声电联合局部放电检测及定位技术在lOkV开关柜中的应用

方 科１ 周俊卫２

（１国网乌鲁木齐供电公司 新疆 乌鲁木齐 830000 ２武汉大学电气工程学院 湖北 武汉 ４３００７０）

摘 要：结合乌鲁木齐１１０ ｋＶ仓房沟变电站１０ ｋＶ隔离开关柜的实际带电检测情况，介绍了基于地电波、超声波以及高频电流相结合的局部放电检测及故障定位的基本原理、检测和判定依据。带电检测结果表明，该方法可准确判断开关柜的放电强度、放电类型、放电相位以及放电位置等。验证了声电联合局部放电检测方案的有效性和准确性，为准确判断开关柜绝缘状态以及快速排除故障提供了极大的帮助。

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关键词 ：１０ ｋＶ；开关柜；局部放电；声电联合检测；故障定位

中图分类号：TM77 文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６６５－２２７２．２０１5．10．045

0 引言

随着电力系统容量的扩大，对电力设备的运行可靠性也有了更高要求，金属铠装高压开关柜因其操作方便、运行可靠而被广泛应用于３５ｋＶ以下的输电、配电过程中。通过对开关柜进行局部放电带电检测，提早发现开关柜内部存在的局部放电现象和及时排除故障，是目前电力设备状态检修最有效的预防措施。本文介绍了现行的声电联合局部放电检测及定位技术的基本原理、检测和判定依据，并结合乌鲁木齐１１０ｋＶ仓房沟变电站１０ｋＶ隔离开关柜局部放电缺陷检测案例，详细分析了案例的发现、判断、故障定位及处理。处理后开关柜运行良好，验证了声电联合局部放电检测方案在故障检测及定位方面有良好的效果。

1 声电联合法基本原理

局部放电时一种脉冲放电，它会在电力设备内部和周围空间产生一系列的光、声、电气和机械的震动等物理现象和化学变化，通过监测这些信号可以判断电力设备内部绝缘状态。通常单一监测方法无法准确判断故障类型以及实现故障定位，故在实际应用中多采用几种不同方法相结合的方式。

1．１ 地电波检测原理

高压电气设备发生局部放电时，放电量往往先聚集在与接地点相邻的接地金属部位，形成对地电流，在设备的金属表面上传播，根据设备金属表面所检测的地电波强弱，可以判断是否存在局部放电。

地电波检测具有检测精度高、抗干扰能力强、便于携带、操作简单等特点，但由于作为巡检类设备，该检测方案并不能有效地区分干扰信号和局部放电信号以及判断局部放电发生的位置，对于局部放电的类型和时间、相位更是无法观测。因此，通过暂态地电波初步判断电力设备局部放电情况后，还需进一步采用超声波和高频电流相结合的局部放电检测方式进行故障的二次确认和故障定位。

1．２ 超声波检测原理

超声波检测原理是根据声波的传播特性，通过测量局部放电产生的超声信号传播到多个不同位置的超声传感器的时延或时间差，根据时延和超声波传播速度（多传感器时可作为变量），利用空间解析几何的方法计算局部放电源的位置，实现绝缘缺陷定位。

超声波定位法虽然具有抗电气干扰能力强，定位准确度高的优点。但超声波定位法灵敏度低、传播衰减快、测试范围小、精准定位时需要进行逐点测量，工作量非常大，在现场使用时易受周围环境噪声的影响，特别是设备本身如果产生一定的机械振动，会使超声检测产生较大的误差。

1．３ 超高频检测原理

超高频检测采用的是时差法，其基本原理是根据局部放电源辐射的电磁波以一定的速度（光速）在ＧＩＳ中传播，到达不同位置传感器的时间不同，采用２个或多个超高频法传感器检测局部放电电磁波信号，再根据电磁波传播速度和传感器接收到同一放电源的信号时间差计算局部放电源的位置，实现绝缘缺陷定位。

超高频时差定位法的优点是原理简单、运用方便、定位较为准确。超高频法信号衰减较小，传播范围较广，因此很难实现准确定位。而且超高频法测量的信号频率很高，所检测到的信号与诸多因素有关，除放电量大小外，还涉及局部放电源的类型、电磁信号的传播路径、放电源的位置等，因此对测试结构分析困难。

1．４ 声电联合检测及定位方法

超高频法和超声波法是目前国际上公认的、最适合现场使用的局部放电检测技术，而地电波检测具有抗干扰能力强和很好的在线监测巡检性能，这三种检测方法均已被广泛应用于高压电力设备的局部放电在线监测或巡检工作。超高频法和超声波法优势互补，两者结合使用就既具有超高频法不受设备机械振动等环境影响、定位快速的特性又具备了超声波法的抗电气干扰能力强、定位准确的优点。再结合地电波检测原理进行故障初检和快速故障初步定位，联合检测结果更为精确，定位能力也更为强大。

