35 kV 开关柜内部局部放电异常分析

董 政，王小朋，魏 彬，顾庆东

（国网天津市电力公司检修公司，天津 300000）

0 引言

高压开关柜具有结构紧凑、占地面积小、运行安全可靠以及操作方便等优点，在变电站内得到广泛应用。但由于开关柜内的各种电器元件、机构及连接线都被封在柜体内，一旦出现缺陷，依靠现有带电检测手段不易对缺陷进行检测和定位［1-2］，这就给后续的停电检修造成诸多不便。通过对某运行35 kV 开关柜实际缺陷进行带电检测、波形数据分析以及停电耐压检测定位，给出了一种典型的开关柜缺陷诊断分析和定位方法，并通过停电解体验证了分析的准确性，进一步分析给出了处理建议和现场施工改进方法。对于开关柜内部缺陷的检测、定位和缺陷处理具有普遍的指导意义。

1 异常情况

2019 年1 月29 日，某交流220 kV 变电站35 kV 3067 开关柜及其上方35 kV-44 母线桥附近有异响，人耳即可听到明显放电声。该站35 kV-44 母线分为两段，中间通过35 kV-44 母线桥跨接303 开关柜和3067 开关柜。对3067 开关柜及35 kV-44 母线桥进行带电检测［1-2］，检测手段包括红外测温、紫外放电、超声波、特高频、暂态地电压局部放电检测。检测发现，在3067 开关柜顶部缝隙处及其上方35 kV-44母线桥通风孔处测到超声信号最大，幅值45 dB；在3067 开关柜顶部缝隙处测得特高频信号最大，幅值-18 dB，特征为多点悬浮放电；3067 开关柜上部母线室暂态地电压信号最大，幅值51 dB。综合分析认为3067 开关柜母线室或35 kV-44 母线桥位于3067开关柜正上方位置处存在异常放电，放电类型为多点悬浮放电。受现场条件所限，无法进一步确定放电位置。由于放电信号特征明显，幅值较大，建议立即停电检查，结合耐压试验进行紫外放电和超声波检测，对放电位置进行定位。

1 月31 日，电力公司对该变电站3067 开关柜及35 kV-44 母线桥进行停电耐压试验和解体，并结合耐压试验进行紫外放电和超声波检测，最终确定3067 开关柜三相母线套管内部以及母线套管和相间绝缘挡板间存在放电，并进行检修处理。

2 现场检测情况

2.1 检测对象及项目

检测设备为金属铠装型式的小车开关柜，投运时间2009 年6 月，被测设备及其结构如图1—图2所示。

图1 被检测设备实物

图2 被检测设备结构

检测项目及检测仪器如表1 所示。

表1 检测项目及仪器

2.2 检测结果

2.2.1 红外测温、紫外放电检测

在开关柜运行处于运行状态，即柜门封闭的条件下，红外测温和紫外放电检测无法检测开关柜的内部元件。

2.2.2 特高频检测

在对该开关柜进行特高频检测时，发现存在疑似多点悬浮放电信号，信号最大位置在开关柜顶部缝隙处，如图3 所示。特高频检测的脉冲序列相位分布谱图（Phase Resolved Pulse Sequence，PRPS）和局部放电相位分布谱图（Phase Resolved Partial Discharge，PRPD）如图4 所示［3-4］。

图3 特高频信号最大位置处

2.2.3 超声波检测

在3067 开关柜的柜顶缝隙处及其上方35 kV-44母线桥通风孔处使用聚波器测得的超声波信号最大，幅值45 dB，背景值-2 dB，且人耳能听到明显放电声。超声波信号最大位置如图5 所示，相邻开关柜超声波检测无放电信号［5-6］。

2.2.4 暂态地电压检测

3067 开关柜上部暂态地电压检测数值为51 dB，大于下部暂态地电压检测数值44 dB，其上方35 kV-44 母线桥暂态地电压检测数值49 dB。3067开关柜及相邻开关柜的检测结果如表2 所示。可见3067 开关柜暂态地电压数值最大，向另一侧开关柜方向的数值逐渐减小［6］。

