一起穿芯電流互感器引起的開關柜局放異常檢測分析

周 皓，劉康康，呂 佳，肖遠逸，鄒光濤

（國網江西省電力有限公司九江供電分公司，江西九江 332000）

0 引言

開關柜主要應用于35 kV 及以下電壓等級電力系統中進行開合、控制和保護，一般采用空氣絕緣方式，其結構緊湊，且易受安裝工藝、運行環境、不良工況等因素影響，因此開關柜也成為電力系統中事故隱患多發的一類設備。

開關柜帶電檢測手段有多種，目前比較有效的方法有特高頻、超聲、暫態地電壓局部放電檢測。特高頻檢測靈敏度高、現場抗低頻電暈干擾能力較強、可實現局部放電源定位、便于識別絕緣缺陷類型等，同時也易受環境中特高頻電磁干擾的影響。超聲檢測抗電磁干擾能力強、便于實現放電定位、適用范圍廣，但對于內部缺陷不敏感、受機械振動干擾較大。暫態地電壓對尖端放電、電暈放電和絕緣子內部放電比較敏感，而對沿面放電、絕緣子表面放電不敏感[1-3]。幾種檢測方法各有優缺點，在電力設備絕緣檢測時，通常將幾種檢測技術配合使用。

1 設備信息

九江公司某變電站10 kV 開關柜為KYN 型中置手車柜，內部包含小車式斷路器、穿芯式電流互感器、避雷器等高壓一次設備。因封堵問題該柜曾有小動物進入引發不良運行工況，造成設備損傷。事后更換了整組避雷器并在高壓引線部位用絕緣熱縮材料進行包裹，對熔斷的穿芯電流互感器等電位連接線進行過熔接，拆除了損壞的帶電顯示裝置，并對采樣端傳感器的低壓引出線進行了臨時接地，如圖1所示。

圖1 901開關柜內設備狀態

2 故障發現

2022年7月，試驗人員對該站10 kV開關柜帶電檢測時發現1號主變901開關柜處有特高頻和非接觸超聲異常信號。整站開關柜暫態地電壓均有異常，且自901開關柜處向另一側呈現衰減分布規律。貼近901后柜，人耳可隱約聽見異常聲響，但透過后柜觀察窗未見異常放電點。

2.1 特高頻局放檢測

特高頻局放檢測PRPD-PRPS 圖譜如圖2 所示，采集到的信號峰值最大可達63 dB 以上，單周期呈現兩簇近似對稱集中分布的局放信號，具有明顯的相位相關性。信號幅值較為穩定分散性不大，周期分布比較集中，但未體現出明顯外八字特征。

圖2 901開關柜處特高頻局放PRPD-PRPS圖譜

2.2 超聲局放檢測

采用聲學成像儀對901 開關柜進行檢測，發現后柜多處縫隙均明顯外泄聲學信號，如圖3 所示。但因柜體阻擋無法對信號源準確定位。

圖3 聲學成像檢測發現多處縫隙外泄聲學信號

超聲信號連續圖譜顯示最大幅值超過51 dB，其中100 Hz頻率相關性較高，相位分布圖譜單周期呈兩簇近似對稱分布，但一側幅值略大、另一側略小，體現出一定的極性差異，如圖4所示。飛行圖譜在水平時間間隔軸線方向呈現三簇信號集中，各自中心位置分別大致對應時間間隔T/6、T/3、T/2，其中T/2時間間隔放電信號數量較多，但三簇信號幅值總體大小無明顯差異。波形圖譜體現的信號特征與相位分布及飛行圖譜類似。

圖4 901開關柜處超聲局放圖譜

2.3 暫態地電壓檢測

全站開關柜呈“一”字順序排列，所有開關柜均出現暫態地電壓異常，后柜方向最左側901及鄰近開關柜信號均達到60 dB滿量程，自左向中間段信號強度逐步衰減，至908柜衰減至50 dB，最右側902柜衰減至49 dB，呈現比較明顯的衰減分布規律，如圖5、圖6所示。

圖6 左側901開關柜及右側902開關柜處暫態地電壓信號

綜合現場檢測的特高頻、超聲、暫態地電壓信號特征和設備運行工況等判斷901 開關柜內部存在懸浮、氣隙類放電，可能是穿芯電流互感器等電位線連接不良（當時已知等電位線曾因外部損傷斷開后重新焊接），避雷器高壓引線或者底座螺絲松動等造成，存在運行風險需要停電排查。

