高压开关柜局部放电故障诊断分析方法

高压开关柜局部放电故障诊断分析方法

邓瑞雪

（江苏南瑞帕威尔电气有限公司江苏南京210000）

摘要：高压开关柜是电力系统中的重要设备，但在实际应用中由于各种因素的影响，常常会发生局部放电的现象。如果不能及时发现这种现象，就会对电力系统的正常运行带来严重威胁。从当前高压开关柜局部放电检测技术的应用情况来看，主要采用TEV局部放电检测技术和超声波局部放电检测技术进行检测。为了提升检测技术的应用水平，对这一课题的探究十分必要。

关键词：带电检测技术；局部放电；高压开关柜

1高压开关柜局部放电检测技术的重要性

1.1高压开关柜局部放电现象简述

高压开关柜在电力系统中的主要作用是对系统输配电的过程进行控制和保护。为了提高其功能性和安全性，采用交流金属封闭开关。但是，实际应用中仍然会发生局部放电的现象。导致高压开关柜发生局部发电现象的主要原因，在于某一绝缘结构发生故障。因此，发生故障的区域内绝缘结构会失效，经历长时间的放电如果不能够及时制止这种现象，就会导致内部主绝缘被电流击穿，从而对电力系统的安全稳定运行造成极大破坏。高压开关柜局部放电现象主要有两种表现形式，一种是内部放电，一种是表面放电。内部放电主要体现为光、热、化学气体、电磁波等现象，而外部放电主要体现在声、光和热现象。

1.2高压开关柜局部放电现象危害

第一，局部放电现象会破坏电力系统的绝缘结构，加剧电力设备的老化程度。高压开关柜具有很强的电压，在运行过程中会对设备内的绝缘结构造成不利影响。尤其是在长期强烈的击穿作用下，绝缘结构的外皮会加速老化并受到破坏，而局部放电的现象越严重，设备绝缘结构的老化也就越严重。第二，局部放电现象会造成电能浪费。根据对比分析发现，同样的高压开关柜，存在局部放电现象的电能比正常电能多出12%左右的消耗。如果对这一现象发现不及时，将会造成极大损失。

2局部放电检测方法

1）特高频法。局部放电产生的特高频信号频带分布在300MHz～3GHz，由于开关柜为金属封闭，因此特高频信号只能从柜子缝隙或观察孔传出，将非接触外置式特高频传感器置于柜体孔隙处，便可能检测到局部放电特高频信号，特高频法具有抗干扰能力强、缺陷类型可识别、定位准确等特点。2）暂态地电压法。局部放电产生的电磁波沿柜体内表面传播，当遇到缝隙等不连续介质时，电磁波信号转移到柜体外表面，电磁信号一方面向空气传播，另一方面沿柜体外表面传播，产生高频电流，利用传感器电容耦合原理检测该信号，提取器幅值及脉冲，传感器频带为3～100MHz。由于开关柜为封闭结构，局部放电信号在柜内的传播路径及衰减特性不明，现场难以根据暂态地电压检测结果对局部放电源进行较为准确的判断。3）超声波法。局部放电区域内分子间的相互强烈作用，产生超声波信号，利用非接触式超声波传感器，在柜体缝隙处检测开关柜局部放电超声信号，其检测频率为40kHz。由于超声波在开关柜内部传播过程存在折反射，其定位精度也同样受到限制。

3高压开关柜局部放电诊断分析方法

3.1干扰的排除

开关柜局部放电检测易受各种干扰，其干扰源主要有４种：①室外设备干扰信号，主要为室外马达、变电站场地设备或杆塔电晕信号、主变机械振动干扰等；②室内辅助设备干扰信号，主要为驱鼠器、照明闪烁、风机干扰等；③人员干扰，主要为人员手机信号、身体静电干扰等；④高压开关柜干扰信号，主要为柜体共振、多个局部放电故障互相干扰、超声局部放电故障对附近柜体超声波反射信号的干扰等。排除干扰首先要关闭室内外辅助设备，进行背景检测，通过暂态地电压（TEV），超声，特高频信号方向、强度、幅值的变化趋势，辨别声音特征等来确定信号来源，必要时可采用具有定位功能的检测仪器进行精确定位。

