10kV开关柜局部放电检测方法研究

10kV开关柜局部放电检测方法研究

宋述稳，王文松，宋宗良

山东龙马电气设备有限公司 山东潍坊 262500

摘要：近年来，随着我国城乡电力系统的快速发展，10 kV开关柜在各等级配电网中得到了广泛应用，其运行状态的优劣将与用电单位的用电可靠程度密切相关。随着城市中电缆化改造和新线敷设持续推进，10kV开关柜越来越多的替代了原有10kV柱上开关，其数量也逐年递增，继续使用原有的停电检测方法，不仅耗时耗力，而且频繁停电检修将给供电可靠性带来严重影响，因此有必要对开关柜带电检测作业的现场适用性开展全面研究。

关键词：10kV；开关柜；局部放电；检测方法

1开关柜放电检测方法及原理

1.1 TEV方法

TEV方法测试的信号为10 kV开关柜发生局部放电过程中辐射出的无线电频率范围的电磁波。该部分电磁波的频率可高达3～100 MHz, 可通过柜体的孔隙向外传播，当传播至开关柜的柜体外表面时，在该壳体上产生瞬时对地电压(TEV)。当柜体不接地，且在柜体外表面设置可采集该高频对地电压信号的电容耦合传感器时，即可通过检测器记录下该电压信号，进而转化为开关柜内局部放电的发展情况和分布特征。需要注意的是，通过TEV方法检测到的电压信号仅为相对值，检测值可定义为：

 (1)

式中，U_test为检测值，dB;u_max为通过电容耦合器测试得到的放电脉冲峰值，mV。

可通过对放电脉冲的记录和工频周期的结合进行放电次数、相位分布等分析。

1.2 超声波(AE)方法

当开关柜内发生局部放电时，放电区域内的带电粒子会发生剧烈碰撞，放电引起的发热现象也会改变绝缘介质的体积，导致柜内产生脉冲压力波。当这些压力波的频率高于20 kHz时，其声学成分将无法识别。这部分压力振动波称为超声波，超声波传感器可以采集该频率范围内的声信号。研究表明，在开关设备等设备中，局部放电产生的超声波信号频率为150khz~2mhz，超声波信号的声压能有效地反映局部放电释放的能量值。由于超声波可沿开关柜向外传播，因此可在机柜外壳表面设置超声波传感器，将声压信号转换为电信号，用于放电特性分析。

1.3超高频（UHF）法

超高频法是近年来兴起的一种局部放电在线检测技术。它具有灵敏度高、抗干扰能力强等特点，受到业界研究人员的广泛关注。开关柜内的局部放电将激发频率高达GHz的电磁波信号，可在柜内和柜外传输。开关柜等电气设备接收到的环境干扰信号频率通常低于200 MHz。采用超高频方法，不仅可以避免大部分干扰信号，而且可以获得丰富的放电数据。UHF方法可以有效地采集放电信号脉冲波形的幅度、相位和上升沿。经过特征提取和处理，可以有效识别开关柜内的放电类型，利用电磁波时差原理定位放电源。

2 10kV开关柜带电检测方法及检测结果

2020年9月1日，对某变电站10kV配电房内开关柜进行局放试验。采用TEV法、超声波（AE）法、超高频（UHF）法和高频脉冲电流（HFCT）检测法对站内所有开关柜进行测试和分析。然后，对检测到放电的开关柜内的电气设备进行拆卸耐压试验，确定存在绝缘缺陷的设备，最后阐明适合现场开关柜带电检测的方法和流程。

2.1使用的测试仪器和测试现场

本次开关柜检查选用上海grub科技公司sdmt-pd74i多功能局部放电带电检测仪。该设备采用无线传感器，集成了TEV、AE（接触/非接触）、UHF和HFCT。同时，为了更准确地判定开关柜内局部放电特性，试验中还选用了TECHIMP-PDCheck进行了测试方法的验证。

在本次检测过程中，使用sdmt-pd74i探测器对每个开关柜的柜体间隙、柜面和观察窗进行设置和测试。探测器的设置和检测在智能手机上进行，通过app大数据、互联网和云高速处理器实现地图的高速刷新和积累功能。

