基于UHF局放檢測技術(shù)的開關(guān)柜內(nèi)部絕緣缺陷分析

路智欣 趙威 張詣 段永生 楊鴻景

摘要：本文介紹了一起僅有特高頻局放異常表征的開關(guān)柜穿柜套管內(nèi)部絕緣缺陷案例，通過局放信號特征與試驗解體情況分析對比，找到了故障原因，并提出了開關(guān)柜特高頻局放異常時的檢修建議。

關(guān)鍵詞：開關(guān)柜;特高頻;局部放電：缺陷分析

開關(guān)柜運行狀態(tài)直接關(guān)乎用戶供電的可靠性，對開關(guān)柜定期巡視檢測盡早發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患，防止非計劃停電十分重要。經(jīng)驗表明，在實際運行中開關(guān)柜容易產(chǎn)生絕緣缺陷，導(dǎo)致絕緣故障。局部放電帶電檢測是判斷絕緣缺陷是否存在的有效方式，對局部放電信號類型進一步識別可以判斷存在的絕緣缺陷類型，有助于工作人員掌握設(shè)備狀態(tài)，便于維修工作的展開。

超聲波和特高頻法是局部放電帶電檢測較有效的測試手段，近幾年通過超聲波、特高頻局放測試技術(shù)已有效發(fā)現(xiàn)并處理了數(shù)十起設(shè)備絕緣潛伏性缺陷及金屬懸浮性缺陷。據(jù)不完全統(tǒng)計，經(jīng)過處理驗證的缺陷大部分為穿柜套管、穿墻套管沿面放電，電纜與零序電流互感器處沿面放電或相間放電，引線脫落等金屬懸浮放電，此類缺陷以超聲波局放為主要表征，通過耳機或入耳可聽見放電破裂聲，在條件允許的情況下形成暗室效果可看到放電跡象，較易判斷缺陷等級并進行停電處理，故障點呈現(xiàn)在設(shè)備表面利于查找。

本案例不同于以往，是一起僅有特高頻局放異常為表征的穿柜套管內(nèi)部氣隙缺陷。從發(fā)現(xiàn)跟蹤僅經(jīng)過2個月的時間即發(fā)生絕緣擊穿。通過此次案例，為提升開關(guān)柜局放帶電檢測技能提供了寶貴經(jīng)驗，并為完善開關(guān)柜運維檢修策略提出了建議。

1 概況

2019年6月12日，對220kV某變電站進行35kV開關(guān)柜局放測試，發(fā)現(xiàn)220kV1號主變35kV側(cè)301斷路器開關(guān)柜后柜存在特高頻局放異常，幅值63dB，有內(nèi)部絕緣放電特征，無超聲波局放信號，建議持續(xù)關(guān)注。

2019年8月28日，該變電站發(fā)生35kV I段母線C相單相接地，現(xiàn)場檢查TV保險正常，35kV I段母線各外露元件外觀檢查未見異常，疑似柜內(nèi)絕緣擊穿。經(jīng)試驗檢查及解體閥301開關(guān)柜后柜3014隔離開關(guān)C相靜觸頭上方穿柜套管絕緣擊穿，套管內(nèi)部存在較大氣泡。

2 超聲波和特高頻局放測試

2019年6月12日，對220kV1號主變35kV側(cè)301斷路器開關(guān)柜開展超聲波和特高頻局放測試。無明顯超聲波局放異常，檢測到特高頻局放信號，如圖1所示。從后柜檢測窗測試幅值最大為63dB，脈沖次數(shù)較少，幅值大小均有，工頻相位的正、負半周均會出現(xiàn)。綜合超聲波和特高頻信號特征，初步判斷為內(nèi)部絕緣性放電。鑒于局內(nèi)僅有局放巡檢設(shè)備，無法進一步查看局放波形和精確定位，且停電檢查較難發(fā)現(xiàn)絕緣內(nèi)部異常，建議跟蹤關(guān)注局放信號發(fā)展趨勢。

