10kV断路器柜在线检测的应用探索

10kV断路器柜在线检测的应用探索

李振宇

（广东电网有限责任公司湛江供电局524000）

摘要：绝缘中的局部放电是影响10kV断路器柜安全运行的重要因素之一。局部放电意味着绝缘内部存在局部性缺陷，达到一定程度后，就会导致绝缘的击穿和损坏。测试电气设备的局部放电特征是目前预防10kV断路器故障的有效方法。本文对10kV断路器柜几种在线检测技术进行了理论分析比较，并开展现场在线检测试验，通过检测及时发现并消除了多处潜在的隐患，保证了设备的安全运行，对减少用户停电时间，提高供电可靠性有重要的现实意义。

关键词：局部放电；超声波；暂态对地电压

10kV断路器柜是电力系统中非常重要的电气设备，其安全性和可靠性直接关系到国民生产的正常进行和经济、社会的稳定。目前，10kV断路器柜内部的绝缘部分由于受到制造工艺水平的限制，往往存在着小间隙，其内部的绝缘缺陷或劣化、接触不良等都会成为断路器柜安全运行的隐患。在长期的运行中，必然存在绝缘劣化，导致电气绝缘强度降低，从而发生放电现象。长期局部放电作用会进一步加速断路器柜内部绝缘劣化和损坏，最终导致绝缘击穿，进而引发电力系统出现故障。因此，对断路器柜进行预防性试验，及时发现故障隐患，对于保证断路器柜的正常运行，提高电力系统的可靠性具有十分重要的意义。

一、10kV断路器柜在线检测的意义

测试电气设备的局部放电特征是目前预防电气设备故障的有效方法，传统的试验技术要对试验对象进行停电。10kV断路器柜数量众多，因试验工作需要而造成的停电，会增加用户的停电时间，大大降低供电可靠性。而且，在两次停电检修间隔期间，设备绝缘状态处于不可知状态，不能及时发现缺陷隐患。因此，有必要对运行的10kV断路器柜进行不停电检测的应用探索。

对10kV断路器柜进行在线检测，能及时了解断路器的工作状态、缺陷部位，减少过早或不必要的停电试验和检修，显著提高电力系统的可靠性和经济性，从而解决10kV断路器柜原来的停电检修方式与减少用户停电时间、提高供电可靠性之间的矛盾。这对于更好地履行中国南方电网公司“主动承担三大责任，全力做好电力供应”的企业使命，实现“人人有电用，人人用好电”有着十分重要的意义。

二、几种在线检测方法的分析与对比

局部放电是不完全的跨接电极的放电，主要以电磁形式、声波形式和气体形式释放能量。目前已有多种方法可实现对设备的局部放电检测，包括：脉冲电流法、暂态对地电压法、超声波法等。

（一）脉冲电流检测法

脉冲电流法是通过检测阻抗、检测10kV断路器柜接地线、外壳接地线等中由于局部放电引起的脉冲电流信号，从而获得视在放电量。与非电测量方法相比，脉冲电流法具有不少的优点：①放电电流脉冲信息含量丰富，可通过电流脉冲的统计特征和实测的波形来判定放电的严重程度，进而运用现代分析手段了解绝缘劣化的状况及其发展趋势；②对于突变信号反应灵敏，易于准确及时地发现故障；③具有较有效的校准方法，易于定量。尽管脉冲电流测量法存在很多的优点，但由于变电站现场电信号的干扰也是比较大的，脉冲信号很容易湮没在大量的电磁信号中，因此采用常规的电流脉冲法，很难进行测量。

