基于UHF局放检测技术的开关柜内部绝缘缺陷分析

路智欣 赵威 张诣 段永生 杨鸿景

摘要：本文介绍了一起仅有特高频局放异常表征的开关柜穿柜套管内部绝缘缺陷案例，通过局放信号特征与试验解体情况分析对比，找到了故障原因，并提出了开关柜特高频局放异常时的检修建议。

关键词：开关柜;特高频;局部放电：缺陷分析

开关柜运行状态直接关乎用户供电的可靠性，对开关柜定期巡视检测尽早发现设备隐患，防止非计划停电十分重要。经验表明，在实际运行中开关柜容易产生绝缘缺陷，导致绝缘故障。局部放电带电检测是判断绝缘缺陷是否存在的有效方式，对局部放电信号类型进一步识别可以判断存在的绝缘缺陷类型，有助于工作人员掌握设备状态，便于维修工作的展开。

超声波和特高频法是局部放电带电检测较有效的测试手段，近几年通过超声波、特高频局放测试技术已有效发现并处理了数十起设备绝缘潜伏性缺陷及金属悬浮性缺陷。据不完全统计，经过处理验证的缺陷大部分为穿柜套管、穿墙套管沿面放电，电缆与零序电流互感器处沿面放电或相间放电，引线脱落等金属悬浮放电，此类缺陷以超声波局放为主要表征，通过耳机或入耳可听见放电破裂声，在条件允许的情况下形成暗室效果可看到放电迹象，较易判断缺陷等级并进行停电处理，故障点呈现在设备表面利于查找。

本案例不同于以往，是一起仅有特高频局放异常为表征的穿柜套管内部气隙缺陷。从发现跟踪仅经过2个月的时间即发生绝缘击穿。通过此次案例，为提升开关柜局放带电检测技能提供了宝贵经验，并为完善开关柜运维检修策略提出了建议。

1 概况

2019年6月12日，对220kV某变电站进行35kV开关柜局放测试，发现220kV1号主变35kV侧301断路器开关柜后柜存在特高频局放异常，幅值63dB，有内部绝缘放电特征，无超声波局放信号，建议持续关注。

2019年8月28日，该变电站发生35kV I段母线C相单相接地，现场检查TV保险正常，35kV I段母线各外露元件外观检查未见异常，疑似柜内绝缘击穿。经试验检查及解体阀301开关柜后柜3014隔离开关C相静触头上方穿柜套管绝缘击穿，套管内部存在较大气泡。

2 超声波和特高频局放测试

2019年6月12日，对220kV1号主变35kV侧301断路器开关柜开展超声波和特高频局放测试。无明显超声波局放异常，检测到特高频局放信号，如图1所示。从后柜检测窗测试幅值最大为63dB，脉冲次数较少，幅值大小均有，工频相位的正、负半周均会出现。综合超声波和特高频信号特征，初步判断为内部绝缘性放电。鉴于局内仅有局放巡检设备，无法进一步查看局放波形和精确定位，且停电检查较难发现绝缘内部异常，建议跟踪关注局放信号发展趋势。

3 缺陷试验检查

2019年8月28日，该变电站发生35kV I段母线C相单相接地，现场检查TV保险正常，35kV I段母线各外露元件外观检查未见异常，疑似柜内绝缘击穿。

首先初步判断故障范围。因220kV1号主变35kV侧避雷器C相在发生缺陷后阻性电流为0，当拉开3016隔离开关后，原本为0的阻性电流上升至正常值，故初步判断故障位置大概在35kV I段母线C相3016隔离开关至35kV I段母线之间。

通过测量故障范围内的绝缘电阻，缩小检修范围。试验发现：35kV I段母线、35kV I段母线至3011隔离开关、3011隔离开关至301断路器、301断路器至3014隔离开关绝缘电阻试验合格，3014至3016隔离开关间C相的绝缘电阻为0，故确定故障点在3014至3016隔离开关之间。

3014至3016隔离开关之间结构如图2所示。3014隔离开关上触头母排经穿柜套管到达后上柜，再由一段穿墙套管出高压室到达室外的3016隔离开关静触头。

为进一步排查故障出现在靠近3016侧还是3014侧，拆除了后上柜的一段母排。试验发现母排至3016隔离开关绝缘电阻良好，母排通过穿柜套管至3014隔离开关的绝缘电阻为0。

检查穿柜套管，将穿柜套管与母排相连的均压导线解开后，对母排进行绝缘试驗，绝缘良好;通过穿柜套管均压导线对套管进行绝缘试验，发现该穿墙套管绝缘为0。穿柜套管取下后进行了绝缘试验，绝缘仍为0，确定此次35kV I段母线C相失压由该穿柜套管绝缘击穿所致。

