摘 要：文章对开关柜局部放电原因及其危害进行分析，介绍目前常用的局部放电检测技术，通过案例对变电站10 kV、35kV开关柜进行超声波局放检测，分析了故障缺陷原因，并提出了相应的应对和防范措施，
关键词：10 kV开关柜；带电检测；局部放电
0 引言
变电站高压开关柜结构紧凑、体积小，由于是封闭设备，开关柜内部隐患缺陷在日常巡视检查中不易发现。实际运行中，由于开关柜内部局部放电问题时有发生，给稳定运行带来严重的安全隐患。为此，运行中需要对开关柜局部放电危害加以关注，通过有效的带电检测技术进行检测，争取内部缺陷隐患早发现和早预防。
1 开关柜局部放电主要原因及其危害
开关柜局部放电主要因内部电场不均匀或电介质不均匀引起。常见引起开关柜局部放电的原因有：开关柜设计缺陷，柜内绝缘净距不足。制造工艺装配质量不良，存在毛刺。内部接头接触面不足或接触不良。柜内环境引起的绝缘降低，积尘严重或受潮凝露。雷电过电压造成柜内闪络。其中，由于南方天气较为潮湿，寒冷潮湿天气容易发生开关柜局部放电情况。
开关柜局部放电可能引起柜内绝缘老化和击穿，引发开关柜故障甚至爆炸，其危害是不容忽视的。局部放电的危害主要包括：一是电作用，带电粒子对固体介质表面进行轰击，使得介质分解分子，在介质表面形成凹坑，最终导致击穿。二是热作用，局部放电在细微的局部形成高温，引起介质的热溶解和老化。三是化学作用，因局部放电造成介质分解形成的x二次化学产物，不仅对绝缘介质，还对金属材料具有氧化和腐蚀破坏作用。
2开关柜局部放电检测技术
开关柜局部放电以电磁能量、声能、气体等方式进行能量释放，根据这些特性，目前主要使用带电局部放电检测技术有以下几种，通过综合应用能较为准确的检查出开关柜局部放电隐患。
2.1 超声检测技术
超声检测方式是基于局部放电现象出现时机械信号的发出原理所提出的一种检测方式。超声波信号检测具备良好的抗电磁干扰性能和空间定位性能。10 kV 开关柜局部放电和声发射现象同时发生，产生的各个声波在多个频段都有散射体现，散射赫兹大小不一致，声音经过不同介质传播时会发生不同的反射和折射现象。在 10 kV 开关柜内部出现放电时，局部放电伴随的声波信号传递到开关柜表面，在开关柜外部安装的超声波检测装置能实现对声音的辨别分析，将声音信号转换为电信号，结合特征量对判断局部放电特点。
2.2 暂态地电压检测技术TEV
开关柜发生局部放电产生电磁波，电磁波在金属壁形成趋肤效应，并向开关柜表面各个方向传播，同时在金属表面产生暂态地电压，金属柜体表面产生的暂态地电压与局部放电量、放电位置、传播途径有关。利用传感器对暂态地电压信号进行检测，从而判断开关柜内部的局部放电故障，同时还可以根据暂态地电压信号到达不同传感器的时间差或幅值对比进行局部放电源定位。暂态地电压检测技术对尖端放电模型、电晕放电模型、绝缘子内部缺陷模型敏感，对沿面放电模型、绝缘子表面放电模型不敏感。
2.3 特高频局部放电检测技术
特高频检测法通过特高频传感器测量放电脉冲所激发的特高频电磁波，这种电磁波的频率高达数GHZ，特高频法检测频段一般在300 MHz-3 GHz之间。开关柜一般使用外置式特高频传感器在缝隙或者观察窗的位置进行检测。特高频检测法具有检测灵敏度高、可实现局部放电源定位、便于识别绝缘缺陷类型等优点，但同时也容易受环境中特高频电磁干扰的影响。
3 10kV开关柜放电检测
3.1 开关柜运行中局部放电测试方法
（1）先测试背景信号，再测试开关柜的信号，进行对比，同时要进行横向开关柜测试值比较，同一开关柜测试值要与历史值比较。
（2）TEV模式测试：1）脉冲信号0～20dB，表示设备不存在局放。2）脉冲信号20～30dB，表示设备存在轻微局放。3）脉冲信号30～40dB，表示设备存在中等局放，缩短周期。4）脉冲信号40～50dB，表示设备存在严重局放，有停电机会检查。5）脉冲信号50～60dB，表示设备存在很严重局放，尽早停电检查。
（3）超声模式测试：1）无放电声，且测试值0dB以下，表示设备不存在局放。2） 无放电声，且测试值6dB以下，表示设备存在轻微放电，跟踪测试。3）无放电声，且测试值6dB以上，表示设备存在明显放电，结合TEV测试值判断。
3.2 开关柜超声波检测案例
案例1.2016年3月，对某110kV变电站35kV开关柜运行中局部放电测试。试验结果：313开关柜柜后存在明显放电声，超声测试值为15 dB ；311开关柜柜后存在明显放电声，超声测试值为15 dB ；#1主变变中301开关柜柜后存在明显放电声，超声测试值为20 dB 。上述开关柜超声波模式均超标，结合TEV检测，均建议停电检查。
