基于聲電聯(lián)合法的高壓開關(guān)柜內(nèi)部局部放電故障定位與分析

劉大永 馬文清 李金月

摘要：為實現(xiàn)高壓開關(guān)柜的安全可靠運行，針對某開關(guān)柜內(nèi)部局部放電的案例，采用暫態(tài)地電壓（TEV）檢測技術(shù)、超聲波（AE）檢測技術(shù)及特高頻（UHF）檢測技術(shù)對開關(guān)柜進(jìn)行檢測并發(fā)現(xiàn)存在局放信號；利用平分面法從橫向、縱向及深度三維空間對局放源的位置進(jìn)行了定位；依據(jù)相關(guān)的檢測數(shù)據(jù)、討論分析了局放的幅值、類型及原因，經(jīng)處理后局放信號消失。研究表明：多種檢測技術(shù)和超高頻法定位技術(shù)對開關(guān)柜內(nèi)部局部放電故障的檢測和準(zhǔn)確定位提供了現(xiàn)場應(yīng)用基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：高壓開關(guān)柜；局部放電；暫態(tài)地電壓；超聲波檢測；特高頻檢測

中圖分類號：TM835.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：HTA

高壓開關(guān)柜是城市配電網(wǎng)中的重要設(shè)備，它位于變電站變壓器低壓側(cè)，是變壓器與負(fù)荷用戶的連接導(dǎo)體，其主要作用是進(jìn)行開合、控制和保護用電設(shè)備。根據(jù)高壓開關(guān)柜事故分析1992-2002年，10年期間，高壓開關(guān)柜絕緣故障占48%。因此，對高壓開關(guān)柜的絕緣性能進(jìn)行連續(xù)的監(jiān)測，掌握其當(dāng)前運行狀態(tài)并預(yù)測其發(fā)展趨勢，為高壓開柜維修提供切實可靠的依據(jù)。開關(guān)柜內(nèi)部發(fā)生金屬毛刺、氣泡等絕緣缺陷時[1-2]，在這些缺陷處容易產(chǎn)生極強的電磁場，導(dǎo)致電荷定向移動，從而激發(fā)出高頻電磁波，檢測方法包括超聲波（AE）法、暫態(tài)地電壓（TEV）法及特高頻（UHF）法等，并且形成了相應(yīng)的典型案例庫[3-5]，并對局放源進(jìn)行空間定位，依據(jù)相關(guān)的檢測數(shù)據(jù)，討論分析了開關(guān)柜內(nèi)部局部放電的幅值、特點、類型及原因，并提出了具體的處理方案。

1 開關(guān)柜局部放電檢測技術(shù)

1.1 開關(guān)柜局放的原因

高壓開關(guān)柜局部放電主要表現(xiàn)為設(shè)備絕緣問題，常見的原因如下：

（1）爬距及空氣間隙不夠。

（2）制造質(zhì)量差，工藝不良。

（3）環(huán)境條件的影響。

（4）雷擊過電壓造成開關(guān)柜閃絡(luò)。

1.2 暫態(tài)地電壓檢測技術(shù)

它的原理是耦合開關(guān)柜外殼上的放電信號；該方法原理簡單，靈敏度高，定位準(zhǔn)，便于實現(xiàn)。但是在現(xiàn)場測試時，干擾信號較多，需要從眾多的噪聲識別局部放電信號，因此這種方法的使用推廣受到了一定的限制[5-9]，見圖1。

1.3 超聲波檢測技術(shù)

超聲波法：開關(guān)柜內(nèi)部發(fā)生局部放電時，產(chǎn)生從幾十赫到幾兆赫的信號，并會產(chǎn)生振動、聲音物理現(xiàn)象，因此超聲波是局部放電信號的體現(xiàn)。開關(guān)柜封閉性好，超聲波信號就更不容易被檢測到，因此用超聲波信號檢測局部放電信號就要求操作人員有豐富的經(jīng)驗[9-12]。見圖2。

2 局部放電案例的綜合診斷

在呼西配電所安裝IMD故障預(yù)警系統(tǒng)，監(jiān)測到明顯的局部放電信號，并且南側(cè)柜體從“所用變二”柜到“呼準(zhǔn)旁路”柜放電量依次減小，北側(cè)柜體從“所用變一”到“自閉二”放電量依次減小，北側(cè)放電量大于南側(cè)。

2.1 開關(guān)柜本體放電情況試驗

用TEV傳感器檢測發(fā)現(xiàn)開關(guān)柜有放電現(xiàn)象，用特高頻傳感器檢測發(fā)現(xiàn)附近墻體、電纜、空間等均都有放電現(xiàn)象。接著用超聲波傳感對柜縫等進(jìn)行檢測，未發(fā)現(xiàn)明顯放電現(xiàn)象。如圖3所示是對進(jìn)線保護二開關(guān)柜用TEV傳感器及開關(guān)柜局部放電檢測儀檢測結(jié)果，現(xiàn)柜體有放電現(xiàn)象。