2 开关柜实际运行状况及检修方案

国网乌鲁木齐供电公司１１０ｋＶ仓房沟变电站１０ｋＶⅡ、Ⅲ分段Ⅲ母１０５２３隔离开关柜型号：ＧＧ－１Ａ，生产于１９９５年８月，于１９９５年９月投运使用。２０１４年８月６日，带电检测小组对１１０ｋＶ仓房沟变电站１０ｋＶⅡ、Ⅲ分段Ⅲ母１０５２３隔离开关柜进行局放检测，通过使用超声、超高频局放和暂态地电波三种局放检测手段，确定１０ｋＶⅡⅢ分段Ⅲ母１０５２３隔离开关柜前柜下部偏右侧部位存在局部放电缺陷。

８月６日检测人员利用ＰＤＳ－Ｔ９０局部放电测试仪对隔离开关柜进行测试，地电波和超声波测试数据见表１，超高频图谱见图１。

通过表１和图１可以看出，通过使用ＰＤＳ－Ｔ９０局部放电测试仪测试所得到的１０５２３隔离开关柜前下柜的暂态地电位信号幅值超过缺陷注意值２０ｄＢ，超声幅值也远远大于标准值１５ｄＢ，对１０５２３隔离开关柜前下柜进行的超高频分析图谱为典型的悬浮电位放电图谱。综合地电波、超声波以及超高频局放检测的数据结果，初步确定１０５２３隔离开关柜前下柜存在放电信号，该柜有局部放电缺陷。

3 故障定位及分析

为了对测试数据最大值处的缺陷详细诊断并定位，用Ｇ１５００定位设备对异常信号进行定位。超高频现场定位测试照片及定位测试数据见图２、图３。根据超高频信号在空气中的传播速度和超高频信号传播至两个传感器上的时间差可以计算出局放信号的位置。

为了进一步准确定位局放源，采用声电联合的方法，典型的声电定位测试照片及定位测试数据见图４，以超高频信号为基准（超高频信号传播速度远大于超声波信号传播速度），通过测量超声波传播时间，可计算出放电源与超声波传感器之间的距离。

通过上述两种方法的定位，确定在１０５２３隔离开关柜前柜距地面０．９m高，柜内距离柜门０．３m的位置有明显的局部放电信号，根据柜内的结构，可以判定局放信号来自于母排或其附属部件。

4 故障处理及验证

根据故障分析及定位结果，８月６日晚，对其停电检查发现１０５２３隔离开关柜前下柜内支撑Ｃ相母排的带电显示器螺丝有明显松动现象，并伴有螺丝表面放电灼烧的痕迹和带电显示器表面被放电烧黑的现象。同时，发现支撑Ａ相母排的带电显示器低压侧端子没有接线，Ａ相带电显示器低压侧端子有明显的放电迹象。因此判定Ｃ相放电原因为支撑母排的带电显示器螺丝松动引起局部放电，Ａ相放电原因为支撑Ａ相母排的带电显示器低压侧端子未接地导致的悬浮电位放电，如图５。

检修人员对松动的螺丝进行上紧和紧固并将带电显示器的低压侧端子短接接地，重新恢复送电。恢复送电后，检测人员利用ＰＤＳ－Ｔ９０局部放电测试仪对１０５２３开关柜进行跟踪检测，检测结果明显减小，设备恢复正常。

5 结论

超高频局放检测适用于开关柜内的悬浮电位放电和螺丝松动信号的检测，超声波和超高频相结合的声电联合定位方法具有较为精确的定位结果。根据检测数据及开柜检查情况，可以看出１０ｋＶⅡ、Ⅲ分段Ⅲ母１０５２３隔离开关柜前柜内局部放电信号是由于螺丝松动和带电显示器低压侧端子未接地造成的悬浮电位放电。今后，须对开关柜的安装和大修进行严格验收，确保类似螺丝未拧紧而造成的局部放电缺陷不再发生。

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参考文献

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２ 伍志荣，聂德鑫，陈江波． 特高压变压器局部放电试验分析［Ｊ］． 高电压技术，２０１０（１）

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４ 徐敏骅，裘简涛． 声电联合技术在局部放电检测中的应用［Ｊ］． 上海电力， ２０１１（１）

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６ 骆东松，鲁晔． 声电联合法在３５ ｋＶ开关柜局部放电检测中的应用［Ｊ］． 工矿自动化，２０１４（３）

（责任编辑 高 平）