開(kāi)關(guān)柜局部放電超聲波在線檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

王培義，朱伯濤

(1.石家莊供電公司，石家莊 050091;2.邢臺(tái)供電公司，河北 邢臺(tái) 054001)

近年來(lái)，隨著狀態(tài)檢修工作的深入推進(jìn)，開(kāi)展在線檢測(cè)設(shè)備絕緣狀況成為一種主流趨勢(shì)。由于變電站低壓側(cè)母線及其分路出現(xiàn)故障(三相短路、相間短路等)的概率增大，若低壓側(cè)未安裝母差保護(hù)，開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)間延遲，可能造成主變壓器低壓側(cè)繞組變形燒毀，使主變壓器絕緣遭到破壞，影響主變壓器壽命，對(duì)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)較大安全隱患。因此提前判斷低壓側(cè)母線各分路的絕緣狀況，開(kāi)展開(kāi)關(guān)柜局部放電在線檢測(cè)工作，對(duì)判斷開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部的絕緣狀況起到很好的輔助作用。

1 開(kāi)關(guān)柜局部放電

開(kāi)關(guān)柜的常規(guī)檢測(cè)試驗(yàn)僅限于針對(duì)斷路器、避雷器、TA、TV、電纜出線等一次設(shè)備，而且必須為停電試驗(yàn)。例如，斷路器的交流耐壓、導(dǎo)電回路電阻、絕緣電阻等試驗(yàn)。這些試驗(yàn)僅能檢測(cè)開(kāi)關(guān)柜內(nèi)真空泡、干式互感器、支柱絕緣子等設(shè)備的絕緣強(qiáng)度是否合格，而開(kāi)關(guān)柜很多部位可能存在積灰、臟污、毛刺、灰塵、螺絲松動(dòng)等現(xiàn)象，長(zhǎng)期積累效應(yīng)可能會(huì)發(fā)生單相接地、開(kāi)關(guān)跳閘，甚至發(fā)生開(kāi)關(guān)柜的爆炸。局部放電的過(guò)程，除產(chǎn)生電荷的轉(zhuǎn)移和電能的損耗，也產(chǎn)生聲、光、熱及其它生成物等，可能會(huì)引起開(kāi)關(guān)柜相間短路，甚至爆炸，嚴(yán)重危及人身安全，影響供電可靠性。開(kāi)關(guān)柜局部放電的檢測(cè)方法有電氣檢測(cè)法、特高頻(UHF)檢測(cè)法、超聲波檢測(cè)法、化學(xué)檢測(cè)法、光學(xué)檢測(cè)法等，其中超聲波檢測(cè)法為非侵入式，且受外部電磁噪聲影響較小，因此是比較理想的非電量現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方法。

2 超聲波在線檢測(cè)技術(shù)

2.1 基本原理

超聲波檢測(cè)系統(tǒng)由聲電轉(zhuǎn)換、前置放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換和信號(hào)處理顯示4個(gè)基本部分組成，電氣設(shè)備發(fā)生局部放電的過(guò)程中，產(chǎn)生的超聲波是一種機(jī)械振動(dòng)波。當(dāng)發(fā)生局部放電時(shí)，放電區(qū)域的分子間將產(chǎn)生劇烈的撞擊，這種撞擊在宏觀上表現(xiàn)為一種壓力。由于局部放電是一連串的脈沖，所以由此產(chǎn)生的壓力波也是脈沖形式。它含有各種頻率分量且頻帶很寬，范圍為10～107Hz，其中頻率超過(guò)20×104Hz的即為超聲波。超聲波從金屬箱體的內(nèi)表面通過(guò)開(kāi)關(guān)柜體之間的連接處傳播出去，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)暫態(tài)對(duì)地電壓。通過(guò)聲電轉(zhuǎn)換將信號(hào)放大，并進(jìn)行定量測(cè)試，最后經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)化功能模塊將測(cè)試數(shù)據(jù)顯示到儀器上。在超聲檢測(cè)系統(tǒng)中，應(yīng)用最廣的聲電轉(zhuǎn)換及增益的傳感器是以壓電陶瓷為材料的傳感器，它利用壓電陶瓷的正壓電效應(yīng)，在局部放電產(chǎn)生的機(jī)械壓力波作用下，使之發(fā)生形變以產(chǎn)生交變電場(chǎng)，從而將聲信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。在傳感器選擇中，工作頻帶和靈敏度是2個(gè)最重要的指標(biāo)。雖然局部放電及其產(chǎn)生的聲波信號(hào)具有一定的隨機(jī)性，但它檢測(cè)頻率分布范圍變化不大，因此需要一個(gè)頻帶較大，不會(huì)使信號(hào)混疊，且傳感器的幾何尺寸必須小于聲波波長(zhǎng)的增益?zhèn)鞲衅鱗1]。

