開關柜局部放電檢測典型案例

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開關柜局部放電檢測典型案例

10KV開關柜局部放電檢測案例匯編前言：

10kV開關柜內部局部放電的種類很多，主要分為內部放電和表面放電兩種，目前主要采用的非介入方式、帶電檢測的方法主要為超聲波檢測和暫態地電壓（TEV）兩種檢測方式，對于一些放電，我們可以同時偵測到超聲波信號和TEV信號，而另一些放電情況我們只能檢測到兩種信號中的一種，因此在實際使用中，我們應該以這兩種檢測方式互為補充，才能夠更好的檢測到所有的局部放電情況。

暫態地電壓檢測原理：

局部放電暫態地電壓（Transient Earth Voltages）技術是局部放電檢測的一種新方法，近年來在國內外得到了較快發展，并在電力設備如GIS、同步電機、變壓器、電纜等的檢測中得到了應用。暫態地電壓（Transient Earth Voltages）具有外界干擾信號少的特點，因而檢測系統受外界干擾影響小，可以極大的提高電氣設備局部放電檢測，特別是在線檢測的可靠性和靈敏度。用于高壓開關柜在線監測有明顯的優點，因此這一測量技術發展很快，已在英國和法國的幾個400kV變電站中取得經驗。德國一些大學對此技術很感興趣，經過多年的努力，英國EA公司已經收集了一萬多條涵蓋所有不同型號的高壓設備的暫態地電壓（TEV）的數據庫，對柜體內器件（如CT、PT）、母線連接處、支持絕緣子表面及開斷裝置進行了試驗驗證。到目前為止，該技術已經在世界多國應用，各國的研究均表明，暫態地電壓（Transient Earth Voltages）的在線監測有很好的前景。對于國內，早期對高壓開關柜可靠性的重視度不夠，此技術在國內發展較慢，但由于該技術越來越多的得到國內認可，北京、上海、廣州等大城市已經開始應用，并且取得了良好的效果。

當高壓電氣設備發生局部放電時, 放電電量先聚集在與放電點相鄰的接地金屬部分, 形成電流脈沖并向各個方向傳播。對于內部放電, 放電電量聚集在接地屏蔽的內表面, 因此, 如果屏蔽層是連續時無法在外部檢測到放電信號。但實際上, 屏蔽層通常在絕緣部位、墊圈連接處、電纜絕緣終端等部位出現破損而導致不連續, 這樣, 高頻信號就會傳輸到設備外層。放電產生的電磁波通過金屬箱體的接縫處或氣體絕緣開關的襯墊傳播出去, 同時產生一個暫態電壓, 通過設備的金屬箱體外表面而傳到地下去。這些電壓脈沖是于1974 年由Dr John Reeves 首先發現, 并把它命名為Transient Earth Voltage 暫態對地電壓, 簡稱TEV。

中低壓開關柜局部放電在線檢測定位技術采用暫態對地電壓的原理來對開關設備局部放電狀況進行檢測及定位, 通過單只電容藕合式探測器在被檢設備的接地金屬外殼上進行探測。裝置檢測由于局部放電而引起的短暫電壓脈沖,測出局部放電瞬時電壓脈沖的幅度峰值。若采用兩只電容藕合式探測器，則可以檢測放電點發出的電磁波瞬間脈沖所經過的時間差來確定放電活動的位置, 原理是采用比較電磁脈沖分別到達每只探測器所需要的時間。系統指示哪個通道先被觸發, 進而表明哪只探測器離放電點的電氣距離較近。脈沖是

以光速或接近光速進行傳播的, 所以必須能夠分辨很小的時間差, 通常為μs 級。檢測定位原理見圖1。

采用比較電磁脈沖抵達不同探測器的時間差異來確定放電點的方法在本質上優于采用比較信號強度來確定放電點的方法, 因為電磁波的多次反射可能造成幅值測量結果不正常。

一案例1

（1）檢測情況。2008年3月11日，在對北京某220KV變電站的10kV開關柜進行狀態

監測時，使用PDL1地電波局放定位儀發現203開關柜存在異常，數值比其他開關柜大很多，如表1所示：

10kV進線柜體進行連續在線監測。PDM03監測探頭及天線布置情況如圖1所示：

（圖1）測試數據：開始時間2008-2-27 16:07:00，結束時間2008-2-29 11:00:00 PD數據報告如表2所示：

集到的環境噪聲，并對各個通道逐一分析。分析結果顯示：5號、9號探測頭位置測得的數據中“短期放電劇烈程度”分別為5835和7696，“每周期的脈沖數”分別為14.656和19.332，已經遠遠高出正常水平，證實此出確有放電現象產生，對應局部放電位置在3號主變壓器母線進線柜體中穿墻套管附近。

