开关柜局部放电检测典型案例

1、10KV 开关柜局部放电检测案例汇编前言：10kV 开关柜内部局部放电的种类很多，主要分为内部放电和表面放电两种，目前主要采用的非介入方式、带电检测的方法主要为超声波检测和暂态地电压（TEV）两种检测方式，对于一些放电，我们可以同时侦测到超声波信号和 TEV 信号，而另一些放电情况我们只能检测到两种信号中的一种，因此在实际使用中，我们应该以这两种检测方式互为补充，才能够更好的检测到所有的局部放电情况。暂态地电压检测原理：局部放电暂态地电压（Transient Earth Voltages）技术是局部放电检测的一种新方法，近年来在国内外得到了较快发展，并在电力设备如 GIS、同步电机、变压器、电缆等的检测中得到了应用。暂态地电压（Transient Earth Voltages）具有外界干扰信号少的特点，因而检测系统受外界干扰影响小，可以极大的提高电气设备局部放电检测，特别是在线检测的可靠性和灵敏度。用于高压开关柜在线监测有明显的优点，因此这一测量技术发展很快，已在英国和法国的几个 400kV 变电站中取得经验。德国一些大学对此技术很感兴趣，经过多年的努力，英国 EA 公司已经收集了一万

2、多条涵盖所有不同型号的高压设备的暂态地电压（TEV）的数据库，对柜体内器件（如 CT、PT）、母线连接处、支持绝缘子表面及开断装置进行了试验验证。到目前为止，该技术已经在世界多国应用，各国的研究均表明，暂态地电压（Transient Earth Voltages）的在线监测有很好的前景。对于国内，早期对高压开关柜可靠性的重视度不够，此技术在国内发展较慢，但由于该技术越来越多的得到国内认可，北京、上海、广州等大城市已经开始应用，并且取得了良好的效果。当高压电气设备发生局部放电时, 放电电量先聚集在与放电点相邻的接地金属部分, 形成电流脉冲并向各个方向传播。对于内部放电, 放电电量聚集在接地屏蔽的内表面, 因此, 如果屏蔽层是连续时无法在外部检测到放电信号。但实际上, 屏蔽层通常在绝缘部位、垫圈连接处、电缆绝缘终端等部位出现破损而导致不连续, 这样, 高频信号就会传输到设备外层。放电产生的电磁波通过金属箱体的接缝处或气体绝缘开关的衬垫传播出去, 同时产生一个暂态电压, 通过设备的金属箱体外表面而传到地下去。这些电压脉冲是于 1974 年由 Dr John Reeves 首先发现 , 并把它

3、命名为 Transient Earth Voltage 暂态对地电压, 简称 TEV。中低压开关柜局部放电在线检测定位技术采用暂态对地电压的原理来对开关设备局部放电状况进行检测及定位, 通过单只电容藕合式探测器在被检设备的接地金属外壳上进行探测。装置检测由于局部放电而引起的短暂电压脉冲,测出局部放电瞬时电压脉冲的幅度峰值。若采用两只电容藕合式探测器，则可以检测放电点发出的电磁波瞬间脉冲所经过的时间差来确定放电活动的位置, 原理是采用比较电磁脉冲分别到达每只探测器所需要的时间。系统指示哪个通道先被触发, 进而表明哪只探测器离放电点的电气距离较近。脉冲是以光速或接近光速进行传播的, 所以必须能够分辨很小的时间差, 通常为 s 级。检测定位原理见图 1。采用比较电磁脉冲抵达不同探测器的时间差异来确定放电点的方法在本质上优于采用比较信号强度来确定放电点的方法, 因为电磁波的多次反射可能造成幅值测量结果不正常。一 案例 1（1） 检测情况。2008 年 3 月 11 日，在对北京某 220KV 变电站的 10kV 开关柜进行状态监测时，使用 PDL1 地电波局放定位仪发现 203 开关柜存在异常

