高压开关柜局部放电检测技术

苏彩莹

（厦门市电力工程集团有限公司，福建 厦门 361000）

0 引 言

电力系统中的高压开关柜兼具通断、控制与保护功能，正是因为高压开关柜在电力系统中的功能多样性和不可替代性，使得做好高压开关柜的管理、维护与监测尤为重要。但部分高压开关柜的运行过程中常常会出现局部放电的问题，影响其正常使用。在局部放电的检测方面，传统的相对脉冲电流等检测方法的弊端日渐暴露，新的发展条件下，高压开关柜局部放电检测技术更具现代化，检测结果更为可靠。

1 高压开关柜主要缺陷及放电类型

杂物入侵和绝缘不足等都会导致高压开关柜难以保持其最佳的运转条件，使得柜内CT绝缘击穿、绝缘材料开裂、瓷瓶套管爆炸以及绝缘击穿等故障频发。当下高压开关柜各种故障的发生原因主要包含了以下几种。

一是爬距和空气间隙不够。高压开关柜绝缘损坏事故发生较为频繁，而爬距和空气间隙不够是此类故障的主要原因。对手车柜而言，为了尽可能缩小柜体尺寸，人们往往会通过减小柜内断路器的方式，这种方式下完全隔离插头相间或者对地距离，但却并未采取有效的措施来保障绝缘强度的合理性[1]。二是生产安装质量问题和工艺使用不当。高压开关柜的安全运营在很大程度上与安装质量和工艺应用相关，当存在安装不当和工艺不佳的情况下，开关柜的耐压水平不足，虽然其中的部分配件可以达到耐压标准，但是对开关柜整体的耐压性却不够。三是搭接处接触不良。在搭接部位接触不良时，接触电阻的增高引起了异常发热的问题，这一异常情况在严重的情况下将会对连接处的相关设备产生破坏，引起设备烧毁或者断路故障[2]。

2 局部放电现象产生的危害

在高压开关柜的运行和使用过程中，局部放电对柜体本身所造成的危害性非常大，具体表现以下两点。一是电力系统中设备的绝缘性不够，加快了设备老化，二是电力设备存在较大的电能消耗与浪费[3]。高压开关柜的电压相对较大，部分介质击穿场强较大，这就使得在高压开关柜的使用过程中极易对系统不同类型的绝缘外皮造成巨大的影响，此时高电压电流加剧了设备损坏，伴随着局部放电的发生绝缘皮老化明显[4]。局部放电现象的发生还会引起电力系统中不必要的电能浪费，不利于电力事业的现代化发展。

3 高压开关柜局部放电检测技术

3.1 暂态地电压检测法

对高压开关柜的局部放电现象而言，放电量更多地集中在接地屏幕表面，当处于屏蔽连续状态下时，在设备外部相应信号的检测和采集难以获得[5]。通常情况下，屏蔽层在绝缘部位和电源绝缘终端等部位呈现出不连续的状态。这种情况下，当高频信号产生以后，这些信号可以经由专门的传输设备被传输到设备屏蔽外壳[6]。高压开关柜运行时，内部元件对地绝缘在引发局部放电现象的过程中将会同步形成暂态地电压信号，此时所产生的放电能量最终将以电磁波形式被快速传输到开关柜的金属铠装上[7]。因为开关柜长期处于接地条件下，在开关外表面所存在的电磁波可以快速感应到相应的高频电流，在此过程中，根据电容耦合也就可以快速进行幅值和脉冲等相关参数的检测。检测原理如图1所示。

图1 TEV检测原理

3.2 超声波检测法

在高压开关柜的运行过程中，局部放电现象伴随着电荷的不间断释放和传输，因此基于局部放电现象的发生，在放电局部电场中的应力、机械应力以及粒子力等都面临着失衡问题，最终引发了极端的振荡变化。机械应力和粒子力的振荡在引起放电部位局部介质振动的同时，也同步产生了声波信号。超声波检测法在局部放电现象检测时，通过专业检测仪器对这些声波信号的检测，可以快速获得局部超声信号的相关信息，检测效率相对较高[8]。超声波检测法开展局部放电现象的检测时，相关传感器和电力设备所产生的电气回路之间基本上不会存在紧密的联系，检测结果受到的电气干扰相对较小。此外，超声波检测时的机械振动和外界噪声等均会对检测结果产生一定干扰。超声波检测原理如图2所示。

图2 超声波测量局部放电工作原理

3.3 特高频检测法

特高频检测法在高压开关柜局部放电检测中也同样有效，因为在局部放电现象产生的同时形成了特高频电磁波信号，该信号频率保持在300 MHz～3 GHz。在特高频传感器的辅助下完全可以采集和分析这些特高频电磁波信号的相关信息，如幅值和相位等信息的获取为局部放电现象的判定提供了可靠的依据[9]。在电力系统中，高压开关柜属于金属封闭开关设备，使用过程中，特高频信号经由柜子缝隙和观察孔传出，与超声波检测技术相似，都是将非接触外置式传感器安装在柜体孔隙部位，对放电过程中所产生的特高频信号开展全面的信息采集和分析，具有灵敏度高和抗干扰能力强的特点[10]。

4 高压开关柜局部放电检测技术实践应用

厦门岛中总共设置了383座开关站，部分高压开关柜存在局部放电问题，电力部门组织相关人员对这些开关柜进行了局部放电现象的检测，发现总共有33座开关闸的局部放电现象超出了正常标准，超标率达到了8.62%。

根据现场情况调查发现，厦门岛中局放超标现象是由于站内湿度过高所造成的，由这一因素所引起的局放超标高达60%以上。因为在站房内部的湿度相对偏大，使得断路器接触点的凝露现象难以避免，引起了局部放电现象，放电量超出了正常标准。针对这一问题，在实际的工作过程中，如果能够控制站内湿度过高所引起的局放超标问题，将可以降低总体的局放超标率。厦门地区雨季长，5-9月为雨季，持续一段时间的阴雨天气以后，将开关站中的空调切换至制冷模式将很容易导致开关站湿度较高，从而引发局部放电值超标，威胁设备和人身安全。根据对20个开关站相对湿度值的检测和分析发现，这些开关站的相对湿度值都超过了75%，但因为站房内的空调处于制冷模式下，难以发挥空调在站房中的除湿作用，也就导致站房内的湿度相对较高，从而引发局部放电问题。

在该站房的局部放电检测过程中，电力企业应配备专业人员来从事此项检测工作，先找点放电检测的部位，然后详细分析相应设备所采集到的放电检测数据，根据最终的分析结果来制定相符合的保护计划。如果在局部放电检测以后得到的结果为不放电，则不需要对该部位开展放电检测和管理，如果放电检测结果为轻微放电，则应增大对高压开关柜的管理力度，而如果放电检测结果远远超出了安全放电范围，则应立即针对该部位来开展相应的维修作业，通过维修处理来恢复高压开关柜的正常运转。

5 结 论

现阶段的高压开关柜在电力系统中得到了越来越多的应用，但因为存在各种的放电现象，所以引起的设备故障非常严重，也使得电力企业产生了一定的损失。因此，各个电力企业在高压开关柜的使用过程中必须要加强局部放电检测技术的高效应用，有效应对各种局部放电故障。