摘要：高压开关柜在电力系统中应用极广，数量极多，其运行状态对电力系统供电可靠性至关重要。目前，电力系统中主要依据《输变电设备状态检修试验规程》开展周期性的停电例行试验，两次例行试验期内很难发现由于局部放电引起的设备绝缘缺陷。开关柜局部放电带电检测技术是在设备不停电情况下对设备进行检测，检测便捷安全，能够对设备运行状态进行评估，提前发现设备绝缘缺陷，减少停电次数，提高供电可靠性。
关键词：局部放电；高压开关柜；带电检测
1开关柜主要缺陷及放电类型
开关柜缺陷：高压开关柜由于其特殊的结构性，发生问题的概率较高。另外因污秽、绝缘薄弱、小动物侵入等原因常引发事故，表现为柜内CT的绝缘击穿、绝缘材料开裂等；瓷瓶套管爆炸、绝缘击穿、脏污闪络，过电压闪络击穿，相间绝缘闪络，内绝缘对地闪络击穿，外绝缘对地闪络击穿。高压开关柜发生事故的原因概括主要有以下原因：
（1）爬距和空气间隙不足：爬距以及空气间隙不够是开关柜发生绝缘损坏事故的主要原因。尤其是手车柜，为了达到缩短柜体尺寸的目的，大幅度减小柜内的断路器，完全隔离插头相间或是对地距离，却未采取有效措施保证绝缘强度。
（2）生产安装质量和施工工艺不良：安装和施工的工艺对开关柜整体耐压水平有很大的影响。柜内的相关配件能够通过耐压试验，但是开关柜整体却不能通过，主要是由于装配质量差。比如紧固螺丝不规则，拧紧后螺杆长出螺母过多；有些支持瓷柱的紧固底板成“丁”型，在支持瓷柱处作特殊处理，这样既可以缩短绝缘距离，又能够造成电场相对集中。
（3）搭接处接触不良，长期发热导致事故：当接触不好时，该接触电阻增高引发发热，严重时会直接烧毁连接处设备，引起短路故障。
（4）周围环境的影响：随着环境污染不断加剧，空气污染也不断加剧，也使电力设备的绝缘子等部件受到污染。分析多年来污闪事故，总结出发生污闪的原因主要有二：①（客观存在的）是污秽和潮湿两个因素同时存在于绝缘件的表面，产生污闪的可能性较大。②（人为原因）是绝缘子串的泄漏距离偏小，不能适应污秽和潮湿的环境。
2高压开关柜带电检测技术的基本原理
2.1暂态对地电压法基本原理
当高压开关柜发生局部放电时，由于集肤效应，先集中在与放电点相邻的接地金属柜表面，但不会直接穿透柜体，与此同时，它会产生无线电频率范围内的电磁波，并向各个方向传播出去，传播过程中可以通过金属柜上的小孔和缝隙，从柜内泄漏到外表面，而这些小孔和缝隙大多是外壳或其它绝缘部件周围的间隙。在电磁波传播的过程中，会在接地的金属柜上产生一个瞬时接地电压，这电压的范围是在1mV-1V，存在时间很短，只有几个纳秒的上升时间，通过设备的金属箱体外表面而传到大地。TEV法采用的是对数单位“dB”来表示放电的强度，因此发生局部放电时，可利用单只电容耦合式传感器在高压开关柜的接地金属外壳上进行探测。
2.2超声波检测原理
电力设备在放电过程中会产生声波。从能量的角度来看，放电是一个能量瞬时爆发的过程，是电能以声能、光能、热能、电磁能等形式释放出去的过程。在空气间隙中发生电气击穿时，放电瞬时完成，其电能瞬时转化为热能导致放电中心气体的膨胀，这种瞬时膨胀的结果以声波的形式传播出去，就是最初的声源，随着最初的声波传播，传播区域内的气体被加热，形成一个等温区，其温度高于环境温度。当这些气体冷却时，气体又开始收缩，收缩的结果就是较低频率和强度的后续波，它可以是可闻声波或超声波。放电产生的声波的频谱很宽，可以从几十赫兹到几兆赫兹，其中频率低于20kHz的信号能够被人耳听到，而高于这一频率的超声波信号必须用超声波传感器才能接收到。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆根据放电释放的能量与声能之间的关系，用超声波信号声压的变化代表局部放电所释放能量的变化，通过测量超声波信号的声压，可以推测出放电的强弱，这就是超声波信号检测局部放电的基本原理。
3高压开关柜采用局部放电带电检测的实践案例