（二）暂态对地电压检测法（TEV）

如果断路器柜的绝缘材料内部存在局部放电，放电电量先聚集在与放电点相邻的接地金属部分，形成电流脉冲并向各个方向传播。屏蔽层通常在绝缘部位、垫圈连接处、电缆绝缘终端等部位出现破损而导致不连续，这样高频信号就会传输到设备外层，形成暂态对地电压（简称TEV），通过设备的金属箱体外表面而传到地下去。电力设备局部放电后，产生的电磁波从设备外壳缝隙中穿出，在设备表面金属部分产生电压脉冲信号（TEV），我们可以通过特制的电容耦合探测器捕捉这个TEV信号，从而得出局部放电的幅值（dB）和放电脉冲频率。利用TEV测量法在设备外壳上检测局部放电产生的瞬时地电压信号，可在设备运行时对设备内部的局部放电情况进行检测，使用方便，具有较好的抗干扰能力。

（三）超声波检测法

电力设备在放电过程中会产生声波，根据放电释放的能量与声波能量之间的关系，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，这就是超声波检测法的原理。该方法受电气干扰小以及可以在线测量和定位，但目前该方法仍存在以下问题：目前的超声传感器灵敏度很低，无法在现场有效地测到信号；传感器的抗电磁干扰能力较差。因此，超声检测主要用于定性地判断局放信号的有无，以及结合暂态对地电压检测法或直接利用超声信号对局放源进行物理定位，它主要是辅助的测量手段。

三、10kV断路器柜现场在线检测试验

通过对以上几种在线检测方法进行分析与对比，我们认为暂态对地电压检测法作为一种新的技术方法，它能有效的进行故障定位，具有一定的抗干扰能力，能够提供较好的试验数据。因此，我们决定采用暂态对地电压检测法作为主要方法，辅助以超声波检测法，对我局所辖变电站的10kV断路器柜进行了现场在线检测试验。现选取具有代表性故障情况的A变电站，在下文将试验情况作进一步介绍。

（一）A变电站试验情况：

A变电站有1个10kV高压室，高压室内断路器柜分两排排列，共测试了40面断路器柜。

1、使用多功能局部放电检测仪的TEV模式对高压室内所有10kV断路器柜进行TEV信号普测，记录局部放电幅值（dB）和2S内的脉冲数，测试值如下：

空气中：局部放电幅值（dB）0；脉冲数（2秒钟）0

断路器柜前门：局部放电幅值（dB）4；脉冲数（2秒钟）0

断路器柜后门：局部放电幅值（dB）3；脉冲数（2秒钟）0

2、高压室断路器柜上的测量值分析：

（1）选择断路器柜上相应的TEV测量值，对同一高压室断路器柜进行横向对比，高压室内断路器柜测试值都在20dB以内，没有明显的异常信号。

（2）超声波检测：有两个放电源，分别为：

放电源一：F16断路器柜，位置为柜后下部，放电声清晰明显，最大值为23dBμV。

放电源二：F93断路器柜，位置也为柜后下部，放电声清晰明显，最大值也为23dBμV。

（3）结论：

高压室内F16断路器柜和F93断路器柜，存在严重的局部放电，位置都为柜后下部，为明显的电晕放电或沿面放电。放电原因主要有瓷瓶积尘、连接件松动和导体上存在毛刺。

（二）试验总结

本次对我局所辖变电站的10kV断路器柜进行了现场在线检测试验，发现多个变电站10kV断路器柜有异常局放信号，这些放电缺陷在设备停电消缺时得到了一一确认，验证了试验结果的准确性。

四、结语：

本文对多种10kV断路器柜在线检测方法进行了分析与对比，并选择TEV检测法为主、超声波检测法为辅的手段开展现场在线检测试验。通过检测试验及时发现并消除了多处潜在的故障隐患，验证了该检测手段的有效性，保证了设备的安全运行。经实践证明，10kV断路器柜在线检测能及时有效发现设备缺陷，达到停电试验的效果，减少了停电时间，大大提高了供电可靠性，下一步将进行全面的推广应用。

参考文献：

[1]邓海.10kV配电网开关局部放电的声电联合检测研究[J].电工技术.2011，02：69-71.

[2]陈振生.10kV断路器柜的故障在线检测方法[J].电力系统自动化.1996，20（1）：32-35.

[3]张宇鹏.电气设备局部放电的超声波检测方法研究[D].重庆大学.2009.