超声波和暂态地电压局部放电联合检测技术及应用

引言：高压开关柜在整个电力系统的配电中起着重要的作用，其运行的稳定与否直接影响到电网能否安全运行。通过使用超声波和暂态地电压局部放电测试方法对开关柜联合检测，能有效发现开关柜内放电的缺陷，及时、准确地掌握设备运行状态，保证电网的安全可靠运行。

随着电网的飞速发展和设备的快速更新，35kV、10kV金属封闭式高压开关柜因结构紧凑、可靠性高在电力系统中得到了广泛应用。高压开关柜运行的稳定性直接影响到电网安全运行。开关柜内设备在长期运行中因电、热、环境等异常情况下可能导致绝缘裂化、异响、放电等缺陷，严重者会发生事故。大多数情况下开关柜内局部放电是导致设备发生绝缘事故的主要原因也是绝缘缺陷的征兆。超声波、暂态地电压局部放电测试仪因操作方便、简单，且能有效的发现开关柜内的放电缺陷，在开关柜的带电测试中得到了广泛的使用。

一、超声波和暂态地电压局部放电的原理

局部放电可分为内部放电、表面放电、电晕放电，放电过程中往往伴随有电磁波、光、热、声音、超声波、臭氧、一氧化氮等化学和物理现象及相应的过程。但是对于开关柜的检测常以超声波和电磁波为主要的检测方法。

1.1超声波测试原理

局部放电的初期是微弱的辉光放电，释放的能量较小，放电的后期出现强烈的电弧放电，此时能量是瞬时爆发的，非常大。超声波信号以某一速度通过不同介质以球面波的形式向四周传播。但由于超声波频率远大于20kHz，人耳是无法听到的，因此采用超声波传感器检测放电所产生的超声波信号。超声波传感器将接受到的声音信号转换为电信号[1]，最后再将电信号转换成一个人耳可判别、可听见的声音信号，并将放电所产生的超声波大小以声压（dB）的形式显示出来。

1.2暂态地电压测试原理

当开关柜内发生局部放电时，根据麦克斯韦电磁场理论，将产生电磁波，受集肤效应的影响，这些电磁波会转移到柜体的金属铠装上，同时产生一个暂态地电压，暂态地电压的持续时间约为几十纳秒，幅值一般在几十毫伏到几伏之间。在金属箱体的接缝处或绝缘连接处，电磁波会传播到外表面，电磁波上升沿碰到金属外表面，产生暂态对地电压[2]，简称TEV。采用容性传感器可非常灵敏的检测到柜体表面的暂态地电压。暂态地电压测试法原理如图1所示。

二、分析判断方法

若某开关柜的超声波测试数据幅值在10dB到15dB之间，表明该开关柜内有异常，应加强复测，综合判断。

如果测得某个开关柜的超声波幅值大于15dB，说明该开关柜内部存在局部放电缺陷，应尽快复测，密切关注检测值的变化趋势。

若高压室内开关柜与背景值之差小于20dB，说明开关柜正常；若开关柜与背景值之差大于20dB，判定该开关柜内存在局部放电，应加强关注，必要时定位并开关柜检查。

对于同一开关柜要和历史数据比较看变化的大小趋势，进行纵向分析[3]；对于开关柜还要和同类设备的测试结果进行比较，当同类型的某一开关柜个体测试结果比其它同类开关柜的测试结果大时，该开关柜可能存在局部放电缺陷。

三、案例分析

3.1带电测试

使用UItra TEV Plus和UP9000测试110kV某变电站10kV高压开关柜，测试暂态低电压局部放电测试背景值为9dB，1012开关柜暂态地电压局部放电测试值为前柜下部36dB、后柜下部39dB，该开关柜下部暂态地电压测试值与背景值之差远大于缺陷值20dB。使用超身波局部放电测试仪对该开关柜进行测试，测得该开关柜超声幅值为19dB，大于缺陷值15dB。对比该开关柜和邻近开关柜的测试数据，可看出1012开关柜下部测试数据明显大于邻近的开关柜，初步判定该开关柜后下部存在有害的局部放电缺陷。具体测试数据见表1。

3.2缺陷处理

对该开关柜停电检查，发现开关柜内A相导电排与电流互感器连接处螺丝紧固不够，热缩绝缘护套已热熔碳化，导电排上热缩绝缘护套裂损（如图2所示）。分析判定为A相导电排与电流互感器连接处螺丝紧固不够，导致接触电阻增大，接触处过热使热缩绝缘护套热熔碳化，并引起导电排热缩绝缘护套裂损。对松动的螺丝进行紧固，重新制作绝缘护套，恢复送电，测试无放电声音和信号，缺陷消除。

四、总结

（1）超声波、暂态地电压局部放电测试仪操作方便、简单，测试人员可以很直观的读取数据。超声波、暂态地电压局部放电测试能有效的发现开关柜内的放电缺陷。

（2）开关柜内不同的缺陷形成放电的特征不一样，采用不同的测试方法对不同的缺陷有不同的灵敏度，单一的运行某一种测试方法，存在一定的局限性，有时会出现误判断。因此在实际应用中，我们应该采用多种不同的测试方法相互补充，才能更好的检测到开关柜的局部放电缺陷。

（3）经验表明，超声波测试能够很方便的发现绝缘子、母排、螺丝松动导致的表面放电，电缆绝缘的内部放电导致的振动幅值较小，使用超声波测试很难发现。

（4）对于风沙较大的地区，开关柜内灰尘较多，应加强停电检修时对开关柜内设备的清扫，避免柜内设备表面灰尘过多造成闪络击穿事故。

参考文献

[1]王风雷等，中国电力出版社.《电力设备状态监测新技术应用案例精选》.

[2]杨献智，章坚.10kV配网开关柜局部放电带电检测应用[J].电力科学与工程，2011（6）：71-75.

[3]孔令明，肖云东，刘娟，曾令甫.开关柜局部放电带电检测定位技术的应用与研究[J].山东电力技术，2010年06期.

（作者单位：国网新疆疆南供电有限责任公司运维检修部）

作者简介

窦峰川，1986年7月23日出生，籍贯：甘肃、古浪，国网新疆疆南供电有限责任公司运维检修部，从事变电一次设备高压试验工作，大学本科学历。