带电检测技术在开关柜绝缘故障检测中的应用探讨

带电检测技术在开关柜绝缘故障检测中的应用探讨

路智欣邹璟方勇王清波张诣段永生

(南方电网云南昆明供电局云南昆明650000)

摘要：带电检测技术相对于周期性的停电预试及长期监测来说，更加节约资源及成本，见效快。开关柜的带电检测尚未形成一个比较成熟的检测标准，一直是试验人员着力研究的对象。本文就带电检测技术在开关柜绝缘故障中的应用进行一些探讨，并提出了存在的问题和发展方向。

关键词：带电检测技术；开关柜；绝缘故障检测；应用

引言

带电检测技术不同于停电预试和长期的在线监测，既可以保证在设备运行下的状态检测，又可节约资源和成本，能够及时地发现设备存在的安全隐患，大大减小了经济损失。对于开关柜的带电检测，因其内部结构复杂，还没有形成一个比较成熟的检测标准，需要试验人员长期的经验积累。本文就带电检测技术在开关柜绝缘故障中的应用进行一些探讨。

1开关柜带电检测技术的分类及原理

1.1暂态地电压局放检测技术

通常情况下，当开关柜内部发生局部放电时，其激发的电磁波会在金属壳体上产生暂态地电压，通过在设备外表面安装特制的电容传感器耦合电压脉冲，判断设备内部的绝缘状态。暂态地电压受放电位置、传播路径及柜内结构影响，无法推算出局部放电量大小。根据多年的现场经验，该种检测方法往往针对较严重的绝缘缺陷会感应出信号，在巡检中更为常用的是超声波和特高频局放联合检测技术。

1.2超声波和特高频局放联合检测技术

当发生开关柜局部放电时，会同时产生超声波和特高频信号。其中超声波是一种机械应力波，可通过开关柜间隙传播出来，频率基本在20~200kHz，通过压电陶瓷传感器将机械应力转化为电信号，之后借助于调理电路，试验人员可以利用耳机听取放电声，间接性判断信号放电的类型及位置。而特高频信号为频率在300~1500MHz的电磁波，可穿过开关柜可视窗口，试验人员将特高频传感器放置于窗口处耦合信号。根据现场经验，超声波对悬浮、沿面、电晕类放电较为灵敏，而特高频能检测出绝缘内部放电、悬浮和沿面放电，在巡检中会同时使用两种测试方法，超声波为主，特高频为辅。

1.3开关柜局放定位技术

局放定位分为两中，一种是巡检时初步定位，即幅值定位法，利用超声波或特高频在传播过程中衰减特性，判断局放大致位置；另一种为精确定位，在有红外窗口的条件下通过红外检测仪寻找发热部位，但鉴于观察位置局限性，且热效应一般在发生较严重故障时容易显现，故此方法确定局放位置的概率较小，进而采用高速示波器局放定位系统。在排除外界干扰之后，将两个特高频传感器分别放置于可疑开关柜水平及垂直方向，通过示波器观察两个信号触发的时间差，并结合开关柜内部结构图判断局放具体位置。

2带电检测技术在开关柜绝缘故障检测的应用实例

以某变电站10kV开关柜间隔为例，通过超声波和特高频局放联合检测技术发现局放异常。如图1所示，超声波最大幅值22dB，频率成分2[100Hz]大于频率成分1[50Hz]，相位周期有双驼峰状信号，幅值大小分散，相位分布较宽，脉冲次数较多，波形图中每周期有2簇大小脉冲，同时能听到放电声，怀疑沿面放电。

特高频图谱如图2所示，特高频最大幅值54dB，相位周期出现多簇信号，位于正负半周期，幅值大小分散，相位分布较宽，怀疑为沿面放电，不排除多点放电的可能。

在确定此间隔存在局部放电情况下，通过幅值定位法，初步判断局放位于后柜下部，再利用高速示波器定位仪精确定位。首先是水平方向定位，两特高频传感器分别放置于开关柜底部两侧，看示波器中绿色信号提前360ps触发，则信号源位于中垂线偏绿色传感器10cm处；再进行垂直方向定位，将传感器分别放置于开关柜上下两侧，示波器中两波形起始沿重合，则信号源位于两个传感器中垂线上，最后交叉点为放电位置。结合开关柜内部结构图，判断局放位置在B相穿柜套管附近。

（a）超声波幅值图谱（b）超声波相位图谱

（c）超声波波形图谱

图1超声波图谱

（a）特高频PRPD&PRPS图谱（b）特高频周期图谱

图2特高频图谱

（a）水平方向实测图（b）水平方向示波器图

（c）垂直方向实测图（d）垂直方向示波器图

图3现场测试及示波器图谱

3开关柜带电检测技术存在的问题和发展方向

目前，试验人员对开关柜进行局放检测已经积累了大量的经验，由于开关柜内部结构复杂，绝缘可能存在多点或多类型放电，局放脉冲信号不稳定等等，导致局放图谱变化多端，特征识别较难。长期从事带电检测专业人员可以凭借经验识别出大部分的异常信号，但对于初学者来说却难以实现，因此局放信号特征识别尤为重要。在实验室中的放电类型模式识别已经开展了一定的工作，但现场环境不同于实验室，局放图谱差异较大，需要针对现场模拟开展放电类型的研究工作，并进一步研发模式识别方法。

由于局放信号的不稳定性、衰减特性及及绝缘故障严重程度划分柜内结构的复杂性，对其进行定量分析及绝缘故障严重程度划分造成很大的阻力。国际认可的IEC60270-2000脉冲电流法仅适用于实验室，无法应用于现场测试。据报道德国MAY公司对此方法进行了改进，将其应用于带有核相接口的带电显示器开关柜，但国内还没有相关的应用实例。对于特高频与放电量关系有学者进行了初步的研究，距离生产实际还有很大的差距，因此关于局放定量分析及绝缘故障严重程度划分也是未来试验人员的研究重点。

4结论

带电检测技术在开关柜绝缘故障检测中的应用具有较强的现实意义。在实际应用中，应该利用多种带电检测技术，包括人的感官，综合分析异常信号，查找问题根源。对开关柜局放类型模式识别及定量分析是未来试验人员研究的重点。

参考文献：

[1]彭江,程序,冯新岩,等.电网设备带电检测技术[M].北京:中国电力出版社,2014:378.

[2]卢刚,刘斌,等.电网设备带电检测技术及应用[M].北京:中国电力出版社,2017:86-87.

[3]张杨.带电检测技术在开关柜绝缘故障检测中的应用[J].内蒙古煤炭经济,2018(14):99-100.

[4]覃煜,范伟男,张行,等.开关柜绝缘缺陷的局放带电检测及综合诊断分析[J].高压电器,2018,54(11):278-283.