应用超声波检测技术对开关柜早期故障的诊断

何小平，苏淼，陆颖杰，闫学龙

(国网宁夏电力有限公司检修公司，宁夏 银川 750011)

随着科技水平和带电检测技术的不断进步，目前已经有很多较为成熟的局部放电检测技术和方法，如特高频法、超声波法、暂态地电压法等[1-2]。不同电气设备对不同原理的检测方法表现出的灵敏度有所差别[3]。高压开关柜局部放电的检测方法中超声波法和暂态地电压法的应用较多[4-5]，本文主要介绍超声波检测技术在高压开关柜前期故障诊断中的应用。

1 现状分析

2020年3月22日，带电检测专业人员对某330 kV变电站35 kV开关柜开展例行带电检测工作，外观检查过程中发现35 kV 1号主变压器301-1开关柜(以下简称301-1开关柜)存在异常声响，疑似放电声音。经超声波、暂态地电波局部放电普测后，初步判断该开关柜可能存在早期潜伏性放电故障。

采用暂态地电波法对该小室全部开关柜进行局部放电检测，检测数据见表1。与2019年检测数据相比幅值差大于20 dB，依据开关柜暂态地电波定值判别依据判断暂态地电波信号异常。

表 1 开关柜暂态地电波测试结果

2 超声波检测及定位

采用超声波对该小室全部开关柜进行局部放电检测，检测发现301-1开关柜超声信号幅值异常，测试数据见表2，其他开关柜未见异常。

表 2 开关柜超声波测试结果

分别用连续模式、相位模式、波形模式检测发现：301-1开关柜后柜超声波信号图谱异常，且超声波检测仪耳机可听见明显的放电声，图谱如图1—图3所示。

图 1 超声波连续模式图谱

图 2 超声波相位模式图谱

图 3 超声波波形模式图谱

通过图谱可知：在连续模式下，超声波幅值最大为24 dB(空气背景最大值1 dB)，频率成分2明显大于频率成分1；在相位检测模式下，有相位聚集效应，在一个工频周期内表现为两簇，即“双峰”；在时域波形模式下，有明显放电波形，表现为一个周期有两个放电波。综上所述可初步判断该开关柜内存在放电故障，放电类型疑似为悬浮或沿面放电。

采用幅值比较法[6]对放电点位置进行初步定位，数据如表2所示，最后确定放电故障位于301-1开关柜后柜上柜内。

3 验证分析

3.1 特高频检测验证

为了进一步验证放电类型和放电点的位置，随后对该小室开关柜开展特高频检测，检测图谱如图4—图7所示。

图 4 空气背景特高频图谱

图 5 301-1开关柜后柜特高频图谱

图 6 301-1开关柜前柜特高频图谱

图 7 301-1相邻后柜特高频图谱

通过特高频图谱发现：空气背景中无异常特高频信号；301-1开关柜后柜特高频检测异常。从图5可知有两簇幅值较高相位相差180°的等高线条，且两簇线条呈“外八字”形状，符合悬浮放电特征；同时存在幅值较低且分散的两簇对称线条，符合沿面放电特征。

综上分析该放电为沿面放电和悬浮放电的综合放电[7](一个放电故障中有两种或两种以上放电类型同时产生)，301-1开关柜前柜特高频检测正常，小室内其他开关柜特高频检测均正常。

综合超声波检测、定位结果以及特高频检测情况，最终判断301-1开关柜后柜上柜门内存在悬浮放电和沿面放电的综合放电故障。

3.2 原因分析

2020年4月1日，对301-1开关柜安排停电检查，发现位于该开关柜后柜内上部的一支母线隔离套管与母线排连接的等电位线断裂，套管内壁有严重放电烧伤痕迹，如图8所示。

图 8 开关柜放电情况

放电痕迹位于套管内壁连接等电位线的螺栓处，该螺栓与母线排之间的距离小于1 cm，属于装备缺陷,另外两相套管螺栓与母线排之间的距离均大于5 cm。

3.3 送电后复测情况

送电后，35 kV高压室内301-1开关柜异响消失，对小室开关柜进行超声波复测[9]，复测结果见表3。301-1开关柜后柜超声波信号幅值从原来的最大值28 dB降为-1 dB，相邻开关柜最大值-1 dB，综合判断301开关柜超声波检测正常。随后进行特高频、暂态地电波检测均未见异常。

表 3 送电后超声波复测结果

4 效果评价

(1)本次对异响开关柜的带电检测诊断，采用超声波法快速、准确确定了异响原因及故障位置，及时发现早期缺陷，避免重大事故发生。

(2)通过超声波相位模式、连续模式、时域波形模式下的图谱特征，有效判断出放电类型及放电严重程度。

(3)结合超声波测试数据，依据开关柜超声波带电检测定值判据，科学、有效提出了检修策略。

(4)通过超声波幅值定位法，快速、准确确定了放电位置，避免了盲目停电检修，从而提高设备的检修效率及质量。

5 结 论

(1)超声波检测技术能够在开关柜早期故障诊断中发挥重大作用，并有利于设备状态评价与检修工作的开展。

(2)超声波检测技术具有抗电气干扰性强，检测灵敏、方便快捷等优点，可逐渐推广应用在带电检测中。

(3)超声波检测技术与特高频、暂态地电波等技术联合应用，能够更好地发挥局部放电故障诊断作用。