（圖2）PDM03 各探頭及天線采集到的信號曲線

使用紅外成像儀對5號、9號探頭附近的柜體進行溫度掃描，發現B、C相熱點比鄰近的其他部位溫度高3℃左右。，紅外成像圖譜見圖3。

（圖3）紅外成像圖譜

綜合分析地電波和紅外檢測數據，認為3號變壓器10kV母線進線柜體存在放電現象，放電位置為B、C相附近。

（3）停電檢查及試驗。2008年3月29日，對該開關柜進行停電檢查和缺陷處理。停電

后打開進線柜面板，發現母線支撐絕緣子表面塵埃嚴重，B相一只母線絕緣子標簽脫開、C相帶電顯示器引線與母線過近等現象。詳見圖4。

（圖4）3號變壓器10kV母線進線柜體缺陷情況

（a）絕緣子表面塵埃嚴重；（b）絕緣子標簽脫開

（c）帶電顯示器引線與母線過近（d）柜內情況

進行絕緣電阻測試，C相絕緣電阻4000MΩ，A、B相絕緣電阻大于10000MΩ；分相施加運行電壓進行檢測時，B、C相均出現明顯超聲信號，為12dB/40kHz。升高試驗電壓，在13kV時穿墻套管根部外表面出現爬電現象，并伴隨明顯放電。

對柜內元件進行全面清掃，同時，將標簽脫開、C相帶電顯示器引線與母線過近的現象也同時進行了處理。處理后，絕緣電阻測量A、B、C三相絕緣電阻均大于10000MΩ。施加運行電壓進行檢測，未發現超聲波異常的信號；施加試驗電壓30kV時，穿墻套管處出現放電現象，但較之前13kV時電壓明顯提高。進一步核對檢查，該穿墻管為瓷質絕緣，內壁沒有均壓材料或裝置。

二案例2

說明：本案例是一個典型的非周期性局部放電及排除外部較強干擾信號的案例，說明了PDM03對非周期性的局部放電現象的監測能力和抗干擾能力。

2010年4月對浙江某110kV變電站進行局放檢測，在使用UltraTEV Plus+進行巡檢時發現TEV測量幅值異常，背景讀數為14，超聲波檢測數值很小，開關柜的TEV幅值在一定幅度之間按一定的周期變化。

A.現場環境分析

對開關柜房間的內部環境,開關柜相近金屬體如鐵門以及開關柜柜體表面等處進行TEV檢測時候,幅值普遍較高.如開關柜房間內部環境幅值約為14dB,尤其是在大鐵門至35kV開關柜房間的小鐵門這一區間內,由鐵門上測出的dB數值平均水平約在26-30dB,并且存在間歇性的放電脈沖,幅值達到超過40dB的情況.說明存在比較嚴重的外部干擾或者開關柜內部本身有比較強的放電活動.

B．使用PDM03進行了為期24小時的監測，詳細數據如下：

本次監測主要目的是測量“#1 主變10kV插件”和“沿海102開關”局部放電情況。因其靠近母排而且1-3號開關柜的外部干擾很嚴重。根據21小時的PDM監測結果,12號也就是天線接收到的脈沖數占據了總脈沖數的96%,說明外界存在及其強大的干擾源.而經過其接收屏蔽作用后,9號探針對應的1號開關柜并沒存在局放超標的情況,結合先前的TEV測量結果,盡管1號開關柜（對應9號探針）TEV測得的幅值很高,但其值不是由于內部局放源引起的.

