摘 要：为了及早发现10kV开关柜故障，保证配网的正常运行，文章对10kV开关柜局部放电测试技术进行了研究。首先，分析了几种了常见的10kV开关柜局部放电类型，并指出造成10kV开关柜局部放电的原因。紧接着分析了进行10kV开关柜局部放电测试技术的意义。然后，详细阐述了用于10kV开关柜局部放电检测的超声波检测、TEV检测以及两者相结合的局部定位分析技术。最后，结合实例分析了10kV开关柜局部放电测试技术的具体应用。
关键词：10kV开关柜；局部放电；测试技术
10kV开关柜是我国电力配网的重要组成部分，其稳定性、可靠性对配网的正常运行有着非常重要的影响。但是配网长年处于恶劣运行环境中，难免会受到不良因素的干扰，出现运行故障。10kV开关柜也是如此，很容易出现绝缘老化、触碰不良等故障，导致配网运行受到影响。然而这种故障发生在开关柜内部，必须通过有效的检测技术才能发现这些问题。所以，电力运维人员应深入研究10kV开关柜局部放电测试技术的应用，及时发现、解决10kV开关柜运行故障。
一、10kV开关柜局部放电及原因
具体可将10kV开关柜局部放电分为以下几种：①内部放电。内部放电引发的放电脉冲多是发生在电源周期的第一、第三相限，且放电特征对称。②表面放电。多是出现在套管法兰、电缆终端处。此外，还有可能出现在导体、介质弯角表面处。③电晕放电。主要是指电气设备电场极其不均匀，导致表面附近电场强度达到气体击穿场强时发生的放电现象。④悬浮放电。主要是指高压设备中某个导件存在结构设计缺陷，导致接触不良，开关断开。就实际来看，10kV开关柜局部放电主要是以内部发电、表面放电为主的。
导致10kV开关柜局部放电的原因主要分为三类。第一是受到运行状态的影响。如运行中出现过电压、雷电波冲击、谐波畸变等问题。第二是设备本身原因。如绝缘材料不均匀、内部存在杂质、绝缘强度不足等。就开关柜来说，其绝缘介质内部出现气泡、杂质等不均匀电介质时，就会形成气体与固体、液体与固体或者是固体与固体的复合绝缘。以其中的气体与固体复合绝缘来说，其气隙中的场强度要比介质高，但其气体击穿场强较低，当外电压比较高时，气隙就会先于介质被击穿。这样周围介质仍绝缘，且无贯穿性通道，气泡中就会产生局部放电现象。第三是环境因素。如开关柜表面比较潮湿、过热，以致于其表面电场分布受到影响，出现表面放电、爬电、污闪等放电现象。
二、10kV开关柜局部放电检测意义
10kV开关柜在运行过程中受到高电压、高电场作用出现放电现象。同时，放电过程中还会出现电磁力、热应力、有毒活性气体、粉尘等导致开关柜绝缘老化。结合以往工作经验来看，电力设备故障中最常见的就是绝缘故障，在电应力作用下绝缘材料会劣化，而后在机械力、电场、热的作用下，绝缘劣化缺陷会不断加重，直到发展成为绝缘性故障。而10kV开关柜是电力配网的重要组成设备，其安全性、可靠性非常重要。而在10kV开关柜绝缘故障中，超过85％以上的故障都是由局部放电引起的。所以，为了保证10kV开关柜的安全可靠运行，摆脱传统停电周期性检查的局限性，控制停电损耗及维修成本，运维人员应高度重视10kV开关柜局部放电检测技术，及时获取10kV开关柜绝缘状况变化信息，从而做出合理的判断，制定出针对性的维修措施。
三、10kV开关柜局部放电检测技术
依据检测技术的物理量性质，可将10kV开关柜局部放电检测技术分为电测法、非电测法。若是依据局部放电类型可将检测技术分为脉冲电流法、光测法、红外检测等。现如今，应用最为广泛的检测法主要包括脉冲电流法、超声波检测法。
1.TEV检测法
TEV是暂态对地电压的简称。主要是指当开关柜中的绝缘材料内部出现局部放电时，放电过程中出现电磁波会被开关柜金属外壳屏蔽，只有小部分通过外壳缝隙传播出去。这时会产生一个瞬时对地电压，随着设备金属壳体外表面传到地下中。
目前所用TEV检测法多是应用电容探测器进行局部放电幅值、放电脉冲频率的检测。通常情况下，单芯的10kV电缆波阻大约在10欧，而开关柜母线室金属外壳的波阻约为35欧。当电缆或母线室发生局部放电，且能维持约10毫秒的100毫安脉冲电流时，金属外壳就会出现对地电压。传统脉冲电流法是根据放电量判定放电强度，多用于比较性的测量。而应用TEV检测法既可在某个时间段内对单个设备进行跟踪检测，了解设备是否有损伤及损伤情况，也可比较某组设备中的某个设备确定检修顺序。该方法的优点包括：①可在设备运行状态下进行检测，且能有效保证供电的可靠性、稳定性。②能尽早发现开关柜局部放电现象，以免故障不断扩大。③能有效进行故障定位，并为运维人员制定维修方法提供参考。④抗干扰能力强，能保证最终数据的准确性、完整性。
2.超声波检测技术