3 缺陷試驗檢查

2019年8月28日，該變電站發(fā)生35kV I段母線C相單相接地，現(xiàn)場檢查TV保險正常，35kV I段母線各外露元件外觀檢查未見異常，疑似柜內(nèi)絕緣擊穿。

首先初步判斷故障范圍。因220kV1號主變35kV側(cè)避雷器C相在發(fā)生缺陷后阻性電流為0，當拉開3016隔離開關(guān)后，原本為0的阻性電流上升至正常值，故初步判斷故障位置大概在35kV I段母線C相3016隔離開關(guān)至35kV I段母線之間。

通過測量故障范圍內(nèi)的絕緣電阻，縮小檢修范圍。試驗發(fā)現(xiàn)：35kV I段母線、35kV I段母線至3011隔離開關(guān)、3011隔離開關(guān)至301斷路器、301斷路器至3014隔離開關(guān)絕緣電阻試驗合格，3014至3016隔離開關(guān)間C相的絕緣電阻為0，故確定故障點在3014至3016隔離開關(guān)之間。

3014至3016隔離開關(guān)之間結(jié)構(gòu)如圖2所示。3014隔離開關(guān)上觸頭母排經(jīng)穿柜套管到達后上柜，再由一段穿墻套管出高壓室到達室外的3016隔離開關(guān)靜觸頭。

為進一步排查故障出現(xiàn)在靠近3016側(cè)還是3014側(cè)，拆除了后上柜的一段母排。試驗發(fā)現(xiàn)母排至3016隔離開關(guān)絕緣電阻良好，母排通過穿柜套管至3014隔離開關(guān)的絕緣電阻為0。

檢查穿柜套管，將穿柜套管與母排相連的均壓導(dǎo)線解開后，對母排進行絕緣試驗，絕緣良好;通過穿柜套管均壓導(dǎo)線對套管進行絕緣試驗，發(fā)現(xiàn)該穿墻套管絕緣為0。穿柜套管取下后進行了絕緣試驗，絕緣仍為0，確定此次35kV I段母線C相失壓由該穿柜套管絕緣擊穿所致。

4 缺陷解體

首先外觀檢查。套管外觀完好，無臟污，未發(fā)現(xiàn)放電痕跡。C相從穿墻套管沿母排一直到穿柜套管母排處都有明顯的受潮痕跡，A、B相無類似受潮。現(xiàn)場檢查情況如圖3所示。

根據(jù)穿柜套管結(jié)構(gòu)，如圖4所示，存在低壓、高壓屏蔽網(wǎng)，分別與接地引線和母排相連，中間為澆筑的環(huán)氧樹脂，環(huán)氧樹脂處于強電場中，問題出現(xiàn)在絕緣內(nèi)部可能性較大。

解體后，發(fā)現(xiàn)其中一半絕緣電阻為零，另一半絕緣電阻正常。對有問題的一半進一步解體檢查，發(fā)現(xiàn)在套管高、低壓屏蔽網(wǎng)間的環(huán)氧樹脂層內(nèi)有電擊穿燒焦的痕跡及絕緣長期受熱發(fā)黃痕跡，推斷套管在制造過程中存在較大氣泡，套管解體如圖5所示。

對穿柜套管進行了更換，送電后301后柜特高頻局放信號消失。

5 缺陷原因分析

現(xiàn)場雖然發(fā)現(xiàn)過橋內(nèi)C相有受潮痕跡，但根據(jù)以往測試經(jīng)驗來看，絕緣件受潮后首先在表面會出現(xiàn)局放跡象，并伴有超聲波局放特征。而在前期的測試過程中無明顯超聲波局放異常，且該套管表面完好無臟污，排除是水汽進入內(nèi)部氣隙加速絕緣老化的可能性。

