摘要：文中介绍了TEV、超声波和红外三种方法对设备检测，并将三种方法相结合，对220kV简龙站开展10kV开关柜局放普查，发现502和502CT开关柜局放信号幅值较大，且向两边柜子成递减趋势，502柜中存在局部放电现象，通过对220kV简龙站502、502CT开关柜进行了停电开盖检查，发现502CT开关柜内确实有很明显的放电痕迹，证实了三种方法检测开关柜内部故障的有效性。
关键词：超声波；局部放电；红外测温；检测；
1 引言
长期以来，我国对运行中的高压开关柜实行的是以时间周期为基础的定期检修制度。所谓定期检修是指按主管部门颁发的全国统一规程所规定的项目、周期等进行的检修。虽然这种检修制度对减少和防止事故的发生起到了积极的作用，但随着电力设备的容量增大、开关柜的数量增多，结构更加复杂化。开关柜内部不可避免地存在各种缺陷，而这些缺陷的存在会在运行过程中引起局部电场强度急剧增大，从而会产生局部放电（简称局放）。研究表明，如果这种局放放任不管，任其发展，将很有可能产生危险的放电通道，导致绝缘击穿，从而引发事故。因此，对开关柜局放进行检测，就能较早发现开关柜的内部缺陷，以便采取适当措施，防止其进一步发展造成事故。
2 开关柜带电检测技术简介
10kV开关柜是电网的重要组成部分，其运行的稳定性直接影响到电网安全运行。然而，传统的定期预试性试验技术暴露出来的问题无法满足当前的需要，因此，采取适当的方法进行监测是很有必要的。而根据实际运行经验发生故障前在事故潜伏期内应该都可能有放电现象产生，局部放电是导致10kV开关柜设备绝缘劣化发生绝缘故障的主要原因，其检测和评价已经成为绝缘状况监测的重要手段。为了能将局放测试实现带电测试，近年来发现了通过在线测量开关柜内因局部放电致使其金属壳体上产生的瞬间对地电压（Transient Earth Voltages，以下简称TEV），检测判断设备内部是否存在绝缘故障，即TEV检测法。具有以下优点：可以带电监测、灵敏度高、抗干扰能力强，能进行有效的故障定位，可以获得定量数据对内部放电监测灵敏度。在电力行业，很早就将红外热像仪运用于设备的安全检修上，通过其对电气设备和线路的热缺陷进行探测，如变压器、套管、断路器、刀闸、互感器、电力电容器、避雷器、电力电缆、母线、导线、组合电器、绝缘子串、低压电器以及具有电流、电压致热效应或其他致热效应的设备的二次回路等，这对于及时发现、处理、预防重大事故的发生可以起到非常关键而有效的作用。
2.1 超声波和TEV基本原理
局部放电是指发生在电极之间但并未贯穿电极的放电，这些微弱的放电产生累积效应会使绝缘的介电性能逐渐劣化，最后导致整个绝缘击穿。局部放电主要分为绝缘材料内部放电、表面放电、导体尖端放电等，并以电磁声波、气体形式等释放能量。
2.2 超声波检测原理
当高压电气设备内部存在局部放电，在放电过程中，随着放电的发生，伴随着爆裂状的声发射，产生超声波，且很快向四周介质传播。伴随有声波能量的放出，超声波信号以某一速度通过不同介质（隔板、油、SF6气体等）以球面波的形式向四周传播。但由于超声波频率高其波长较短，因此它的方向性较强，从而它的能量较为集中，容易进行定位。超声波检测主要采用20 kHz以上频率，可不受外部噪声的干扰。通常认为，当在被测设备外壳的接缝处进行测量时，由于探头完全置于设备体外，放电信号通过绝缘介质衰减很严重，灵敏度较差、定量分析比较困难，仅对局放初测及比较严重的空气中的放电才比较有效，超声波测量放电工作原理图1所示
当开关柜的内部元件对地绝缘发生局部放电时，小部分放电能量会以电磁波的形式转移到柜体的金属铠装上，并产生持续约几十纳秒的暂态脉冲电压，在柜体表面按照传输线效应进行传播。地电波局放检测技术采用容性传感器探头检测柜体表面的暂态脉冲电压，从而发现和定位开关柜内部的局部放电缺陷。
2.4 红外热像仪检测原理
红外热像仪是通过非接触探测红外能量（热量），并将其转换为电信号，进而在显示器上生成热图像和温度值，并可以对温度值进行计算的一种检测设备。红外热像仪能够将探测到的热量精确量化，或测量，使您不仅能够观察热图像，还能够对发热的故障区域进行准确识别和严格分析。
3 应用案例简介 220kV简龙站502、502CT开关柜局放检测过程
2013年04月24日，高试班按照《预防性试验规程》要求，对220kV简龙站如期开展10kV开关柜局放测试。试验人员在对502和502CT开关柜进行带电测试时，发现502和502CT开关柜暂态地电波（TEV）信号幅值较大，且相对两边柜子成递减趋势；随后试验人员使用超声波仪器，对这两面开关柜进行全面测试，发现502柜中存在疑似局放异响；
2013年06月21日，高试班对这一缺陷进行跟踪复查，发现该缺陷有劣化的迹象，502和502CT开关柜暂态地电波（TEV）信号幅值有所增长，从33dB、35 dB增长至46 dB、46 dB，幅值呈两边递减趋势。采用超声波测试，幅值从原来3~4 dB增长至16~25 dB。最后，试验人员对疑似存在问题的两面柜子进行红外测温，发现这两面柜子的温度相较于上一次的测试，有明显的增长。
3.1 TEV法
3.1.1测试仪器
仪器：10kV开关柜局放测试仪
型号：ultraTEVplus+
编号：0738
