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摘要：随着我国经济发展水平的不断提高，电力建设取得了显著成效，在电力设施日趋增多下，人们对电力设施安全性提出了更高要求。开关柜是电力系统重要设备，对于维持电力系统供电安全及稳定有着重要意义，但受各种因素影响，开关柜容易发生局部放电故障，威胁到电力系统运行安全。为此，本文主要介绍开关柜局部放电类型，分析局部放电检测方法，依据局部放电检测结果，提出相应的处理对策。
关键词：开关柜；局部放电；检测；处理
在社会各项生产生活日趋深入下，对电力能源的需求只增不减，促使电力建设不断加快，开关柜在电力系统中的应用也日趋普遍。开关柜作为电力系统重要组成，其运行是否稳定直接影响到电力系统运行安全，一旦开关柜出现故障，将使电力设备出现损坏，造成大量电能流失，引发大面积停电，对正常生产生活造成不利于影响。通过对开关柜局部放电异常的检测，可以对设备绝缘状态充分掌握，进而明确故障根源，及时将故障隐患消除。下面将结合开关柜局部放电类型，提出几种开关柜局部放电检测方法及相应处理对策。
1.开关柜局部放电类型
因绝缘结构电场分布不均匀导致绝缘介质中局部范围内出现放电或者击穿现象就是局部放电。局部放电如不能及早发现并处理会不断侵蚀周围绝缘介质，造成整个绝缘系统功用消失。为此，开关柜局部放电重要表征就是绝缘恶化，也与绝缘材料质量及击穿过程存在一定联系。局部放电通常分为三种形式，即内部放电、表面放电及电晕。通过以下几种形式释放能量：（1）电磁形式，包括光、热、无线电波；（2）声波形式，包括声音、超声波；（3）气体形式，包括臭氧、一氧化二氮等气体。
开关柜局部放电会使高压系统组件功能降低或者消失，而电缆屏蔽层间的放电会持续很久，固体电介质失效甚至若干年后才发生，因为电介质的绝缘耐压也会降低，在强磁场下，绝缘耐压会逐渐失效。电介质材料、孔洞、半导体介质材料的界面凸起均会造成树枝化放电现象。
2.局部放电检测技术
2.1地电波检测技术
电磁波会在局部放电过程中产生在开关柜绝缘层中。开关柜的金属外壳会屏蔽大部分电磁波，而只有一小部分会通过气体绝缘开关衬垫传播出去，同时将一个地电波产生，通过金属壳体传播。检测柜内局部放电活动可以将探头放在开关柜外表面进行，地电波信号检测原理入下图所示。
图1 地电波信号检测局部放电原理
2.2超声波检测
当开关柜出现局部放电时，从能量角度上分析，可以将其看作是能量的瞬时爆发过程，电气击穿发生在空气间隙中时，会瞬间完成放电。瞬间电能会造成放电中心快速膨胀，以声波形式将瞬时膨胀结果传播出去，造成区域内气加热，一个等温区由此形成，温度比周围环境温度高，一旦气体冷却，会出现收缩，形成低频率后续波，频带较宽，范围为10Hz~15MHz，超声波是指频率超过25kHz的波段。
2.3超声波与地电波综合检测技术
当前，对于局部放电检测，电力系统广泛应用地电波检测法或者超声波检测法，但都是单一应用，超声波与地电波两种检测技术均有一定缺陷，不能对开关柜设备运行状况全面、准确检测，鉴于能量释放形式因放电类型不同而不同，导致两种检测方法灵敏度与实用性上也存在差异。为此，在对开关柜局部放电检测中，需要对两种方法综合应用，将地电波检测为主导，超声波检测为辅助。
3.开关柜局部放电分析
3.1横向比较
横向比较同一个开关室内开关柜测试结果，当某一个开关柜测试结果的测试结果与现场背景值大于其他开关柜时，可以初步判断此开关柜存在异常的可能性较大。不同时间对同一开关柜测试结果分析可以将开关柜运行趋势得出，这需要对开关柜周期性检测，并将每次的检测结果存档，从而更好的掌握开关柜设备运行趋势。
3.2阈值比较
当开关室内背景值与测试值均低于20dB，说明开关设备运行无异常，可以下次进行巡检；如果开关室背景值低于20dB，而某些开关柜测试值为30dB，则可以将检测周期缩短，密切关注开关柜检测幅值变化情况，因为开关柜此时极有可能会出现局部放电现象。
4.案例分析
4.1缺陷情况
某日，通过巡检10kV 3X14开关柜，发现有异常响声。为了进一步明确异常原因，检测是否出现了局部放电，工作人员对该开关柜进行了超声波及地电位局部放电检测。地电位背景值为25dB，系统电压值为10.5dB。地电位检测结果见表1所示。
通过上表可以发现，3X14开关柜的后柜门中部地电波幅值检测值最大，为42dB。依据超声波图谱，发现后柜门上方母线盒右侧百叶窗的放电信号最强，超声波在该处的检测值为22dB。结合变电设备巡检相关规定，该设备处于缺陷状态，即数值高于15dB；可以看出，超声波信号有非常强的100Hz相关性，最大周期值为6.6mV，特征表现是呈悬浮放电波。依据综合图谱分析，巡检人员一致认为开关柜内部一定出现了机械振动从而发生接触不良。综合以上检测结果，最终确认靠近3X14开关柜后柜门母线室中存在故障点。鉴于3X14开关柜后柜门的观察窗没有，不能对母线内部情况进行检查，为此，最终决定进行暂时性的停电检查。
4.2缺陷处理
故障发生当日，检修人员立即停电对3X14开关柜进行全面检查，检查发现母线室内B相母排有5颗原本紧固的螺丝出现松动现象。最后对所有开关柜内的母线排连接螺丝进行紧固处理，然后正常送电，随后再次对开关柜相同部位进行暂态电位、超声波及特高频局部放电检测。所有异常数据均恢复正常，检测结果详见表2。
通过对检修前及检修后开关柜局部放电检测结果的分析，发现B相母线排螺丝松动是造成开关柜局部发电的重要原因。母线室有电流流过母排时，松动部位工频电流会随即发生机械振动，且是周期性的振动，促使正弦波最大幅值发生位移，造成B相母线连接不牢固，周期性电信号由此出现，且这种放电信号与振动与电流增大或者减少存在密切相关性，电流增大就会使电信号及振动也随之增大。
结束语：综上所述，开关柜局部放电分为内部放电、表面放电及电晕三种类型，电力系统当前主要应用地电波检测技术及超声波检测技术两种检测方法，单一采取其中一种检测方法效果不显著，综合采用两种方法能够将检测准确性提高。通过实践显示，综合采用地电波检测技术及超声波检测技术能够准确得出检修前后开关柜局部放电检测结果，然后依据超声波图谱判断开关柜某一部分的异常，从而快速判断故障部位，及时将局部放电故障解决。
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论文作者:李劲松
论文发表刊物:《电力设备》2017年第36期
论文发表时间:2018/5/14
标签：开关柜论文; 局部论文; 超声波论文; 电波论文; 母线论文; 检测技术论文; 两种论文; 《电力设备》2017年第36期论文;