4號探針接受到的脈沖數均和相鄰的5號接近,且幅值高于5號，而5號的每周期脈沖數卻在正常范圍內，并且從數量上來看，兩個探針測到的總脈沖數，大于首次到達的脈沖總數，因此可以認為4、5號探頭之間只存在一個局部放電源。并可以判定靠近4號內部存在一個局放源,位置應該靠近4號探針，即，放電源應在8號開關柜的中上部。

6，7號探針都設置在6號柜體上,7號捕獲的脈沖更多,6號幅值高于7號探針.但是脈沖數遠少于7號.由下圖可以看出，6號探針處有過短暫的脈沖活躍，而7號探針一直有脈沖活動，因此認為6號、7號對應不同的放電源。

8號探針從14：00到16：00有放電現象存在，但在16：00之后基本消失，與相鄰的8號探針進行的數據進行比較，認為兩者趨勢基本相同，因此認為6、8號探針探測的是同一個放電源，且在8號探針安放的5號開關柜（#2 電容器開關）內。

C．結論

從上圖可以看出，6、7、8號探針總共對應兩個放電源，其中7號探頭對應的6號柜（#1 主變10kV插件）中的放電源為持續性的放電源，放電水平、短期嚴重度、長期嚴重度并未超標。8號探針對應的5號柜（#2 電容器開關）存在一個放電源，短期嚴重度略大。4號柜（沿海102開關）的放電情況同5號柜，放電幅度并不大，也并未超標，但放電數量比較高，短期嚴重度也偏高，應予以關注。

從上圖可以看出，在1-8開關柜監測時，12號天線所采集到的數據呈現周期性變化，估計與負荷變化有關，從19：30~第二天早晨8：00鐘之間外部放電源逐步衰減到最小，從8：00鐘開始，又開始劇烈的活動。

三案例3

廣州某某區某某開關房的開關柜由某某生產的半封閉式SM6開關柜，行時間已達到10年。近期，現場運行人員在開關房內聞到了臭氧的味道，且能聽到電暈放電的“咝咝聲”，懷疑開關柜內部存在局部放電現象。

為此，-技術人員和某某局運行人員對該開關房開關柜進行了兩次測試。該開關房共有12臺開關柜，分兩排放置。

首先對12臺開關柜用便攜式Ultra Tev進行檢測，發現七臺一排的開關柜可能存在局放現象。檢測結果如下：

(1) 超聲波模式

便攜式測試儀在超聲波模式下對開關柜的空隙進行掃描，發現大部分空隙的超聲信號較強，超聲指示燈為紅色；用超聲波儀器所配耳機聽到較明顯的聲音。

(2) TEV模式

便攜式測試儀在TEV模式下對開關柜的金屬外殼進行掃描，未發現較明顯TEV信號。

綜上所述，可以初步判定這七臺開關柜或其中一臺（或幾臺）可能存在局放現象，但局放源在哪里？局放嚴重到什么程度？還需要用PDM03進一步連續監測。

6月11日，我方技術人員應用PDM03對這七臺開關柜進行復試。現場傳感器布置如圖17所示，現場情況如圖18所示（紅色標識）。1、2、11和12號探頭為屏蔽天線，布置在設備周圍，已屏蔽周圍的干擾信號；3-10為局放信號檢測探頭，布置在被檢測設備附近，用來檢測設備內部的局放信號。在測試一段時間后，改變探頭的位置，以更全面地采集局放TEV信號，現場情況如圖19所示（綠色標識）。

圖18 天線布置實物圖1

圖19 天線布置實物圖2

用該儀器對開關房內的開關柜連續監測了大約50分鐘，監測數據如下：

由檢測數據可以得出：每個探測器的短期局部放電劇烈程度值=0；每測量循環周期內的脈沖數量=0。由此，根據AE公司的產品使用說明書，可以判斷：TEV測量結果顯示，這些開關柜中無明顯局放現象。

但新加坡專家結合設備運行情況及測試數據，給出了如下建議：

As long as you have either TEV or Ultrasound, it is consider PD. Usually, when you have Ultrasound (Corona), the TEV readings can be low. But sometimes, you can get both TEV and Ultrasound together.

Using the UE 9000, you can detect the panel which is having the loudest dB. By the way, you descript the “Corona” is serious and I would recommended that immediate action to be taken such servicing and replacement of “Corona” discharge portion.

The PDM03 readings seem to be ok, please ensure that the probe is touching the panel.