3.2局部放电的检测定位

3.2.1局部放电检测

局部放电检测时应记录背景值、环境温度和湿度、开关柜的运行状态，必要时记录负荷，便于后期分析比对。TEV检测位置应固定，便于跟踪对比。超声检测采用超声探头从柜体缝隙、观察窗等处进行检测。特高频信号应从玻璃观察窗等非金属封闭处检测。对于存在局部放电异常故障应进行跟踪监测，依据局部放电的严重程度和发展趋势安排跟踪周期。

3.2.2局部放电定性

开关柜局部放电类型主要有沿面放电、尖端放电、悬浮放电、内部放电等，各种放电的信号特征、产生机理和放电位置不同。沿面放电超声信号明显，放电位置集中于设备表面，主要为表面脏污受潮引起绝缘下降；尖端放电超声信号明显，多伴随有TEV（暂态地电压）信号和特高频信号，特高频脉冲序列相位分布（PRPS）图谱极性效应明显，放电幅值较小且分散，主要为导电体表面毛刺棱角引起；悬浮放电特高频信号明显，多伴随有TEV信号，PRPS图谱相位常具有一定对称性，放电幅值较大且较为稳定，主要由器件松动或异物引起；内部放电TEV信号明显，多伴随有特高频信号，PRPS图谱放电幅值较分散，且放电次数少，由于放电位置为设备内部，超声信号衰减较大，超声检测不灵敏。

3.2.3局放定位

利用暂态地电压，超声波，特高频信号方向性、幅值变化趋势、图谱特征、声音特征、开关柜运行状态变化等进行初步定性定位，判断局部放电设备及相序，并通过观察窗查看相应部位及周边外观有无异常，必要时可增加红外测温、紫外成像等检测手段，对局部放电缺陷进行定位和类型定性。有条件时可采用局部放电定位仪进行精确定位，主要有2种方法：①TEV定位法，运用2只TEV传感器检测，通过时间差法和幅值来精确定位，信号先到达的传感器先被触发，表明该传感器离放电点的电气距离较近，且TEV幅值较大。②特高频定位法，运用2只特高频传感器检测，采用时差法，当2个传感器同时触发时，放电点在垂直于两个检测点的平面上，实现精确定位。

3.3停电检查验证

停电检查局部放电缺陷时，首先检查设备外观是否良好，有无异物，接线是否松动等，采用工频交流耐压试验和开关柜局部放电检测相结合的诊断方法，配以紫外成像和红外测温等手段，每相升压到运行电压，分析信号变化趋势，定位某一相后，对该相设备进行分步拆分试验，最终确定缺陷设备，配以常规试验进行确认，事实证明该方法对局放定位、分析判断简单有效。有条件时应对缺陷设备进行解体检查，诊断故障的根本原因，对初步诊断结论进行验证反馈。采用阈值分析、趋势分析、横向分析、图谱分析等方法，结合放电类型和放电位置，判断局放缺陷严重程度及变化趋势，并依据规程标准制定科学合理的应对措施。

3.4缺陷归类分析

对于高压开关柜局部放电缺陷，应按照形成原因、设备种类、缺陷类型等进行归纳整理、比对分析、总结规律，查找潜在缺陷。例如：无屏蔽的穿芯套管在脏污受潮情况下易发生表面放电，且超声信号与季节关联大，应进行整体更换。35kV开关柜尺寸设计较小，通过加装绝缘隔板来弥补设备间距的不足，减小受脏污、受潮及孔距小等影响，35kV开关柜在长期运行后更易发生表面放电，应加强绝缘隔板的设计制造、安装维护等管控措施。

4结语

综上所述，对高压开关柜局部放电检测技术的探究十分必要。高压开关柜局部放电检测技术对维护电力系统安全稳定运行具有重要意义，而TEV局部放电检测技术和超声波局部放电检测技术都能够精确测量局部放电的情况。实际应用中，检测人员要对故障进行详细判断，加强对数据的检验和分析。

参考文献：

[1]李永祥，王天正.基于多种检测技术的高压开关柜内部局部放电检测与分析[J].高压电器，2017，53（1）：45-50.

[2]孙焱.开关柜声电联合局部放电检测在晋中电网的应用[D].北京：华北电力大学，2016.