一般情况下，在开关柜出现局部放电现象后，放电区域中就会出现分子撞击，产生声波。超过20赫兹的声波为超声波。如果能确定超声波信号，就可确定局部放电情况。一般情况下，开关柜噪声基本在20赫兹以下。也就是说，应用超声波检测法进行开关柜局部放电情况的检测不会受到太大的干扰。但也需合理选择频段，保证最终检测结果的准确性。
典型的超声波传感器的中心频率都在40赫兹左右。多是被安装在开关柜外壳之上。一旦开关柜出现局部放电情况，其产生的声波信号就会传输到开关柜外壳表面，经过超声波传感器。这时声波信号就会被转化电信号，放大器会将其收集并传递到采集系统。该方法具有以下优点：①抗干扰性强，不会受到电气影响。②可准确定位放电源。但是该方法也存在可能会受到开关柜内游离颗粒对规避碰撞引起的信号干扰的问题，且由于超声波具有衰减性，有可能会导致开关柜内部的信号无法被检测。
3.TEV-超声波局部放电定位
若是能将TEV检测法、超声波检测结合在一起，就可以扬长避短，排除现场电磁环境、游离颗粒与规避碰撞等的干扰，进一步提升检测结果准确性，并实现对放电源的实时定位。其中定位原理是根据放电产生的电磁波信号达到每个传感器的时间，直至所用时间相同。这时可认定放电信号达到每个传感器的距离是相同的。接下来，再对比其原时间差就可以确定放电位置。在对开关柜局部放电位置测定时，可在横向、纵向两个方面上进行定位，确定两根中线后，其中线交叉点就是局部放电点。相对来说，这种定位方法要比通过对比信号强度的方法更加可靠。
其具体检测过程包括背景检测、测试、排干扰、细读数四个步骤。所谓背景检测是指先测量其背景值，记录空气、金属制品背景声。尽量检测三个点的值，最后取中间值作为背景信号参考值。在这一过程中应重点对金属门、金属栅等进行检测。测试是指先用TEV测试仪对开关柜壁进行测试。如果出现测试数据跳跃过大现象，则需及时调整TEV测试模式。具体来说是在单个模式、连续模式中选择一个稳定读数作为测试数据。之后，再应用超声波模式进行背景读数测试，并将增益调整到最大，用传感器对准开关设备空气通道进行检测。排干扰是指排除噪声干扰，主要是采用关闭荧光灯、风机风扇，对此测试对比的方法。细读数是指对所测的数据进行分析、判断，并结合以往测试经验，判断开关柜局部放电故障。比如当背景值在10分贝以下，而开关柜测试值超过30分贝，则证明开关柜设备存在局部放电故障，要进一步定位。如果某个开关柜的超声波测试数据幅值超过20分贝，则说明开关柜内部存在比较严重的局部放电情况，应及早维修。
四、实例分析
1.异常情况
某日下午两点三十分，某运维人员在日常巡检时发现某10kV开关柜出现了异响。由于很难判断出具体异响位置，且无法确定是否有局部放电引起的。所以，运维人员为了确定局部放电原因，对开关柜进行了超声波、暂态地电压局部放电检测。其中超声波图谱如图1、2所示，开关柜各部位暂态地电位检测结果如图3所示。
图3开关柜各部位暂态地电位检测结果
通过仔细观察表3能够发现，该开关柜的后柜门中部的暂态地电波幅值最大，达到了47分贝。经过超声波检测发现其后柜门上方的母线盒后侧百叶窗处的测试值为20分贝。然而背景值为-6分贝。依据相关规定，该设备存在缺陷。另外，仔细观察超声波信号还能发现，其存在明显的100赫兹相关性，周期最大值也达到了6.5毫伏。大致可认为开关柜内部还存在机械振动引发的接触不良问题，且故障点应当在后柜门母线室附近。但是该母线室无法直接观察。所以，决定停电检查。次日，经过停电检查后发现，母线室内B相母排六颗紧固螺丝出现了松动现象。接下来，进行了紧固，并再次对送电后的开关柜进行了超声波、暂态地电位检测，发现数据都基本恢复了正常。
从中能够得知，造成开关柜局部放电的主要原因就是母线室内B相母排六颗紧固螺丝出现了松动。这样当电流流经母排时，松动部位就会出现机械振动，并使正弦波最大幅值出现位移，从而出现了周期性放电信号。如果未能及时解决这一故障，就会加剧振动情况，以致于出现放电情况，甚至是造成开关柜设备的损坏。
综上所述，通过应用10kV开关柜局部放电测试技术可以及早发现10kV开关柜局部放电故障，保证开关柜设备的正常运行，从而有效提升10kV配网的稳定性、可靠性。
参考文献
[1]林红仔,张凯铃,叶自义.10kV配网开关柜局部放电带电检测运用分析[J].绿色环保建材,2020(03):229+232.
[2]黄少敏.10kV开关柜局部放电测试技术[J].设备管理与维修,2019(07):128-129.
[3]马晟博,刘楠楠,赵文静.10kV配网开关柜局部放电带电检测技术研究[J].城市建设理论研究(电子版),2017(13):1.