2.2 檢測(cè)方法

測(cè)試時(shí)先測(cè)試背景干擾，一般可利用母線室的檢修電源箱等。正式測(cè)試時(shí)將儀器的探測(cè)器垂直與被測(cè)帶電開(kāi)關(guān)柜金屬外殼緊密接觸，儀器應(yīng)與附近的金屬制品離開(kāi)適當(dāng)?shù)木嚯x，按“Meas”，經(jīng)過(guò)2～4 s，儀器再次發(fā)出提示聲，讀取局部放電水平數(shù)(以dB為單位)。測(cè)量3次取平均值，以減少由于存在空氣傳播介質(zhì)造成嚴(yán)重的界面衰減所帶來(lái)的誤差。同時(shí)由于各種環(huán)境噪聲的干擾，能測(cè)到的聲信號(hào)較小，所以采用一種抗干擾強(qiáng)的放大器對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大和濾波處理。

3 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試及數(shù)據(jù)分析

石家莊供電公司使用MiniTEV局部放電檢測(cè)儀對(duì)220 kV東田變電站35 kV開(kāi)關(guān)柜進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。該儀器應(yīng)用超聲波檢測(cè)原理，對(duì)開(kāi)關(guān)柜局部放電水平和2 s內(nèi)的脈沖數(shù)進(jìn)行測(cè)量，在無(wú)需設(shè)備停電的情況下實(shí)現(xiàn)了對(duì)開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部運(yùn)行狀態(tài)的在線監(jiān)控，可隨時(shí)掌握設(shè)備的運(yùn)行狀況。東田變電站35 kV開(kāi)關(guān)柜1號(hào)母線為新更換設(shè)備， 2號(hào)母線為未更換的老設(shè)備。東田變電站35 kV開(kāi)關(guān)柜局部放電試驗(yàn)數(shù)據(jù)(背景干擾：8 dB，脈沖數(shù)：420，溫度：25 ℃， 濕度：30%)見(jiàn)表1，表中301-1、31-7、32-7代表隔離開(kāi)關(guān)，其它代表斷路器。

由表1可知：更換后的新設(shè)備局部放電量明顯小于未更換的局部放電量；35 kV 2號(hào)母線所屬部分測(cè)試值比1號(hào)母線所屬部分較大，其中316開(kāi)關(guān)柜上檢測(cè)值最大。

表1 東田變電站35 kV開(kāi)關(guān)柜局放試驗(yàn)數(shù)據(jù)

項(xiàng) 目1號(hào)母線301-137037331131537231-7360局部放電水平/dB1918181614161416脈沖數(shù)473354177202176115196173項(xiàng) 目2號(hào)母線37137632-7390375316312380局部放電水平/dB1525262624282425脈沖數(shù)237633585632632569597521

該變電站35 kV 2號(hào)母線所屬分路設(shè)備存在一定程度的局部放電現(xiàn)象，可能是由于干式高壓屏蔽套管(穿柜管)內(nèi)部存在一定程度的缺陷，或者開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部有電暈放電造成。建議檢修部門(mén)對(duì)35 kV 2號(hào)母線所屬分路開(kāi)關(guān)柜進(jìn)行清掃，并對(duì)干式高壓屏蔽套管進(jìn)行抽樣局部放電測(cè)試。35 kV 2號(hào)母線停電檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)干式高壓屏蔽套管局部放電不符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，解體后發(fā)現(xiàn)內(nèi)部存在氣泡，制造工藝上存在嚴(yán)重缺陷，因此在開(kāi)關(guān)柜局部放電在線測(cè)試中有一定的局部放電存在。對(duì)35 kV 2號(hào)母線所使用的高壓屏蔽套管進(jìn)行更換，送電后進(jìn)行復(fù)測(cè)正常, 驗(yàn)證了開(kāi)關(guān)柜帶電測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。

4 結(jié)束語(yǔ)

超聲波在線檢測(cè)技術(shù)可以初步判斷設(shè)備的絕緣狀態(tài)，從側(cè)面反映設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，減少故障停電，保障電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行，有效性、實(shí)用性較高。由于聲波在傳播途徑中會(huì)產(chǎn)生衰減，僅靠超聲傳感器覆蓋的有效測(cè)量范圍小，且受外界干擾較大，不能完全判斷絕緣狀況，應(yīng)將其與局部放電停電試驗(yàn)的方法結(jié)合起來(lái)綜合判斷設(shè)備狀況。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李建明，朱 康.高壓電氣設(shè)備試驗(yàn)方法[M].2版.北京：中國(guó)電力出版社，2001.