局部放電的檢測和評價已經成為絕緣狀況監(jiān)測的重要手段，尤其是帶電局部放電檢測可以直接反映出電氣設備內部的絕緣狀況，并能夠及時和有效地發(fā)現其絕緣缺陷，可以減少不必要的設備停電造成的負荷損失和停電操作帶來的安全風險。本文介紹了利用手持式局放儀對火力發(fā)電廠廠用10kV開關柜進行超聲波局放和暫態(tài)地電壓的測試的原理和方法，針對設備局部放電缺陷實際案例進行分析研究，總結局放帶電檢測技術在發(fā)電廠10kV高壓開關柜中的實際應用過程中的經驗和方法。旨在為局放帶電檢測技術在高壓開關柜的實際應用提供參考。
引言
火力發(fā)電廠廠用電（6kV、10kV）高壓開關在廠用電系統(tǒng)中有非常重要的作用，任何一臺開關故障會引起大面積的停電，甚至導致機組非停。電力設備在長期高溫、高電壓、振動、潮濕等的作用下，在其中就容易出現電的、熱的、化學的及異常狀況下形成的絕緣劣化，導致電氣絕緣強度降低，甚至發(fā)生故障；或者設備內部由于制造或安裝中潛伏的缺陷或者運行中產生的缺陷，從而引起局部放電的發(fā)生。近年來，許多突發(fā)事故多是由局部放電所致。實踐表明，局部放電是導致設備絕緣劣化，發(fā)生絕緣故障的主要原因。高壓開關柜設備內部的缺陷包括絕緣老化、導電回路的聯(lián)接不良、及表面臟污等因素，形成局部放電，嚴重威脅設備安全運行。利用手持式局放測試儀對高壓開關柜進行帶電監(jiān)測，改變了傳統(tǒng)的停電進行預防性試驗作為監(jiān)測高壓開關柜設備唯一手段，具備監(jiān)測時間合理，可以在不停電的情況下掌握其運行狀況，提高供電可靠性，做到預防性維護節(jié)約了成本。
局部放電
在電氣設備的絕緣系統(tǒng)中， 各部位的電場強度往往是不相等的，當局部區(qū)域的電場強度達到該區(qū)域介質的擊穿場強時，該區(qū)域就會出現放電，但這放電并沒有貫穿施加電壓的兩導體之間，即整個絕緣系統(tǒng)并沒有擊穿，仍然保持絕緣性能，這種現象稱為局部放電。這種放電不會第一時間形成貫穿性的通道,但是長久的局部放電,會造成絕緣的劣化,損傷慢慢擴大,在嚴重的情況下,還會使得整個絕緣擊穿或者是沿面閃絡。局部放電過程當中會產生:光、熱、氣味、電磁波、聲波。
電暈放電 通常在氣體包圍的高壓導體周圍會出現電暈放電，比如高壓輸電線路或者高壓變壓器等，這些高壓電氣設備的高壓接線端子暴露在空氣中，因此發(fā)生電暈放電的機率相對較大。
沿面放電 沿氣體和固體絕緣或氣體和液體絕緣表面發(fā)生的氣體放電現象叫沿面放電。電力電纜、電機繞組、絕緣套管的端部等位置比較常見沿面放電。一旦介質內部電場的強度低于電極邊緣氣隙的電場強度，而且介質沿面擊穿電壓相對較低，沿面放電就會發(fā)生在絕緣介質的表面。
內部放電 固體絕緣介質內部比較常見內部放電。在生產加工絕緣介質時難免存在材料與工藝缺陷的問題，導致絕緣介質內部出現內部缺陷，比如摻人少量的空氣或者雜質等。一旦絕緣受到高壓作用，內部缺陷就有發(fā)生局部擊穿或者重復性擊穿的可能。
懸浮電位放電 這種局部放電的形式是指高壓設備中某個導體部件存在結構設計缺陷，或者其它原因導致接觸不良斷開，最終造成該部件位于高壓電極與低壓電極之間并根據其位置的阻抗比獲得分壓發(fā)生放電，針對該導體部件上對地電位稱其為懸浮電位。導體具有懸浮電位時，通常其附近的場強會比較集中，而且會破壞四周絕緣介質的形成。一般在電氣設備內高電位的金屬部件或者處于地電位的金屬部件上容易發(fā)生懸浮電位放電。
帶電檢測
非接觸式超聲波：對于開關柜設備，是采用非接觸式超聲波來檢測信號。由于金屬柜體會屏蔽超聲波信號，所以超聲傳感器只能在開關柜門縫處收集超聲波信號。
暫態(tài)地電壓（TEV）：開關柜設備內部出現局放，在放電點產生高頻電流波，并向兩個方向傳播；受集膚效應的影響，電流波僅集中在金屬柜體內表面?zhèn)鞑ィ粫苯哟┩福辉诮饘贁嚅_或絕緣連接處，電流波轉移至外表面，并以電磁波形式進入自由空間；電磁波上升沿碰到金屬外表面，產生暫態(tài)對地電壓(Transient Earth Voltage)。
典型放電特征圖譜
尖端放電：當尖端處于高電位時，由于在電壓負極性時容易發(fā)射電子，當正弦交流電電壓處于負半周時，隨著電壓增大到峰值點（270°），尖端附近的電場升高到氣體的擊穿場強，于是就出現了尖端放電。這樣，尖端的放電脈沖就主要集中在外加電壓270°（負半周的90°）相位的附近。同理。當尖端處于低電位時，放電脈沖主要集中在90°附近。隨著電壓的增大，所對稱相位也會出現放電脈沖。典型特征：主要集中在90°或270°附近，幅值基本接近，波形較密集；對稱相位出現放電時，幅值較大，波形寬松。
