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摘要：10 kV开关柜作为中国配网系统中非常重要的设备,其运行的可靠性直接关系到供电可靠性。开关柜内的绝缘缺陷或劣化、接触不良等都会成为其安全运行的隐患,而这些隐患在设备正常运行的情况下又很难发现。为解决上述问题,笔者介绍了基于暂态对地电压（TEV）、超声波（AE）、超高频（UHF）原理的联合局部放电检测方法。该方法可以为评估开关柜运行状态和检修工作提供丰富的数据依据,全面保障10 kV开关柜的安全运行。
关键词：10kv开关柜；局部放电检测技术；研究；运用
近年来，电力系统中开关柜应用越来越广，开关柜现场试验方法的不足和投运的开关柜绝缘特性劣化导致的电力事故数量逐年攀升，严重威胁着电力系统的安全运行 , 最终影响供电质量和供电可靠性。据统计，引起开关柜绝缘特性劣化的因素中，由局部放电引起的劣化占 85%。因此，如何有效发现开关柜中的局部放电，及时检测出潜在绝缘故障已成为电力监管部门日益关心并亟待解决的问题，也是当前相关机构和科技人员研究的热点。
1 局放检测的原理
在开关柜绝缘系统中，各部位的电场强度存在差异，某个区域的电场强度一旦达到其击穿场强时，该区域就会出现放电现象，不过施加电压的两个导体之间并未贯穿整个放电过程，即放电未击穿绝缘系统，这种现象即为局部放电。局部放电是一种脉冲放电，局部放电的过程除了伴随着电荷的转移和电能的损耗之外，还会产生电磁辐射、超声、发光、发热以及出现新的生成物等。超声测量和暂态低电压测量就是基于这些伴生现象而总结出的测量方法。
1.1 暂态低电压法
为了减小设备尺寸，使结构更加紧凑，目前开关柜制造厂家在开关柜的制造中采用了大量的绝缘材料，如环氧树脂浇注的 CT、PT、静触头盒、穿墙套管和相间隔板等，如果这些绝缘材料内部存在局部放电，受趋肤效应的影响，电流行波往往仅集中在金属柜体的内表面，而不会直接穿透金属柜体，小部分通过金属壳体的接缝处或气体绝缘开关的衬垫传播出去，同时产生一个瞬时对地电压，通过设备的金属壳体外表面而传到地下去。开关柜壳体上暂态对地电压的变化会在传感器的金属极板上感应出高频电流，对传感器输出的高频电流进行处理，
可以间接获得局部放电的强度和频度。这种检测方法对脉冲的变化速度比较敏感，比较适合检测介质内部的放电。但是由于其检测原理为电容耦合式，所以检测时，TEV 传感器一定要与柜体紧密接触，才能够有效地检测局放信号。其检测原理如图 1 所示。
1.2 超声法
局部放电前，放电点周围的电场应力、介质应力和粒子力处于平衡状态，局部放电是一种快速的电荷释放或迁移过程，导致放电点周围的电场应力、机械应力与粒子力失去平衡状态而产生振荡变化，导致放电点周围介质的振动现象，从而产生声波信号。放电强度的大小决定了电场应力、机械应力和粒子力的振荡幅度，也就直接决定了声波幅值的大小。超声波放电检测就是基于探测放电所发出的声波信号来进行测量分析的。局部放电看起来像一次小的“爆炸”，它激励出机械波在绝缘体中传播，此波能用合适的传感器检测到。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆传感器的输出可用传统的数据采集系统分析，检测到的信号形状依赖于信号源、检测仪器以及使用的传感器。绝缘子、母线排表面放电导致的振动幅值较大，方便使用超声波方法进行测量。
2 典型案例
案例1 ：2013年11月21日，检修人员使用Ultra TEV plus+ 便携式局部放电检测仪在对 110 kV某变电站室内 10 kV 开关柜进行局部放电带电检测时，发现216开关柜的超声数据和TEV数据均有异常，虽然表面上看 216 开关柜测试数据并没有超出规程规定，但是与相邻柜比稍稍偏高，工作人员根据经验，初步推断该 216 柜内存在局部放电，在检查过程中发现，电缆夹层中出线电缆有人耳可以听见的明显放电声音，使用仪器测量超声信号为 26 dB（电缆夹层超声背景为－5 dB），说明电缆内部存在着较强的局部放电现象。
随后，工作人员在使用 TPD － 1 型末屏放电检测仪对该处进行测量和定位，确定其发生局部放电的部位位于电缆夹层上楼板与电缆交叉处附近，其放电特征如图 3 所示。
由图 3a 和图 3b 对比可以明显看出，该处放电属于局部放电的典型图谱之一，在一个周期（20 ms）内有两次放电脉冲，且脉冲幅值一个较大为 1 mV，一个稍小为 0.5 mV，这是由于正负极性的电晕起晕
电压和电晕能量不同造成。由图 3 可以看出其放电是连续性的，即每个周期都有。在停电检修过程中，发现 216 开关柜 B 相出线
电缆接头附近绝缘护套破损严重，而且故障周围包括相邻相电缆均有明显的烧蚀痕迹。将截下的故障电缆进行解体检查后，经过分析论证，发现电缆在安装敷设过程中随意拉拽磕碰，由外力破坏造成电缆接头处的护套多处破损，甚至已经损害到电缆的主绝缘，案例 2 ：2014 年 3 月 6 日，检修工作人员在对110 kV 某变电站的室内 10 kV 开关柜进行局部放电检测时，发现 231 开关柜空隙的超声信号较强，超声指示灯为红色，用局放仪器所配耳机能够听到明显的“嘶嘶”的放电声音。并且 TEV 数值也比相邻开关柜大很多。
图3 216 开关柜局放信号波形图
根据解体情况及运行经验可以得出，当地重工业发达，环境污染严重，由于电缆接头的制作工艺不良，使得电缆金属护套密封不严，绝缘带层间不可避免地会有气隙和杂质，继而发生电缆内部的局部放电。随着局部放电的持续发展，最终导致了电缆一整圈的圆环放电现象。开关柜的上部与外界虽然有气孔相连，但开关柜内的空气流通速率不够大，且当湿度和灰尘较大时，就易使其设备表面积污，发生闪络。
3 结束语
这两起案例都是在发现开关柜的局部放电试验数据异常后，进而检查发现出线电缆存在绝缘故障，及时采取有效措施，避免了事故的进一步扩大。为避免此类事故的再次发生，这就对电缆的生产厂家的屏蔽、护层和接头等一系列制造工艺提出了更高的要求。在电缆安装敷设过程中，施工人员应当严格遵守 GB50168—2006《电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范》，避免由于地面拖拉摩擦，铠装压扁、弯曲半径过小等造成的外力破坏电缆，从而导致绝缘事故的发生。
此外，对于开关柜局部放电的检测不能单纯以数据是否超过规程要求为准。对于某些案例，虽然试验数据不超规程要求，但也不可以轻易下结论，判定设备合格。应当在大量的试验数据中寻找“异常者”。采取多种局部放电检测手段，综合分析，这样才能更好地补充和完善现有规律，提高电气设备安全稳定运行的可靠性。
参考文献
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[3]谢云飞，王四保，宋淑红，梁伟.超声波局部放电检测及定位技术在开关柜中的应用[J].中国高新技术企业，2016 (9).
论文作者:毛海鸣1,林友福2
论文发表刊物:《电力设备管理》2017年第6期
论文发表时间:2017/7/31
标签：开关柜论文; 局部论文; 电缆论文; 超声论文; 应力论文; 电场论文; 发现论文; 《电力设备管理》2017年第6期论文;