開關(guān)柜本體能檢測到放電量可能是開關(guān)柜內(nèi)部發(fā)生放電，也可能是外界輻射至開關(guān)柜，因此用超聲波傳感器對柜體本身進(jìn)行放電檢測。由于超聲波傳感器未檢測到明顯的放電現(xiàn)象，因此，初步假設(shè)放電來自空間，接下來在空間范圍內(nèi)檢測放電位置。

2.2 空間范圍內(nèi)進(jìn)行檢測

2.2.1 水平方向的放電位置的確定

把TEV傳感器A、B放在l、2位置進(jìn)行帶電檢測，用示波器進(jìn)行觀察，能看到明顯的時間差，把傳感器按照箭頭順序依次上移，發(fā)現(xiàn)傳感器在位置5最先接收到放電信號，說明放電點可能來自于5號位置所在的開關(guān)柜，也有可能來自于電源進(jìn)線二及計量柜的電纜（即e組電纜）放電。見圖4。

2.2.2垂直方向上的放電點位置的確定

由于來自于開關(guān)柜和電纜放電，因此利用方向傳感器來測量空間放電。把方向傳感器分別放置于開關(guān)柜端以及電纜端，測量傳感器接收到信號的時間差，以此來計算傳感器之間的距離。測得的距離與傳感器實際距離越接近，說明距離放電點越近，先收到信號的傳感器也就越接近放電源。

按照上圖方式放置傳感器，能看到明顯的時間差，如圖5所示，經(jīng)過計算，時間差為4ns，計算得兩傳感器之間距離得1.2m，兩傳感器實際距離為1.74m。同樣方向靠近電纜放置傳感器，傳感器A先接收到信號，測量結(jié)果如圖5所示。經(jīng)過計算兩傳感器時間差為5.5ns，經(jīng)計算兩傳感器距離為1.65m，經(jīng)測量兩傳感器之間距離為1.74m。

通過以上實驗證明，傳感器接近于電源進(jìn)線一及計量柜的進(jìn)線電纜時，根據(jù)時差所計算的距離更接近于傳感器的實際距離，并且接近穿墻套管的傳感器更早收到信號，因此，初步確定，放電來自電源進(jìn)線一及計量柜的進(jìn)線電纜。

2.2.3墻體內(nèi)外放電位置確定

由于現(xiàn)場情況復(fù)雜，首先要確定放電點位置到底是在穿墻套管，還是電線桿，因此，我們在室外進(jìn)行放電點檢測。

傳感器在位置1時，時間差最長，傳感器遠(yuǎn)離此處，時間差越小如圖6B所示，將傳感器分別放于1、2、3點處，測得時差如表1所示：

圖6說明放電點更接近1的為位置。因此鎖定為絕緣子或者避雷器內(nèi)部放電。

2.3 確定電纜放電相

通過上述試驗證明是e組穿線套管或者絕緣子放電。用高頻電流互感器卡分別卡在電纜A、B、C相上，看出B相幅值最大。用聲電一體傳感器及便攜式局部放電檢測儀、電纜局部放電監(jiān)測儀進(jìn)行驗證，都能檢測到明顯的放電波形，并且能準(zhǔn)確測得放電時刻的放電量。得到結(jié)果如表2所示，證明確實B相放電。

把電源進(jìn)線一及計量進(jìn)線電纜斷電，TEV在線檢測傳感器仍然報警，用同樣的步驟進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)車站出現(xiàn)電纜穿線套管B相有放電。

3 結(jié)語

為實現(xiàn)高壓開關(guān)柜內(nèi)部局部放電準(zhǔn)確、快速查找及定位，結(jié)合局部放電案例，采用暫態(tài)地電壓、特高頻、超聲波等多種檢測技術(shù)分析了開關(guān)柜內(nèi)部局部放電特性，通過聲電聯(lián)合局部放電測試方法對開關(guān)柜局部放電進(jìn)行精確定位和測試分析，可以大大降低設(shè)備維護時間，提高維護效率。 同時針對有疑似局部放電的開關(guān)柜進(jìn)行長期跟蹤，利用趨勢分析、橫向?qū)Ρ取⒖v向?qū)Ρ燃敖y(tǒng)計分析等方法對局部放電源進(jìn)行綜合的評估，為下一步開關(guān)柜的狀態(tài)檢修提供可靠的數(shù)據(jù)。

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