直線窗
三維窗/PRPS
氣隙放電：絕緣材料的內部氣泡，可以比作一個個電容，在外部電壓的作用下，當氣泡兩端的場強達到它的擊穿場強的時候，就會產生放電，而隨著電壓的升高，每次放電的大小，即脈沖的高度并不相等，而且放電多是出現在電壓絕對值的上升部分的相位上，只有在放電很劇烈時，才會擴展到電壓絕對值下降部分的相位上。典型特征：主要集中在一、三象限，即0-90°、180-270°，兩側波形基本對稱，幅值大小不一。
直線窗 三維窗/PRPS
顆粒放電：設備內部存在金屬微粒、碎屑等情況的時候，當電場的庫侖力超過重力，顆粒就會上下跳動，每次顆粒撞擊殼體或是相互碰撞就會產生一個瞬態(tài)脈沖信號，它在殼體內來回傳播。由于顆粒碰撞的隨機性，所以檢測到的信號也是無規(guī)律的。典型特征：分散在四個象限，無規(guī)律的波形特征，幅值有大有小。
直線窗
三維窗/PRPS
懸浮放電：高壓電力設備中某一金屬部件，由于結構上的原因運輸過程和運行中造成斷裂，失去接地，處于高壓與低壓電間，按其阻抗形成分壓。主要表現在，隨著電壓的升高，兩個電極之間電壓達到一定程度之后就會出現放電。典型特征：正負兩邊波形等幅值，等間隔，兩邊脈沖成對出現，有時會在其基線往復移動。
直線窗
三維窗/PRPS
現場檢測
暫態(tài)地電壓檢測TEV TEV傳感器直接通過高頻線連接到主機TEV通道，開關柜檢測一般在配電室防火門處或附近與運行設備無關連接處貼上TEV傳感器，記為背景信號。對于常規(guī)開關柜，測點按照前面、后面、側面進行選擇布點，前面選2點，后面和側面選3點。檢測部位示意圖（供參考）如圖所示：
電廠配電室內里面開關柜都是連成一排的，所以如果有局放異常信號，根據TEV的原理特性，用橫向對比法和縱向對比法來判斷異常。縱向對比法：是對同一開關柜不同時間的暫態(tài)地電壓測試結果進行分析，從而比較分析得出開關柜的運行狀況。橫向對比法：是對同一個開關室內同類開關柜的暫態(tài)地電壓測試結果進行比較。如存在異常信號，應在該開關柜進行多次、多點檢測，且在該柜體金屬表面至少選取三個點進行比較，查找信號最大點的位置。最后判斷則需同時超聲波以及TEV綜合判斷。
超聲波檢測：傳感器輸入:通過外置放大器直接接入系統(tǒng)主機的超聲波通道，先測試開關室背景值，火電廠廠房內噪聲很大比變電站大的多，所以這一步很重要。再用非接觸式探頭進行測試，每臺開關記錄測量最大值并保存圖譜。然后結合TEV測試數據用橫向對比法和縱向對比法來判斷異常。發(fā)現有異常時應在該開關柜進行多次、多點檢測，查找信號最大點的位置，依據數值大小判斷局放發(fā)生部位。判斷依據：主要根據國家電網公司《電力設備帶電檢測技術規(guī)范》和廠家說明書以及現場測試經驗進行分析。
案例分析
2018年6月5日，在對10KVⅠ段開關柜進行例行試驗，現場對主變低壓側901PT開關柜進行局部放電檢測時，發(fā)現該開關柜超聲波檢測數據異常達到40.5 dB遠超出其它開關16-17dB。暫態(tài)地電位檢測正常。進一步查找確定故障部位在開關柜后下部高壓電纜室內。根據規(guī)范要求：超聲波數值≤8dB為正常，8-15dB為異常，大于15dB為缺陷（與背景相對值）。需要立即停電處理缺陷。圖譜如下：
經停電檢查故障為：此處電纜多（10條電纜并聯(lián)）封堵不嚴，造成內部結露。電纜絕緣外護套損傷，局部放電痕跡明顯，且電纜線鼻子由于潮濕生銹變綠，重新熱縮并處理銅銹后，送電后測試圖譜正常。如下圖所示：
缺陷處理中
處理后圖譜
結束語
發(fā)電廠廠用高壓開關柜局部放電帶電檢測技術的廣泛應用，不僅可以盡早的發(fā)現開關柜內部的絕緣缺陷，還可以掌握設備的運行狀態(tài)，為設備狀態(tài)檢修提供數據的支持有效防止停電事故的發(fā)生，確保電廠的安全穩(wěn)定運行，局放帶電檢測技術再輔以紅外成像技術在電力設備的狀態(tài)檢修中發(fā)揮著越來越大的作用，進一步降低檢修成本。
局放帶電檢測技術的應用需要有現場經驗與試驗原理為基礎，檢測位置的選擇及放電源的位置，對超聲波在傳輸過程中的衰減有所不同，而且發(fā)電廠不同于變電站由于輔機設備的噪聲影響很大，需要足夠的現場經驗和進一步加大開關柜局部放電檢測的設備量，通過大量的數據積累和分析，整理出每臺開關的檢測檔案，通過大量的試驗數據模擬出設備缺陷的對照圖譜，通過橫向、縱向幾個方面的比較，才能提高開關柜局部放電帶電檢測的實際應用水平。