图4 特高频信号PRPS 图及PRPD 图

图5 超声波信号最大位置

表2 暂态地电压检测结果 dB

2.3 检测结论

根据特高频、开关柜暂态地电压及超声检测结果，结合相关标准规范［7-9］及现场经验综合判断，3067 开关柜母线室或35 kV-44 母线桥位于3067 开关柜正上方位置处存在异常放电，放电类型包括多点悬浮放电。判断异常放电原因可能为：1）母线桥导电排螺丝松动导致悬浮放电；2）开关柜母线套管存在内屏蔽松动或高压屏蔽线与低电位部位接触或靠近导致悬浮放电；3）相间绝缘挡板绝缘距离不够导致电晕放电。

受检测条件所限，无法进一步确定放电位置。由于放电信号特征明显，幅值较大，建议立即停电检查，防止发生突发故障波及其他在运设备，导致大范围停电事故。同时结合停电耐压试验进行紫外放电及超声波检测，定位放电源。

3 耐压定位及解体分析

3.1 耐压定位

1 月31 日，电力公司对该变电站3067 开关柜及35 kV-44 母线桥进行临时停电检修。首先结合停电后的耐压试验对3067 开关柜和35 kV-44 母线桥进行紫外放电及超声波检测，3067 开关柜母线套管位置如图6 所示。对三相逐相依次进行串级式交流耐压试验，当A 相相电压升至20 kV 时紫外放电检测发现A 相母线套管内有明显放电，升至40 kV 时A相母线套管内放电进一步增强［10］，并且在A 相母线套管上检测到超声波信号，如图7 所示。当B、C 两相相电压分别升至40 kV 时紫外检测未发现B、C 相母线套管放电，但是在B、C 相套管上检测到较强的超声波信号，据此判断B、C 相套管没有检测到紫外放电信号应该是套管内部放电点较深或放电能量较小。综上所述，判断三相母线套管内部均存在放电。

3.2 解体检查

将3067 开关柜三相母线套管拆下后，发现套管内部均存在套管和屏蔽线之间的悬浮放电痕迹。套管之间的绝缘隔板有伞裙状放电痕迹以及受潮痕迹，如图8—图15 所示。

图6 3067 开关柜母线套管位置

图7 A 相套管耐压试验紫外测试

图8 3067 开关柜母线A 相套管内壁

图9 3067 开关柜母线B 相套管内壁和屏蔽线

图10 3067 开关柜母线C 相套管内壁

图11 3067 开关柜母线套管绝缘挡板位置

图12 3067 母线套管A、B相之间绝缘挡板A 相侧

图14 3067 母线套管B、C相之间绝缘挡板B 相侧

图15 3067 母线套管B、C相之间绝缘挡板C 相侧

3.3 分析

结合带电检测结果和解体后的放电痕迹，分析放电原因［11］：

三相母线套管内的屏蔽线过长，和套管内壁（非内屏蔽部分）接触，在接触点存在放电。这是因为在运行过程中屏蔽线和导板连接是高电位，与套管内壁（非内屏蔽部分）之间存在电位差，屏蔽线和套管内壁（非内屏蔽部分）碰触后引起放电。

解体后发现A、B 两相套管间的绝缘挡板上有明显伞裙状放电痕迹，尤其是A 相侧较为明显。现场发现绝缘挡板和A 相套管伞裙挨到一起，和B 相套管伞裙只有2～3 cm 的距离，运行中绝缘挡板和套管伞裙间存在电晕放电。这是由于靠近绝缘挡板部位的伞群处电磁场较强，超过附近空气的击穿电压后导致放电。

B、C 两相套管间的绝缘挡板上有受潮后的放电痕迹，说明开关柜内部有潮气，降低了附近空气的绝缘性能，加剧了绝缘挡板和套管之间的放电。同时，湿气附着在绝缘材料上，容易引起爬电，最终引起相间或相对地短路放电。

4 结语

通过对某运行35 kV 开关柜缺陷的检测、分析和解体，给出了典型的开关柜内部缺陷诊断分析和定位方法，并且通过停电解体得到了验证。针对此次带电检测发现的问题，对后续的安装和施工提出几点建议：选择合适长度的屏蔽线，或者将过长的屏蔽线封在导板和屏蔽线连接螺栓处的热缩管内，以避免屏蔽线和套管内壁接触或距离过近；绝缘挡板和套管之间保持足够的间距；保持开关柜内部干燥，必要时可加装除湿装置。