3 停電排查

對該站1 號主變及1 號主變901 開關柜停電轉檢修。將1號主變10 kV過橋母線在穿墻套管與出口電抗器連接處解列，同時將901 小車開關拉出至檢修位置。采用試驗變壓器分相、分段施加運行電壓，并同時監測局放信號的方式進行排查。

檢查過程中，B、C 相在施加運行電壓時，未檢測到任何異常局放信號。A 相施加運行電壓過程中，特高頻、超聲、暫態地電壓均檢測到異常局放信號，其特征與帶電測試中發現的信號特征一致。通過聲學成像儀可直接觀察到A 相穿芯電流互感器內筒處有多點間歇性氣隙放電，如圖7所示。

圖7 聲學成像儀發現穿芯電流互感器內筒多點放電

4 缺陷分析

穿芯式電流互感器在工作時，需要將載流母排從電流互感器的中間穿過，母排與互感器內壁之間存在空氣間隙，而運行中母線帶有一次高壓，通常情況下，這個間隙會放電甚至會產生電弧。為了消除這種氣隙放電，在互感器裝模時將金屬箔片裹在抽芯上，成形后再焊接等位線，安裝時將等電位線另一端連接到載流母排上，通過等電位的方式消除氣隙放電。

檢查發現A相穿芯電流互感器等電位連接線在載流母排處僅通過螺栓壓緊不夠緊固。等電位線中間部分曾熔斷并用焊錫重新熔接（見圖8），等電位線與金屬箔片焊接情況無法檢查。對穿芯電流互感器進行絕緣電阻、變比、勵磁特性等試驗，各項數據合格。判斷A相穿芯電流互感器本體無異常，放電原因是等電位連接不良造成的載流母排與穿芯電流互感器內筒之間氣隙在運行電壓下反復擊穿。由于該氣隙是非對稱結構，一側為矩形載流母排且有螺栓等不規則尖端倒角，另一側為圓形內筒，在載流母排一側更容易出現場強集中并激發空氣電離，因此在載流母排呈負電性即電壓在負半周區域會出現更大的超聲信號幅值。

圖8 A相穿芯電流互感器與載流母排連接及熔斷處

5 缺陷處理

對受損傷的三相穿芯電流互感器進行整體更換，再次對三相母排施加運行電壓并監測局放信號。A、B相無異常，C相出現了新的局放信號，如圖9所示。特高頻、超聲信號單周期均呈兩簇且比較對稱，無明顯極性特征。單個工頻周期各個位置均有分布，信號幅值沒有顯著差異，觀察發現為C相帶電顯示傳感器引出線位置放電。

圖9 帶電顯示放電特高頻、超聲局放圖譜

帶電顯示裝置在三相母排處設置傳感器（見圖10），通過分壓結構采集母線電壓并在尾端通過引線接至柜前的顯示面板處，再通過指示燈等負載接地。當母線排帶電時，傳感器尾端感應出電壓并使顯示面板處指示燈亮起，指示對應母線帶電。經查該開關柜帶電顯示面板因損壞被拆除（見圖11），為避免傳感器尾端出現懸浮電位臨時將引出線進行了接地。更換穿芯電流互感器時，檢修人員僅恢復了電流互感器二次接線，遺漏了C相傳感器引出線的接地，造成了新的放電。

圖10 帶電顯示裝置傳感器

圖11 901開關柜帶電顯示面板因損壞已拆除

對C相引出線進行接地，再次施加運行電壓并監測局放信號，各相均未發現異常信號，缺陷消除，如圖12所示。

圖12 缺陷處理后局放信號恢復正常

6 結語

1）局部放電帶電檢測能夠有效發現開關柜各種潛在缺陷，將帶電檢測技術與停電試驗手段相結合對于發現和消除各類開關柜隱患，提升設備健康狀態十分有效。對一次設備分相、分段施加運行電壓并進行局部放電檢測，有利于快速縮小排查范圍。

2）聲學成像技術通過特殊設計的麥克風陣列[4]采集聲源信息，通過波束形成算法[5]和圖像融合[6]將空間聲源的分布信息圖像化，進而實現聲源的快速識別和定位。定位精度和空間分辨率是評判聲學成像性能優劣的標準，陣形陣列和波束形成算法是影響性能的關鍵因素。經實踐檢驗，操作便捷、在聲源無遮擋的情況下定位精度很高，提供了特高頻時差法[7]、聲電聯合法[8]以外的另一種局放檢測定位手段。

3）因經歷不良運行工況造成損傷的開關柜內一次設備不宜進行修補，應盡可能整體更換，避免出現遺留問題造成運行風險。

4）為確保徹底消除隱患，全部檢修工作完成后應再次施加運行電壓并監測局放信號，確認所有異常都消失后才能進行送電。