案例1：在某变电站的高压开关室检测局部放电时，发现10kV#1电容器组5131开关柜有剧烈声响，但很难发现震动位置和是否发生局部放电。试验人员利用TEV法检测到局部放电幅值在40dB以上，而周围的开关柜放电幅值都在10dB以下，使用超声波法去检测该开关柜时，越靠近开关柜前方下部，幅值和声音越大，通过耳机可以清晰地听到“滋滋滋”的放电声。因此，初步判断，该柜内断路器下方出线处有局部放电现象。通过停电来查找故障点，发现导线上的固定螺栓松动，导致发生局部放电时螺栓会震动现象，特别大电流通过时，形成悬浮电位，造成局部放电，该故障属于安装不当而引起悬浮放电，若长时间带故障运行，对开关柜内设备将会造成不可预估的损害，同时也证明了带电检测的有效性和可行性。
案例2：在某变电站高压开关室日常巡视时发现，10kV某线路5211开关柜有异常发热现象，柜内温度比周围的高出5℃以上。经TEV法检测发现该开关柜后方上部的放电幅值很高，达到了35dB以上，而该开关柜其它部位不到10dB。通过定位发现，初步判断柜内母排处有疑似局部放电现象，后经停电检修发现的确是母排上绝缘子开裂引起的，说明通过带电检测技术可以发现除设备以外的绝缘缺陷，增强设备的安全可靠运行。
4开关柜带电检测的建议
在供电可靠性要求越来越高的情况下，不停电的高压开关柜局部放电带电检测，显得尤其重要。开展高压开关柜的局放检测已成为电力生产管理的重要手段之一，它能有效的发现柜内缺陷，实时掌控设备的运行情况。与传统的停电检测方式相比具有以下优点：
（1）经济优势：定期的例行检修及试验均需要在停电的状态下进行，这样无法避免因停电带来的经济损失，另外也会带来计划安排难度的增加。而且存在失修和过修的情况，而带电检测可以避免此情况；
（2）技术优势：停电的例行试验条件与设备运行时的条件完全不同。运行时设备有诸如电磁场、应力等其它因素的影响，这些是无法在停电时模拟的，在这样条件下进行的试验很可能发现不了潜在的故障及绝缘缺陷；缺陷的潜伏的发展是有时间性的，在此期间开展带电检测能够反映绝缘状态各种信息情况。例行试验却是定期停电下进行的，经常不能及时准确的发现故障：①漏报；②误报或早报。但局放带电检测在设备运行情况进行检测，更有利于掌握设备实时动态。
虽然开关柜局部放电带电检测应用也越来越普遍，但实际运用中仍存在一些问题，特提出以下建议：
（1）需要不断完善带电测试的技术手段依据设备放电缺陷顺序特点以及所呈现多种的表现方式，并结合实际经验，每类型的设备需一种及以上的检测方法。地电波、超声波带电检测技术各有优势，需要长期累计经验结果去衡量比较。日后带电检测应用的主要发展模式应是多种方法比较检测的方式，这也是是提高诊断效果的有效办法。另外，可以对设备安装在线的监测装置实时掌握开关柜状态，如将超高频或超声波检测技术内置于开关柜内。
（2）加大培训力度，提升人员测试水平在现场测试中，仪器抗干扰特性以及人员现场测试经验是决定设备检测结果准确性的两个重要因素。所以带电检测对技术人员现场检测的经验及技术的要求较高。电力企业应加大对带电检测技术应用力度，建立培训、经验交流的常态机制，以期带电检测应用水平的整体提升。
5结语
由此可见，由局部放电暂态地电位和超声波检测结果判断设备缺陷部位，与开关柜实际的放电部位一致，说明根据开关柜局部放电带电检测的测量结果能够发现设备的缺陷，并能对缺陷进行定位，实现设备运行状态的评估，进而指导设备检修。实现将检修工作的重点由“定期检修”转移到“状态检修”。
参考文献：
[1]高压开关柜实际温升超标的原因及对策研究[J].刘杰，姜小珍.山东工业技术.2018（04）
[2]高压开关柜局部放电检测技术应用的相关探讨[J].蔡智超.科技创新与应用.2018（05）
论文作者:王井波,赵国雨
论文发表刊物:《电力设备》2018年第14期
论文发表时间:2018/8/16
标签：开关柜论文; 局部论文; 柜内论文; 设备论文; 高压论文; 超声波论文; 缺陷论文; 《电力设备》2018年第14期论文;