2.2 TEV方法测试结果

检测暂态地电波前，选择距开关柜距离较远的门窗等金属物体作为测试金属背景值的区域，首先对通心岭变电站内的地电波背景噪声的幅值进行了确定，结果显示其幅值大致稳定在15 dB。对站内开关柜进行TEV检测过程中，将测试点选择在柜体前、后、侧面的上、中、下位置，每台开关柜的测试点为9个，然后分别计算前、后、侧面的TEV幅值，而每面的TEV幅值为上、中、下3个测试点的平均值。

检测开关柜暂态地电波时，将TEV传感器紧贴于柜体外壳表面，待显示稳定后记录结果。本文将开关柜的正常状态定义为TEV数值与金属背景值(即15 dB)相差小于20 dB,异常放电状态则定义为TEV数值与金属背景值相差大于20 dB。

窗体顶端

窗体底端

通过对比变电站内各开关柜暂态对地电压的测试值可知，#1组中ST1开关柜和#3组ST2开关柜出现明显的异常放电状态，其中ST2开关柜的TEV幅值最高可达45 dB。于是初步判断这两个开关柜内发生了局部放电，且ST2开关柜中有更大概率存在较严重的绝缘缺陷情况。

2.3 超声波(AE)方法检测结果

在声发射方法检测过程中，首先测量台站的背景噪声值。结果表明，10kV开关柜周围的超声波背景噪声约为-2dB。当检测开关柜内的局部放电信号时，柔性超声波传感器通过开关柜间隙伸入开关柜内，以减少放电信号通过绝缘介质时的衰减，提高检测灵敏度。受开关柜结构的限制，每个开关柜的测试点选择在前部区域上、中、下部的间隙处。在测试过程中，读数稳定后才能读取读数。本文以试验读数超过6dB作为判断柜内是否放电的关键标准。

站内所有开关柜超声波振幅小于6dB，表明内部无明显局部放电。这一结果显然与TEV法检测的结论相矛盾。因此，有必要继续采用UHF和高频脉冲电流检测方法，进一步探索开关柜的局部放电特性，并对柜内设备进行解体耐压试验，以确定真实的局部放电源。

2.4超高频（UHF）法的试验结果

在UHF方法检测期间，UHF传感器放置在开关设备的观察窗处。与TEV和AE方法不同，变电站中的每个开关柜只有两个观察窗。因此，采用UHF法检测时，每个开关柜有两个测试点，即中间开关仓的观察口和下部电缆仓的观察口。以这种方式对站内所有开关设备进行UHF放电检测。在该检测中，对采集到的UHF放电信号，采用基于相位信息的放电分辨谱和基于相位的脉冲序列谱分析放电特性和绝缘状态。

比较UHF法和TEV法的检测结果发现，虽然两种方法都指出开关柜ST1和ST2存在异常状态，但具体的分析结论却大相径庭。根据UHF检测方法，ST1开关柜下部电缆仓出现内部绝缘气隙缺陷，导致严重放电；从TEV检测方法来看，ST2开关柜局部放电现象更为明显，发生严重内部绝缘缺陷的可能性更高。可以看出，这些检测方法的结果存在一定的偏差，使得现场运行维护人员无法区分实际流量。有必要对两台开关柜进行高频脉冲法试验和拆卸耐压试验分析，以确定最适合现场使用的检测方法。

结论

在电源故障的情况下，10kV开关设备的局部放电是常见的。10kV开关设备在电网安全可靠运行中起着至关重要的作用，必须足够重视其局放故障。为更好地解决其局放故障，运检人员必须具备相应的专业知识，深入分析故障原因，采用科学的检测技术及排除故障的方法，及时准确地发现故障位置，最后进行维修或更换。同时，在检查开关设备时，必须注意检测的安全性和效率。只有这样，才能保证电网的安全有效运行，提高供电系统的服务水平和可靠性。最后，积极吸收国内外先进经验，进一步完善我国10kV开关柜局放检测技术，确保供电系统安全、可靠、高效运行。

参考文献：

[1]邓志祥，康琛，王华云，等．10kV开关柜穿屏套管的局部放电检测与结构优化[J]．电瓷避雷器，2019,288(2):232-236.

[2]宋振达．10kV配网开关柜局部放电的声电联合检测解析[J]．中国室内装饰装修天地，2019(7):368.

[3]韦斌．探讨10kV配网开关柜局部放电带电检测[J]．华东科技（综合），2019(7):307.

[4]高常海，杨丽影，王兴民．一种开关柜局部放电自动检测装置的研究[J]．电子制作，2019(10):88-89,26.