高压开关柜局部放电故障缺陷诊断技术分析

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摘  要：高压开关柜是变电站内的重要组成部分，其内部发生局部放电严重影响设备安全可靠运行，在带电条件下对封闭的高压开关柜进行局部放电检测是反映其内部绝缘状态的有效手段。本文主要对特高频、暂态地电压与超声波检测技术的原理和优缺点进行介绍，为今后选取合理检测方法提供依据。

关键词：高压开关柜；局部放电；故障诊断

1.局部放电检测工作执行的必要性

通常在高压类型开关柜装置中的设备，其放电过程中出现的损坏可以分成没有击穿的状态、间歇性击穿的状态及完全被击穿的状态这3个不同的类型和阶段，局部放电的过程主要包含了没有击穿及间歇性击穿这2种情况。这其中没有击穿的状态主要包括了辉光类型的放电、电晕类型的放电和刷状类型的放电等模式，在此种状态之下电气设备尽管出现了一定程度上的放电情况，不过其综合绝缘水平依旧保持了比较理想的状态，这个时候如果能够迅速地去除放电的源头就能够有效防止相关设备受到更大的损坏。间歇类型的击穿状态一般指火花类型的放电情况，在这个状态之下相关电气设备的绝缘能力已经出现了比较明显的劣化，已经不能再继续进行正常的使用了，这个时候如果能够迅速去除放电的源头并且及时更换出现绝缘问题的相关设备，则能够有效预防事故问题的继续恶化。完全类型的击穿状态通常指的是电弧放电的情况，在此状态之下相关电气设备已经被完全损坏，各项功能指标可以说完全失效，因为电弧的放电情况是一类非常严重的放电情况，相关的设备如果到了此阶段，高压类型的开关柜装置将会存在随时可能发生爆炸的巨大隐患，必须引起高度的重视。

2.开关柜带电检测方法及其诊断定位技术

开关柜带电运行时，如果内部绝缘材料损坏或绝缘受潮，在高压电场中部分区域场强分布集中引起电压差，绝缘薄弱区将会发生局部放电，局部放电过程中激发的电磁波信号、声波信号向周围空间传播，检测这些衍生信号可以分析放电类型，确定缺陷的位置，诊断缺陷的严重程度。

2.1暂态地电压检测法

局部放电激发的电磁波信号传播到开关柜金属壳体表面，由于集肤效应在开关柜内壳体产生高频脉冲电流信号，当传播到地网时产生对地暂态电压信号，频率范围为3MHz～100MHz。

检测仪器通过电容耦合传感器检测暂态电压信号的幅值和脉冲个数，从而判断是否存在放电缺陷并分析缺陷的严重程度。

2.2特高频检测法

局部放电时，高速移动的电子在交变的电场、磁场中激发出电磁波信号，电磁波信号的频段高达300MHz～3000MHz。

电磁波信号向空间传播，利用特高频天线进行检测，通过信号采集和检波处理，形成PRPD/PRPS图谱，有效识别信号是否具有工频相关性，快速读取信号的幅值和频次。

2.3超声波检测法

局部放电消耗能量，对空间产生振动，振动信号包括可闻声波及超声波信号。超声波检测法在开关柜局部放电检测中应用较早，是指对频率介于20kHz～200kHz频段的声信号进行采集、分析、判断的一种检测方法。通过对超声波信号进行检测，可有效排除外部声波干扰。超声波检测数据包含周期最大值、信号波形、频率成分、音频信号，可判断放电的严重程度，由于超声波衰减快，可根据声音大小进行初步定位。

3.特高频检测技术具体应用

特高频法的基本原理是通过特高频传感器对电力设备局部放电产生的超高频（0.3～3GHz）信号进行检测，从而判断设备局部放电状况，实现绝缘状态的判断。由于现场干扰主要集中在0.3GHz频段以下，因此特高频法能有效避开干扰信号，具有较高的灵敏度和抗干扰能力，可实现局放带电检测、定位、故障类型判断等。

时差定位法的基本思路是距离放电源最近的传感器检测到的时域信号最超前，适用于采用高速数字示波器的带电检测装置。将传感器分别放置在GIS上2个相邻的测点位置，根据放电检测信号的时差，即可计算得到局部放电源的具体位置。

对某35kV开关室内开关柜进行特高频局放检测，发现开关柜存在特高频局放信号，幅值最大位置为J34-9甲开关柜前下观察窗处（如图1），幅值为-32dBm。图谱有明显相位相关性，PRPD谱图呈现两簇放电信号，正负半周各有一簇，且幅值大小不一，具有绝缘放电特征。经过检测可知，停电前检测J34-9甲间隔开关柜有特高频局放信号存在，绝缘放电特征幅值为-30dBm，放电幅值有所增大。拉出PT手车操作过程中，检测J34-9甲间隔开关柜特高频信号，局放信号随手车拉出消失。对J34-9甲PT的C相进行感应耐压试验，一次绕组电压为35kV。对J34-9甲PT的A/B相进行感应耐压试验，均未发现放电特征图谱。通过对比PT手车拉出操作过程和耐压试验过程可发现，该绝缘性特高频放电信号来自C相PT，与此前检测定位分析结果一致。

经分析，该绝缘放电信号位于J34-9甲PT本体C相，放电能量较大，持续放电可能导致附近绝缘件进一步劣化。放电原因可能是绝缘材料内部劣化，建议在更换C相PT本体后恢复运行，并对缺陷进行解体分析，确定放电原因。

4.处理及防范措施

对该开关柜进行停电检查发现，该开关柜内断路器下部静触头套管的外绝缘存在相间放电现象，有明显的白色放电生成物。现场进行高压试验，试验电压加至20.2kV时，能听见明显的放电声音。随后将套管擦拭干净，再次加压至20.2kV，亦能听见间歇的放电异常响声。随着试验电压的升高，放电异常响声不断增大，且变得连续。在试验加压的同时，进行特高频、超声波测试，与前期测试结果相比变化不大，并且随着电压的升高，放电信号越来越强。确定放电位置后，对断路器下部静触头三相套管的外绝缘进行等电位处理，检查其他设备无异常后，恢复送电并再次进行特高频及超声波局部放电检测，异常信号消失，开关柜运行正常。开关柜检修处理后运行一周进行局部放电复测未见异常，且附近无臭氧味和异常响声。

通过查阅相关资料，结合实际工作中出现的类似问题，制定防范措施以避免该类问题再次发生。

1）提高绝缘水平。对单纯以空气作为绝缘介质的开关柜，柜内各相导体的相间与对地净距离必须符合规定。

2）降低开关室湿度，改善运行环境。例如采用特殊设计的建筑物或小室，进行适当通风或加热，采取适当的除湿措施。

3）消除电位差。对开关柜接地部位采取等电位处理，实现完全接地，例如35kV开关柜使用带屏蔽的穿柜套管等。

结束语

综上所述，本文分析了高压开关柜的放电损坏过程。对于局部放电现象发生时的状态进行了深入分析，表明了高压开关柜装置局部放电检测操作的可行性。介绍了局部放电的检测及定位方法，并且通过实际案例阐述了局部放电数据检测及放电点位定位方法的实际应用过程，为后期现场检修人员检测方案的选取提供了一定程度的参考。

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