厂家：EA Technology Instruments
3.1.2 现场测试
当开关内部存在局部放电时，开关柜内部会辐射出电磁波信号，电磁波首先传到金属外壳的内表面，这些信号大部分被金属外壳屏蔽，而小部分从金属箱体的内表面通过箱体的连接处、绝缘衬垫或缝隙等处传播出大地、会在开关柜表面产生对地电位差，仪器通过探头表面的电容感应探头，将感应到的对地电位转换为以dB为单位的幅值信号，同时记录2μs时间内的脉冲数。
3.1.3测试数据：
2013年04月24日的测量结果如下：（背景信号：19 dB）
表-1 2M段开关柜TEV法测试数据
将以上2M段左排开关柜的TEV测试数据绘制成折线图：
纵向比较：
从以上测量结果可以看出，该段母线所有开关柜脉冲数集中在230附近，说明如果有局部放电存在，则局部放电只有一个源头，即该段开关柜可能存在一处局部放电。
通过开关柜的TEV幅值可以看出，，左2M的开关柜普遍高于右排开关柜，两排开关柜的信号幅值有着基本相同的变化趋势，将3号高压室左排开关柜的信号绘制成折线图，我们可以从上图看出，502和502CT开关柜的信号明显高于其他柜，且呈单边衰减的趋势。右2M的502开关柜与左2M的522开关柜通过母排相连，信号亦呈单边衰减的趋势。
根据上述情况，初步判定，如果存在局部放电，则局部放电的位置应位于502或502CT开关柜内。而且时隔两个月进行复测，我们发现这两面开关柜的幅值分别有13 dB和11 dB的增长，呈劣化的趋势。
3.2 超声波法
3.2.1使用仪器
名称：超声波局放仪
型号：UP9000
编号：930351
厂家：UE Systems Inc.
3.2.2 现场测试
当开关柜内部存在局部放电时，局部放电会产生人耳听不到的超声信号，超声信号到达开关柜表面，引起柜表面振动，仪器通过超声探头将接收的超声波信号转换为人耳可听见的声音信号，通过声音判别是否存在放电。当无局部放电存在且无外部噪声干扰时，应听不到任何异常声响。
3.2.3测试数据
为了能够对局放源进行有效定位，试验人员随后对502及502CT开关柜进行全面的超声波测试，针对这两面柜子柜前后面，进行柜中、柜上、柜下反复测试，在502柜后中部位置发现，超声波幅值在19~25dB之间浮动，能够明显听出放电声。并且局放相较于上次大约有11~19 dB的增长，有明显的增长趋势。
2013年04月24日测试数据：
表-1 2M段开关柜超声波测试数据
3.3.1使用仪器
名称：红外热像仪
型号：P630
厂家：FLIR
3.3.2测试数据
2013年06月21日，试验人员对502及502CT开关柜进行红外复测，发现开关柜最热位置位于502开关柜柜后中部右上角，表面最高温度达到64.6℃。与两个月前（2013年04月24日）的测试结果相比较，502开关柜柜后最高温度为45.6℃。因红外检测无法透过玻璃进行，只能对柜体表面进行红外测温。所以，该发热应属于内部发热型，估计内部导体温度应在90℃以上。
图-1 左边Ⅱ段母线整体红外图谱 图-2 502变低母线桥红外图谱
图-3 502及502CT柜后红外图谱
3.4监测结果分析
通过对三种测试方法的测试结果和现场观察到的一些情况进行综合分析判断，得出以下初步结论：
1）初步断定502和502CT开关柜内某一处位置存在内部局部放电，具体位置应在502开关柜后中部右上位置，根据两个开关柜内部结构了解到，柜的中上方应是母排和隔离开关，故怀疑母排或隔离开关可能存在问题；
2）502开关柜上方背面温度较高，由于502的负荷明显高于其他变低开关，温度异常升高是否与局部放电有关目前无法下定论，也可能是由于接触不良或一些其他原因造成。
3.5. 停电开柜外观检查
开柜发现502CT柜传动机构均存在一定程度的放电痕迹，由于传动机构接触不良造成柜存在局放信号过大，红外成像温度过高。
3.5.1 因为放电位置结构较单薄，无法承受大电流。放电的原因是悬浮电位放电，因为理论上放电部位和旁边的刀闸导电钢板是等电位的，不应该有放电，可能的原因是中间放电的传动机构构件部位与刀闸导电钢板接触不良好，可以形成悬浮电位。
4 结论
超声波、TEV、红外检测技术对开关柜内电力设备的可靠运行有了进一步的保证，对目前开展的状态检修也有了进一步的推进。检测技术的智能化需要基础绝缘理论、测试技术等的突破。电力公司的不断尝试有利于推动基础研究，也利于最快的掌握先进的状态检测手段，真正有效提高电力设备健康运行水平。以上三种设备和检测方法可有效检测运行开关柜设备的局放，多种测试方法相结合来判断开关柜绝缘状态将成为带电检测的新趋势；可以减轻人员的劳动强度，减少停电操作次数，提高经济效益和社会效益。因此，应加强对开关柜局部放电带电测试技术的推广，积累数据经验作为设备状态检修的参考的判据。
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[5]FLIR P630红外热像仪使用说明书
[6]《带电设备红外诊断应用规范》 DL/T 664—2008
论文作者:陈强
论文发表刊物:《防护工程》2018年第22期
论文发表时间:2018/11/22
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