為此，于7月9日再次對某某開關柜進行局放測試，此次測試持續了5個多小時，較全面地監測了開關柜的局放活動，排除了放電隨機性的影響。探頭布置與第一次位置基本一致，如圖17中紅色探頭所示，測試數據如下：

此次測試數據，每個探測器的短期局部放電劇烈程度值=0；每測量循環周期內的脈沖數量=0。因此所得測量結果與前次相同：TEV測量結果顯示，這些開關柜中無明顯局放現象。

但是，此次測試過程中，發現2號開關柜內外絕緣老化嚴重，如圖20所示。且老化部分積有水珠，可見開關柜內部受潮較為嚴重。

圖20 2號開關柜電纜頭老化部分

綜合http://salifelink.com/news/558D5AF673C169BE.html現場現象：明顯的臭氧味，電暈放電的嘶嘶聲，外絕緣的損壞程度等，可以得出：這幾臺開關柜存在較嚴重的問題，但并不是由內部引起，或者其局放信號微弱不足以被測量；可能柜內存在外絕緣絲狀放電，其頻率一般在1MHz以下，大部分能量主要集中在1kHz以內，沿面泄漏電流約為幾個mA，

輻射出的電磁波及聲音能量比較小，不容易測到；另外，還可能存在水珠放電，螺帽邊角表面、支柱絕緣子小表面與桿徑結合處、電纜頭進線口的電暈、弱爬電等。

鑒于以前運行十多年的某某生產的SM6開關柜已出現過較嚴重的問題，建議對這批開關柜進行密切監控；如果有條件，應用其他試驗方法抽樣檢查以發現問題

四案例4

廣州某某開關房的開關柜是某生產的半封閉式SM6開關柜，行時間已達到10年。共有6臺開關柜。

近期，現場運行人員在開關房內聞到了臭氧的味道，且能聽到電暈放電的“咝咝聲”，懷疑開關柜內部存在局部放電現象。用Ultra TEV Plus+檢測結果如下：

（1）超聲波模式

背景噪聲5db左右，超聲顯示值25db左右，依相關判據，檢測到一定程度的局部放電；用超聲波儀器所配耳機聽到較明顯的聲音。

（2） TEV模式

背景值0db左右，TEV顯示值8db左右。

綜上所述，可以初步判定這6臺開關柜或其中一臺（或幾臺）可能存在局放現象，但局放源在哪里？局放嚴重到什么程度？還需要用PDM03進一步連續監測。

現場傳感器布置如圖28所示，現場情況如圖29所示，1、2、11和12號探頭為屏蔽天線，布置在設備周圍，已屏蔽周圍的干擾信號；3-10為局放信號檢測探頭，布置在被檢測設備附近，用來檢測設備內部的局放信號。

圖28 探頭布置示意圖

圖29 現場示意圖

用該儀器對開關房內的開關柜連續監測了大約50分鐘，監測數據如下：

由檢測數據可以得出：每個探測器的短期局部放電劇烈程度值=0；每測量循環周期內的脈沖數量=0。由此，根據產品使用說明書，可以判斷：TEV測量結果顯示，這些開關柜中無明顯內部放電現象。

但是，由于超聲檢測超標，可以確定開關柜內，存在嚴重的表面放電，對開關柜解體后，發現該開關柜內部外絕緣老化嚴重，電極有明顯白色銹蝕，如G03電纜頭腐蝕情況，如圖30所示。

圖30 G03電纜頭電極腐蝕

之后，對該批開關柜解體檢查，情況如圖31-34所示。

圖31 母線B相支柱絕緣子圖32 母線室

圖33 母線線耳圖34 母線絕緣帽

根據解體情況及運行經驗可疑得出，部分半絕緣柜（尤其是SM6柜）受環境潮濕影響，在裸露導體及絕緣交接部分容易發生凝露，繼而發表面生閃絡現象。以上部件的銹蝕部分應該是由閃絡的重復發生而導致的；另外，開關室上部的污穢則是由該類型開關柜的結構缺陷引起的，開關室上部與外界有氣孔相

連，但開關柜內的空氣流通速率不夠大時，且當濕度和灰塵較大時，就易使絕緣子表面積污。

五案例5

浙江湖州供電局下轄的220kV太傅變電站的35KV高壓開關柜運行時間已達六年。今年，現場運行人員在開關室內可以聞到輕微的臭味，且可以聽到間歇性的放電聲，因此邀請我公司技術人員使用局部放電檢測設備對其高壓室內的開關柜進行檢測，并且給出最終判斷分析的結果。