此次故障主要由于穿柜套管制造工藝造成環(huán)氧樹脂中有氣泡，空氣介電常數(shù)相對環(huán)氧樹脂低，電場主要集中在此部分，引起周邊絕緣分解、老化、發(fā)熱，產(chǎn)生局放，當放電發(fā)展到一定程度將導(dǎo)致絕緣擊穿。因缺陷在絕緣內(nèi)部，超聲波局放信號經(jīng)絕緣介質(zhì)及空氣傳播衰減較大，不易被檢測，所以通過特高頻局放測試技術(shù)可有效發(fā)現(xiàn)在運行開關(guān)柜的內(nèi)部絕緣類故障。

6 特高頻局放異常的檢修建議

從2017年至今昆明供電局開關(guān)柜局放測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)持續(xù)存在的僅特高頻局放異常的開關(guān)柜間隔40余個，其中最大幅值在60dB以上3個，且未達到63dB，從發(fā)現(xiàn)異常起至今安全運行最長時間約為2年。

本次發(fā)現(xiàn)的案例，特高頻局放幅值達到63 dB后發(fā)展迅速.僅2個月的時間即發(fā)生絕緣擊穿。雖然特高頻幅值受絕緣類型、放電位置影響較大，不能單純從幅值來定奪缺陷處理緊急程度。但因特高頻測試位置普遍固定在開關(guān)柜后柜下部窗口，巡檢儀可以通過幅值定位法初步鎖定在具體柜內(nèi)，且開關(guān)柜空間有限，所以針對僅有特高頻信號的內(nèi)部絕緣類故障可以初步通過預(yù)警幅值來定奪缺陷處理緊急程度。

經(jīng)過大量測試經(jīng)驗，建議在排除干擾的情況下，僅有特高頻局放信號且是絕緣類特征時，最大幅值在60dB以下，跟蹤復(fù)測周期可為每年一次，必要時為每半年1次;當最大幅值在60dB至63dB間，應(yīng)進行精確定位，根據(jù)放電幅值縮短復(fù)測周期可為每3到6個月一次，在允許條件下停電處理;當最大幅值在63dB及以上，應(yīng)及時進行精確定位，并立即停電處理，更換相應(yīng)設(shè)備。

針對內(nèi)部絕緣故障不便于查找的問題，可以結(jié)合之前的精確定位，同時配合電氣試驗測量絕緣電阻的方法查找此類缺陷。

7 結(jié)束語

（1）開關(guān)柜內(nèi)部絕緣類故障用特高頻局放檢測技術(shù)較為有效。

（2）特高頻局放異常的開關(guān)柜內(nèi)部絕緣類故障，最大幅值在60dB到63dB間，應(yīng)進行精確定位，根據(jù)放電幅值縮短復(fù)測周期可為每3到6個月一次，觀察發(fā)展趨勢，在允許條件下停電處理。

（3）特高頻局放異常的開關(guān)柜內(nèi)部絕緣類故障，最大幅值在63dB及以上，應(yīng)及時進行精確定位，并立即停電處理，更換相應(yīng)設(shè)備。

（4）內(nèi)部絕緣類特高頻局放異常故障需采取局放定位及測試絕緣電阻相結(jié)合的方法查找。

（5）掌握開關(guān)柜各類絕緣缺陷發(fā)展趨勢與局放信號的關(guān)系，對準確判斷故障類型、位置、缺陷程度定級，并開展檢修維護十分必要，應(yīng)進一步深入研究。

參考文獻

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作者簡介

路智欣（1989-），女，黑龍江省哈爾濱市人。碩士研究生，工程師。研究方向為帶電監(jiān)測和高壓試驗。

趙威（1987-），男，云南省會澤縣人。碩士研究生，工程師。研究方向為高壓試驗。

張詣（1986-），男，重慶市人。碩士研究生，工程師。研究方向為高壓試驗。

段永生（1992-），男，云南省保山市人。大學(xué)本科學(xué)歷，工程師。研究方向為帶電監(jiān)測和高壓試驗。

楊鴻景（1992-），男，云南省昆明市人。大學(xué)本科學(xué)歷，助理工程師。研究方向為高壓試驗。