周 杰，歐陽年會，劉錦偉，陳天擎，黎心強

（國網江西省電力有限公司宜春供電分公司，江西 宜春 336000）

0 引言

隨著社會經濟的快速發(fā)展，人們對電力能源的依賴越來越高，同時對電網的安全性、穩(wěn)定性也提出了更高的要求。高壓開關柜被廣泛應用于電力的發(fā)、輸、配領域，是變電站向大用戶或配網輸送電力資源的重要設備之一，其安全性及可靠性要求越來越高。據統(tǒng)計，電力設備的大多數故障為絕緣性故障，在高電場、熱效力等各種因素作用下，劣化缺陷最終發(fā)展成絕緣性故障。對高壓開關柜進行跟蹤帶電檢測，可以獲得設備絕緣變化的信息，對設備的運行狀況提供合理的診斷及檢修策略；同時也克服了傳統(tǒng)停電試驗的局限性。本文通過采用超聲波檢測、暫態(tài)地電壓及特高頻聯(lián)合檢測手段成功發(fā)現一起35 kV開關柜電纜內部絕緣氣隙放電缺陷，通過對開關柜停電檢查并發(fā)現放電部位，分析了該開關柜放電的原因，并提出有效解決措施。

1 35 kV開關柜檢測過程

1.1 超聲波局放檢測過程

2018年4月29日，對某110 kV變電站35 kV高壓室開關柜進行超聲波局放檢測，測試高壓室背景噪聲值為-10 dB，頻率成分1/頻率成分2相關性均為0 dB。檢至35 kV銅升光伏323開關柜后柜門電纜室散熱孔位置時，檢測到一個幅值最大的超聲波信號源，對超聲波特征圖譜數據分析可知，如圖1所示，超聲波周期最大值為20 dB，頻率成分2大于頻率成分1；相位圖具有聚集效應；波形圖譜中，每組波形形態(tài)各不相同，且波形不穩(wěn)定，文獻[1]中提出初步判斷具有沿面放電特征且伴有少量絕緣氣隙放電特征。根據開關柜超聲波檢測結果及開關柜結構，初步判斷35 kV銅升光伏323開關柜電纜室疑似存在放電異常。具體放電類型應結合停電解體和特高頻來確定。

圖1 35 kV銅升光伏線323開關柜電纜室超聲波圖譜

1.2 暫態(tài)地電壓檢測過程

采用暫態(tài)地電壓測試手段，測得暫態(tài)地電壓空氣金屬背景幅值為9 dB（測點位置：高壓室金屬門及窗口）、接地金屬背景為10 dB（測點位置：備用柜側面中部）。對323開關柜及鄰近322開關柜的暫態(tài)地電壓檢測結果做出橫向比較，如表1所示。

表1 323開關柜與鄰近開關柜暫態(tài)地電壓局部放電幅值dB

從表2橫向對比結果可以看出，35 kV銅升光伏線323開關柜在后下部位暫態(tài)地電壓局部放電幅值均較臨近側開關柜相差不大，同時與背景值相差不大。認為暫態(tài)地電壓無法驗證該處放電異常。

1.3 特高頻局放檢測過程

采用PDS-T90型局放測試儀特高頻檢測功能進行驗證檢測，通過高壓室門口測取了空氣背景，判斷確無干擾信號。隨后對35 kV銅升光伏線323開關柜及相鄰開關柜進行檢測，測試點位于后下部散熱孔及觀察窗處，其特高頻PRPD/PRPS圖譜及UHF周期圖譜如圖2所示。

圖2 特高頻PRPD、PRPS圖譜及UHF周期圖譜

分析：根據特高頻圖譜特征圖譜可以看出，35 kV銅升光伏線323開關柜后柜觀察窗處檢測到異常特高頻信號，每周期兩簇，具有局放特征，幅值有大有小。文獻[2]結合圖譜特征與檢測部位判斷為絕緣氣隙放電類型。

2 停電處理與放電原因分析

2.1 停電檢查

根據超聲波檢測結果及特高頻驗證，判斷35 kV銅升光伏323開關柜電纜室存在局部放電危急缺陷。運維人員立即對該開關柜申請停電處理，同時安排檢修人員對該開關柜后柜門電纜室進行開柜檢查，如圖3所示。發(fā)現35 kV銅升光伏323開關柜電纜護套存在明顯放電痕跡，電纜熱縮套表面局部嚴重受損，有碳化現象，解體后發(fā)現電纜主絕緣被破壞，由于主絕緣與護套表面形成放電通道，使得絕緣氣隙放電和沿面放電伴隨存在。

圖3 開關柜停電檢查照片

檢修人員將三相電纜護套進行解體，截去絕緣受損部分，并重新制作電纜頭和護套。對其進行絕緣電阻和串聯(lián)諧振耐壓試驗，試驗結果合格后送電并進行復測，測試結果正常，可知為同一放電源，該開關柜缺陷消除。