2010年7月14日，我公司局放檢測工程師用Ultra TEV plus和PDL1對220KV太傅變電站的35KV開關室里高壓開關柜進行局放檢測。

檢測儀器簡介說明：

1：多功能手持式局部放電檢測儀Ultra TEV plus

它是一款集TEV和超聲波檢測功能于一身的手持式便攜測試儀，主要適用于中高壓3-66KV開關柜等電氣設備的各種放電的檢測，適用于不同類型的電力設備。具有讀數準確，操作簡便、入門輕松等顯著優點，特別適用于日常的巡檢。

2：局部放電定位儀：PD Locator（PDL1）

PD Locator是一款廣泛應用于中高壓開關柜局部放電非介入式檢測及定位儀器，具有攜帶方便、快速檢測、準確定位等特點。適用于對開關柜局部放電源進行帶電快速定位，可以更好地確定開關柜局部放電源的位置，并能夠對檢測結果進行量化顯示。

該儀器具有單探頭和雙探頭兩種檢測模式，其中單探頭檢測模式用于測量局部放電產生的TEV幅值，雙探頭檢測模式通過計算放電源信號到兩個探頭的時間差，來判斷放電源位置離哪個探頭較近，從而起到定位放電源位置的作用。

現場檢測

1 環境背景的檢測：

在開始測試時，需在其他金屬制品（金屬門，窗或其他金屬制品）上連續測三個背景值，取平均值作為背景水平值。

注意：當儀器沒有觸發（讀數為零），儀器讀數將顯示為“0”。依據以上數據，參照于TEV Plus+TEV讀數解讀指南：

可以看出：在背景測量值時候：對高壓開關室內部環境，開關柜相近的金屬體進行檢測，入口門處幅值為11dB，其正對面窗戶為30dB，背景水平略高，可以判定此開關室內干擾較大，檢測時時需要給予關注。

2 開關柜的檢測： TEV檢測：

對站內的開關柜進行檢測，TEV幅值均在正常范圍內，未發現明顯異常。超聲波檢測：

對站內開關柜進行超聲波檢測，發現“太橋3270”開關柜的超聲異常。

3. 檢測結果分析

太橋3270 線柜體TEV 幅值很正常，但是柜體后中下部超聲波水平異常，最大可到28dB。對該開關柜后部和側面的縫隙表面使用儀器進行了多次多點測量后，所得數據見下圖：

由圖中可知，在開關柜后下部，靠近每一相的地方，幅值均較高。開關柜側面中間，幅值最高達到27dB。從空間上看，放電源應該在開關柜后下方,且可以聽到間歇性放電的聲音，旁邊可以聞到有類似臭氧氣體散溢的味道，依據TEV判斷依據：可以肯定是存在局部放電現象，又可能因為放電源離接地擋板較近，所放的電直接打到接地擋板上，而無信號傳遞到開關柜表面，導致出現TEV 數據顯示十分正常，而超聲波有異常的情況。

2010年8月4日，獲悉該供電局于要對開關柜進行開柜檢修，我公司立即派技術人員前往進行結果跟蹤，開柜后發現，所發現問題與我們預先判斷幾乎完全一致，附圖如下

被放電打黑的隔離擋板

隔離擋板放大圖

因放電受損的高感

受損的絕緣護套

6：情況分析：

現場絕緣隔離擋板上面有明顯電弧打燒的黑色痕跡，且用于DSN2-BMY型戶內電磁鎖上的高感也有凹進損壞痕跡，金具表面有水珠銹跡。

分析結果：

1：220KV太傅變電站位于深山中，周圍氣候環境比較潮濕，35KV開關室的通風系統一定，開關柜為移動式金屬封閉鎧裝式開關柜，導致水分不容易蒸發，在銅牌和高感的連接器件金具上凝聚并與腐蝕金具，形成放電源。

2：金具與金屬隔離擋板太近，導致放電打到金屬擋板上。

3：銅牌和高感連接的金具，均有絕緣套包裹好，但是在金具凸起處由于固定需要，護套不能夠完全包裹金具，給放電的產生提供了條件（制造本身缺陷）。

以上三個原因是該開關局產生局部放電的直接原因和間接原因。