4、，数值比其他开关柜大很多，如表 1 所示：表 1：环境读数：空气 24dB、金属 32dB;环境温度 20、环境湿度 43%检测位置 前中(dB)前下(dB)后上(dB)后中(dB)后下(dB)侧上(dB)侧中(dB)侧下(dB)3 号变压器10kV 母线进线柜体- - - - - 63 58 -203 44 40 41 - 44 49 44 -203-5 40 38 40 - 38 - - -（2） 处理与分析。为进一步证实检测结果，使用 PDM03 局部放电监测仪对 3 号变压器10kV 进线柜体进行连续在线监测。 PDM03 监测探头及天线布置情况如图 1 所示：（图 1）测试数据：开始时间 2008-2-27 16:07:00，结束时间 2008-2-29 11:00:00PD 数据报告如表 2 所示：通道 最大水平每周期的脉冲数平均水平短期放电剧烈程度各通道脉冲总数占总脉冲数百份比每个电气周波脉冲数最大值对应水平值占时间百分比长期剧烈程度最大短期剧烈程度1 52 2.02 32 804 3034544 3 2.02 52 100 16 8042 43 0.001 1 0 52

5、33 0 0.102 22 96 0 13 43 2.171 32 307 1836039 2 2.171 43 96 9 3074 37 1.714 34 121 16384542 15 3.942 34 100 110 1985 52 14.656 52 5835 63178380 58 14.656 52 100 3295 58356 37 0.183 25 13 770907 1 0.354 34 98 2 187 49 3.033 45 855 11429458 10 3.78 46 100 277 8558 43 2.529 35 357 9737020 9 2.661 37 100 76 3579 52 19.332 52 7696 83687531 76 19.332 52 100 4465 769610 37 0.08 22 6 95757 0 0.11 34 99 0 611 52 2.386 35 950 8474779 8 6.244 40 100 63 95012 40 0.001 1 0 8278 0 0.292 0 96 0 0根据 PDM03 局部放电监

6、测仪数据分析导则进行数据图形分析（见图 2），对比四个天线采集到的环境噪声，并对各个通道逐一分析。分析结果显示：5 号、9 号探测头位置测得的数据中“短期放电剧烈程度”分别为 5835 和 7696，“每周期的脉冲数”分别为 14.656 和19.332，已经远远高出正常水平，证实此出确有放电现象产生，对应局部放电位置在 3 号主变压器母线进线柜体中穿墙套管附近。（图 2） PDM03 各探头及天线采集到的信号曲线使用红外成像仪对 5 号、9 号探头附近的柜体进行温度扫描，发现 B、C 相热点比邻近的其他部位温度高 3左右。，红外成像图谱见图 3。（图 3）红外成像图谱综合分析地电波和红外检测数据，认为 3 号变压器 10kV 母线进线柜体存在放电现象，放电位置为 B、C 相附近。（3） 停电检查及试验。2008 年 3 月 29 日，对该开关柜进行停电检查和缺陷处理。停电后打开进线柜面板，发现母线支撑绝缘子表面尘埃严重，B 相一只母线绝缘子标签脱开、C 相带电显示器引线与母线过近等现象。详见图 4。（图 4）3 号变压器 10kV 母线进线柜体缺陷情况（a） 绝缘子表面尘埃严重；（b

7、）绝缘子标签脱开（c ）带电显示器引线与母线过近 （ d）柜内情况进行绝缘电阻测试，C 相绝缘电阻 4000M，A、B 相绝缘电阻大于 10000M；分相施加运行电压进行检测时，B、C 相均出现明显超声信号，为 12dB/40kHz。升高试验电压，在13kV 时穿墙套管根部外表面出现爬电现象，并伴随明显放电。对柜内元件进行全面清扫，同时，将标签脱开、C 相带电显示器引线与母线过近的现象也同时进行了处理。处理后，绝缘电阻测量 A、B、C 三相绝缘电阻均大于 10000M。施加运行电压进行检测，未发现超声波异常的信号；施加试验电压 30kV 时，穿墙套管处出现放电现象，但较之前 13kV 时电压明显提高。进一步核对检查，该穿墙管为瓷质绝缘，内壁没有均压材料或装置。二 案例 2说明：本案例是一个典型的非周期性局部放电及排除外部较强干扰信号的案例，说明了 PDM03 对非周期性的局部放电现象的监测能力和抗干扰能力。2010 年 4 月对浙江某 110kV 变电站进行局放检测，在使用 UltraTEV Plus+进行巡检时发现 TEV 测量幅值异常，背景读数为 14，超声波检测数值很小，开关柜的

