关柜中存在明显的异常信号。然后对开关柜建立空间直角坐标系，并使用“比较法”进行检测。为了便于分析信号衰减，定义了衰减系数，并对特定轴上所有检测到的信号进行了标准化。随着测试仪器与开关柜之间距离的增加，UHF衰减系数呈下降趋势。结果表明，局部放电信号源确实位于开关柜内部。衰减系数在1.5个单位长度（即开关柜的长度）处取最大值。此时，由于对应的开关设备为G02开关设备，因此判断为放电信号来自内部。最后，以开关柜为测试对象，使用“垂直比较法”实现信号源的最终定位，可以得出结论，衰减系数在机柜中间达到了稍低的峰值，因此，局部放电信号源可能来自G02开关柜的组织室或电缆室的内部。

（三）设备检修与复检

通过对设备生成的频谱进行分析，发现异常信号频谱包含大量的100Hz的局部放电信号，表明该局部放电信号在工频周期内具有对称性。与典型的缺陷图案相比，可以发现当表面金属尖端放电且绝缘表面发生蠕变时，测得的图案更接近PRPD图案。在考虑了开关设备的结构之后，初步判断它是电缆接头中产生的缺陷。机房停电后，打开开关柜，检查柜体绝缘端子表面是否有明显的蠕变放电，发现均衡球表面上有放电痕迹。因此可以制定了维护计划，包括：电缆接线头螺栓的拧紧，导体的表面抛光，绝缘表面的清洁，以及在绝缘表面上喷涂绝缘漆等。

五、结语

通过分析不同检测方案的适用范围，整合多种检测方案的优点，制定联合的检测方案。将检测的柜体建立直角坐标系，通过在每个坐标轴上检测故障信号的幅度达到缩小局部放电源范围的目的，快速定位故障。实验证明该该方案在检测开关柜缺陷方面取得了良好的效果。与传统的开关柜巡逻和局部放电定位方法相比，局部放电的定位无需增加设备即可实现。

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