2.2 放電原因分析

對電纜進行解剖，電纜剖面示意圖如圖4所示，發(fā)現電纜熱縮套和半導電層之間存在氣隙。分析認為安裝電纜終端時由于使用刀具剖切外半導電層后將它剝離，由于施工質量不良，在電纜主絕緣表面留下刀痕氣隙，加之施工時間控制嚴格，刀痕處理一般較為粗糙，加上該電纜護套為熱縮材料，在制作過程中工藝不良，在用噴燈加熱收縮固定時，造成局部加熱不均勻，使得絕緣護套與電纜主絕緣之間銜接過程中留有氣隙，導致氣隙缺陷的存在。

圖4 電纜剖面圖

根據介電常數ε＝D/E，相對介電常數εr＝ε/ε0，可知在一個交變的電場作用下，相對介電常數與電介質的電場強度成反比。對于含有氣隙的電纜終端絕緣，由于空氣的相對介電常數εr=1，交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜的相對介電常數εr=2.3，相對介電常數的突變造成電場強度的畸變，造成氣隙電場強度大于周圍電場強度。同時，由于電勢在半導電層處降落至地電位，所以氣隙靠近半導電層處位置的電場更強，電場強度最大值Emax也出現在該位置，此處更容易發(fā)生局部放電。從電場方向上分析，氣隙電場方向與電纜徑向大致相同，由于放電是電場作用下的電荷行為，所以放電集中區(qū)域的氣隙通道應主要沿電纜徑向通道發(fā)展。

現場檢查發(fā)現開關柜內部加熱裝置失效以及開關柜底部沒有封堵好，電纜溝存在積水，使得開關柜底部潮氣嚴重，在電壓和潮氣的長期作用下，加速了絕緣強度的降低，最終在氣隙缺陷處絕緣擊穿。

3 主要治理措施

3.1 改善運行環(huán)境

開關柜內部完善除濕通風系統(tǒng)，如在開關柜內增裝防凝露裝置、加熱板、柜頂風機，在各隔室頂部開百葉窗通風孔等措施。另外，高壓室進線電纜孔、通往旁邊高壓室電纜溝、每個開關間隔電纜坑間用瘦水泥進行封堵；開關柜進線電纜孔及封板用防火泥封堵。在高壓室配備工業(yè)抽濕機或空調機，用以驅潮。還有，該變電站高壓室電纜溝外高內地，雨水比較容易進入電纜溝形成積水，應及時清理電纜溝內積水，并在高壓室外設置滲水井，防止雨水進入電纜溝。

3.2 加強日常維護及檢修

巡視時，若發(fā)現有開關柜放電，則應及時處理。在相對濕度不小于85%時，必須檢查以下情況：高壓室處于密封狀態(tài)；抽濕機或空調機開啟并處于抽濕狀態(tài)；全部開關柜驅潮裝置工作正常并處于開啟狀態(tài)。此外，日常巡視需檢查溫濕度控制器是否正常，潮濕季節(jié)應切換為手動模式長期投入。

設備停電檢修時，檢查溫濕度控制器功能是否正常，用酒精擦拭高壓設備表面，清掃設備表面的灰塵和潮氣，并在絕緣擋板表面涂防污閃涂料或更換絕緣擋板，及時恢復設備的外絕緣，防止設備間發(fā)生放電故障。定期進行檢測試驗，如對開關柜定期開展TEV（暫態(tài)對地電壓）及超聲波檢測，以趁早發(fā)現局部放電，做到早發(fā)現早處理。

3.3 嚴把設備安裝及驗收關

針對設備安裝人員必須經過專業(yè)培訓及考試合格，方可進行設備安裝。由于安裝人員工藝水平參差不齊，在使用熱縮材料制作時往往工藝達不到標準；故在電纜護套制作時，建議使用冷縮材料。必須考慮當地的地理環(huán)境和氣候條件，加裝適當的除濕器和加熱裝置，且絕緣材料應符合運行要求。在驗收過程中，嚴格按照國網變電“五通”標準，在源頭處將隱患根本消除。

3.4 嚴控進貨質量

購買設備時，在技術條件書中明確通風、加熱除潮的要求，嚴把設備招標關，并進行設備監(jiān)造。

4 結語

在高壓開關柜的正常運行過程中，其容易受內部元件、運行環(huán)境等各種因素影響，引發(fā)設備故障致使電網無法正常運行。若能完全按照高壓開關柜的設計、運行、檢修標準執(zhí)行，并加強對開關柜帶電檢測工作，可以發(fā)現早期缺陷，以及利用其它有效措施，從而降低高壓開關柜發(fā)生故障的頻率，就可以保障電網的穩(wěn)定安全運行。