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经停电检查，35kV 313开关柜、311开关柜、#1主变变中301开关柜存在受潮凝露现象。原因分析为该站内35kV高压室湿度较高，柜内通风除湿能力不足。
案例2. 2018 年 12 月，对某110 kV变电站10 kV开关柜进行超声波局放检测，背景噪声超声波周期最大值为-10 dB，50 Hz相关性和100 Hz相关性为0。检测到10 kV 715开关柜后下电缆室能听到明显的放电声，超声波信号异常。离715开关柜电缆室越远信号幅值越小，呈明显衰减趋势。715开关柜超声波检测连续图谱如图1所示，周期最大值22 dB，50 Hz相关性较强，100 Hz相关性较弱。
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图1 超声波检测连续图谱
然后采用波形和相位模式进行检测，其相应图谱如图2、图3所示。
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图3 超声波检测相位图谱
对10 kV 715开关柜及其相邻开关柜进行暂态地电压检测，背景幅值为9 dB，暂态地电压测试数据如表1所示，检测结果表明，715开关柜及其相邻开关柜测试数据变化不大，与背景值差值在0-5dB 之间，未发现任何地电压异常信号。
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根据超声波和暂态地电压检测结果，初步判断715开关柜后下电缆室存在沿面放电。 对715开关柜进行停电检查，打开后柜门发现B相电缆外绝缘因放电有明显残缺凹陷，并有碳化痕迹。从现场的情况判断，出线电缆ABC三相距离太近，电缆表面积尘较厚，且最近天气以阴、雨天为主，开关柜密封不严导致室内湿气进入柜内，并在电缆表面凝结成水珠。在高电压的持续作用下，最终造成电缆表面沿面放电。
3.3 原因分析
凝露会对设备绝缘性能造成很大的损害，而开关柜内的温度和湿度对凝露的形成起着决定性作用，正常情况下开关柜内湿度应该控制在 30%～60%之间。南方3-5月，12～1月，以阴雨、寒冷天气为主，高压室内的湿度极易超过80%，水汽进入开关柜中，在开关柜内和电缆头表面凝结成结晶水，引起沿面放电。
4 开关柜放电预防措施
4.1 隔离防潮
采取有效措施，防止并及时排出电缆沟内积水，在电缆进入开关柜的孔洞处使用阻燃材料进行严密的封堵，以防沟内水汽进入开关柜内。在高压室内安装除湿装置，如除湿机、空调、排风机等其他有效手段，使高压室内的湿度控制合理的范围内，同时还可以在开关柜内放置硅胶干燥剂，并及时予以更换。
4.2 采用新工艺和新材料
根据变电站所处的地质和气候条件，在设计阶段，可以适当提升高压室的地基标高，地面基础越高，对阻止地下水和水蒸气进入电缆沟的效果就越明显，从而达到控制开关柜内湿度的目的。提高开关柜外壳的隔热性能，柜内凝露往往是因为柜内外温差所致，可以通过改善柜体外壳的隔热性能来减小内外温差，从而有效地降低凝露形成的概率。同时还可以在电缆孔洞处使用绝热材料。
4.3 加强运维管理
运维人员应定期对开关柜进行局放检测，并结合天气情况，在多雨、空气湿度大的季节增加检测频率，以期尽早发现开关柜内的潜伏性放电隐患，同时对发现有放电隐患的开关柜制定针对性处理措施。开展逢停必扫工作，利用设备停电检修的机会，及时清除柜内设备表面附着的积尘，同时在绝缘挡板上补涂防污闪涂料或将其进行更换，及时恢复设备的外绝缘，防止设备间发生放电故障。
5 结束语
南方地区每年在夏季时候出现用电高峰，且处于多雨季节，空气湿度大，开关柜容易受环境影响受潮，导致开关柜发生绝缘故障频率增大。因此，应从设计、安装以及运维等环节入手，采取有效措施解决开关柜防潮问题，同时还应加强局部放电带电检测工作，及早发现柜内早期放电缺陷，从源头上消除隐患，为电网的安全稳定运行保驾护航。
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［4］赵培河.10 kV 配网开关柜局部放电带电检测技术研究［J］.通讯世界，2017（1）：205.
论文作者:华耀
论文发表刊物:《中国电业》2019年第19期
论文发表时间:2020/1/14
标签：开关柜论文; 局部论文; 柜内论文; 超声波论文; 信号论文; 测试论文; 电压论文; 《中国电业》2019年第19期论文;