4 缺陷解体

首先外观检查。套管外观完好，无脏污，未发现放电痕迹。C相从穿墙套管沿母排一直到穿柜套管母排处都有明显的受潮痕迹，A、B相无类似受潮。现场检查情况如图3所示。

根据穿柜套管结构，如图4所示，存在低压、高压屏蔽网，分别与接地引线和母排相连，中间为浇筑的环氧树脂，环氧树脂处于强电场中，问题出现在绝缘内部可能性较大。

解体后，发现其中一半绝缘电阻为零，另一半绝缘电阻正常。对有问题的一半进一步解体检查，发现在套管高、低压屏蔽网间的环氧树脂层内有电击穿烧焦的痕迹及绝缘长期受热发黄痕迹，推断套管在制造过程中存在较大气泡，套管解体如图5所示。

对穿柜套管进行了更换，送电后301后柜特高频局放信号消失。

5 缺陷原因分析

现场虽然发现过桥内C相有受潮痕迹，但根据以往测试经验来看，绝缘件受潮后首先在表面会出现局放迹象，并伴有超声波局放特征。而在前期的测试过程中无明显超声波局放异常，且该套管表面完好无脏污，排除是水汽进入内部气隙加速绝缘老化的可能性。

此次故障主要由于穿柜套管制造工艺造成环氧树脂中有气泡，空气介电常数相对环氧树脂低，电场主要集中在此部分，引起周边绝缘分解、老化、发热，产生局放，当放电发展到一定程度将导致绝缘击穿。因缺陷在绝缘内部，超声波局放信号经绝缘介质及空气传播衰减较大，不易被检测，所以通过特高频局放测试技术可有效发现在运行开关柜的内部绝缘类故障。

6 特高频局放异常的检修建议

从2017年至今昆明供电局开关柜局放测试数据统计，发现持续存在的仅特高频局放异常的开关柜间隔40余个，其中最大幅值在60dB以上3個，且未达到63dB，从发现异常起至今安全运行最长时间约为2年。

本次发现的案例，特高频局放幅值达到63 dB后发展迅速.仅2个月的时间即发生绝缘击穿。虽然特高频幅值受绝缘类型、放电位置影响较大，不能单纯从幅值来定夺缺陷处理紧急程度。但因特高频测试位置普遍固定在开关柜后柜下部窗口，巡检仪可以通过幅值定位法初步锁定在具体柜内，且开关柜空间有限，所以针对仅有特高频信号的内部绝缘类故障可以初步通过预警幅值来定夺缺陷处理紧急程度。

经过大量测试经验，建议在排除干扰的情况下，仅有特高频局放信号且是绝缘类特征时，最大幅值在60dB以下，跟踪复测周期可为每年一次，必要时为每半年1次;当最大幅值在60dB至63dB间，应进行精确定位，根据放电幅值缩短复测周期可为每3到6个月一次，在允许条件下停电处理;当最大幅值在63dB及以上，应及时进行精确定位，并立即停电处理，更换相应设备。

针对内部绝缘故障不便于查找的问题，可以结合之前的精确定位，同时配合电气试验测量绝缘电阻的方法查找此类缺陷。

7 结束语

（1）开关柜内部绝缘类故障用特高频局放检测技术较为有效。

（2）特高频局放异常的开关柜内部绝缘类故障，最大幅值在60dB到63dB间，应进行精确定位，根据放电幅值缩短复测周期可为每3到6个月一次，观察发展趋势，在允许条件下停电处理。

（3）特高频局放异常的开关柜内部绝缘类故障，最大幅值在63dB及以上，应及时进行精确定位，并立即停电处理，更换相应设备。

（4）内部绝缘类特高频局放异常故障需采取局放定位及测试绝缘电阻相结合的方法查找。

（5）掌握开关柜各类绝缘缺陷发展趋势与局放信号的关系，对准确判断故障类型、位置、缺陷程度定级，并开展检修维护十分必要，应进一步深入研究。

参考文献

[1]王鹏，刘玉婷，邹阳等，开关柜主要缺陷及原因分析[J]，江西电力，2019 （2）：35-36，68.

[2]顾工川，周银彪，熊一凡等，一起35kV开关柜内部放电的原因分析及处理[J].江西电力，20179 （12）：29-32.

作者简介

路智欣（1989-），女，黑龙江省哈尔滨市人。硕士研究生，工程师。研究方向为带电监测和高压试验。

赵威（1987-），男，云南省会泽县人。硕士研究生，工程师。研究方向为高压试验。

张诣（1986-），男，重庆市人。硕士研究生，工程师。研究方向为高压试验。

段永生（1992-），男，云南省保山市人。大学本科学历，工程师。研究方向为带电监测和高压试验。

杨鸿景（1992-），男，云南省昆明市人。大学本科学历，助理工程师。研究方向为高压试验。