8、 TEV 幅值在一定幅度之间按一定的周期变化。A.现场环境分析对开关柜房间的内部环境,开关柜相近金属体如铁门以及开关柜柜体表面等处进行 TEV 检测时候,幅值普遍较高 .如开关柜房间内部环境幅值约为 14dB,尤其是在大铁门至 35kV 开关柜房间的小铁门这一区间内,由铁门上测出的 dB 数值平均水平约在 26-30dB,并且存在间歇性的放电脉冲 ,幅值达到超过 40dB 的情况.说明存在比较严重的外部干扰或者开关柜内部本身有比较强的放电活动.B使用 PDM03 进行了为期 24 小时的监测，详细数据如下：本次监测主要目的是测量“#1 主变 10kV 插件”和“沿海 102 开关”局部放电情况。因其靠近母排而且 1-3 号开关柜的外部干扰很严重。根据 21 小时的PDM 监测结果,12 号也就是天线接收到的脉冲数占据了总脉冲数的 96%,说明外界存在及其强大的干扰源.而经过其接收屏蔽作用后,9 号探针对应的 1 号开关柜并没存在局放超标的情况,结合先前的 TEV 测量结果,尽管 1 号开关柜（对应9 号探针）TEV 测得的幅值很高,但其值不是由于内部局放源引起的.4 号探针接受到的脉冲

9、数均和相邻的 5 号接近,且幅值高于 5 号，而 5 号的每周期脉冲数却在正常范围内，并且从数量上来看，两个探针测到的总脉冲数，大于首次到达的脉冲总数，因此可以认为 4、5 号探头之间只存在一个局部放电源。并可以判定靠近 4 号内部存在一个局放源,位置应该靠近 4 号探针，即，放电源应在 8 号开关柜的中上部。6，7 号探针都设置在 6 号柜体上,7 号捕获的脉冲更多,6 号幅值高于 7 号探针.但是脉冲数远少于 7 号.由下图可以看出，6 号探针处有过短暂的脉冲活跃，而 7 号探针一直有脉冲活动，因此认为 6 号、7 号对应不同的放电源。8 号探针从 14：00 到 16：00 有放电现象存在，但在 16：00 之后基本消失，与相邻的 8 号探针进行的数据进行比较，认为两者趋势基本相同，因此认为6、8 号探针探测的是同一个放电源，且在 8 号探针安放的 5 号开关柜（#2 电容器开关）内。C结论从上图可以看出，6、7、8 号探针总共对应两个放电源，其中 7 号探头对应的6 号柜（#1 主变 10kV 插件）中的放电源为持续性的放电源，放电水平、短期严重度、长期严重度并未超标。8 号探针对应的 5 号柜（#2 电容器开关）存在一个放电源，短期严重度略大。4 号柜（沿海 102 开关）的放电情况同 5 号柜，放电幅度并不大，也并未超标，但放电数量比较高，短期严重度也偏高，应予以关注。从上图可以看出，在 1-8 开关柜监测时，12 号天线所采集到的数据呈现周期性变化，估计与负荷变化有关，从 19：30第二天早晨 8：00 钟之间外部放电源逐步衰减到最小，从 8：00 钟开始，又开始剧烈的活动。三 案例 3广州某某区某某开关房的开关柜由某某生产的半封闭式 SM6 开关柜，行时间已达到 10 年。近期，现场运行人员在开关房内闻到了臭氧的味道，且能听到电晕放电的“ 咝咝声” ，怀疑开关柜内部存在局部放电现象。为此，-技术人员和某某局运行人员对该开关房开关柜进行了两次测试。该开关房共有 12 台开关柜，分两排放置。首先对 12 台开关柜用便携式 Ultra Tev 进行检测，发现七台一排的开关柜可能存在局放现象。检测结果如下：(1) 超声波模式便携式

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