10kv配網(wǎng)設備運行狀態(tài)監(jiān)測的研究

王禮

（重慶市電力公司城區(qū)供電局，重慶 400015）

1 研究概述

1.1 開關柜局部放電檢測的目的和意義

目前高壓開關柜內(nèi)故障檢測主要是在停電狀態(tài)下進行的，而實時在線檢測技術較少。由于種種原因高壓開關柜常常不能按照周期停電檢修，導致開關柜內(nèi)的部分設備長期出于失修、失控狀態(tài)，嚴重威脅供電安全。而且，在兩次停電檢修間隔，設備絕緣狀態(tài)處于不可知狀態(tài)，一旦出現(xiàn)故障，不能及時被發(fā)現(xiàn)。對于封閉式開關柜如一旦出事故，危害常比過去分立的敞開設備嚴重，修復時間也常要拉長，另外開關柜產(chǎn)品越來越來緊湊，導致絕緣裕度減小。

隨著電網(wǎng)發(fā)展和設備更新改造，變電站中使用封閉式設備越來越多。如中壓系統(tǒng)中大量使用的金屬鎧裝式開關柜、高壓系統(tǒng)中大量使用的封閉式組合電器。對于這些設備依靠以往的巡視、試驗和檢測技術，往往難以達到及時掌握設備缺陷的要求。運行巡視是建立在人的視覺、聽覺和嗅覺的感觀基礎上，對封閉式設備的效果不是很理想;傳統(tǒng)的試驗技術主要是依靠絕緣性能檢查，這種方法一方面對設備內(nèi)的固體絕緣件有累積損害效應，另一方面設備必須停役從而造成設備可用率和用戶供電可靠性的下降;目前較為成熟的非接觸檢測方法，如紅外和紫外技術，對于變壓器、避雷器等敞開式設備的檢測效果非常好，但對于封閉式設備，因有外殼屏蔽，效果不甚理想。

因此，迫切需要對開關柜實行狀態(tài)檢修，對設備運行狀況進行實時和定時的在線監(jiān)測，根據(jù)設備的運行狀態(tài)和絕緣的劣化程度，確定檢修時問和措施，減少停電時間和事故的發(fā)生，提高電力系統(tǒng)運行的安全可靠性及自動化程度。高壓開關柜的絕緣故障主要表現(xiàn)為外絕緣對地閃絡擊穿，內(nèi)絕緣對地閃絡擊穿，相間絕緣閃絡擊穿，雷電過電壓閃絡擊穿，瓷瓶套管、電容套管閃絡、污閃、擊閃、擊穿、爆炸，提升桿閃絡，CT閃絡、擊穿、爆炸，瓷瓶斷裂等。各類絕緣缺陷發(fā)展到最終擊穿，釀成事故之前，往往先經(jīng)過局部放電階段，局部放電的強弱能夠及時反映絕緣狀態(tài)，因此通過在線監(jiān)測局部放電來判斷絕緣狀態(tài)為實現(xiàn)開關柜絕緣在線監(jiān)測及診斷的有效手段。

2 10kV配網(wǎng)設備運行狀態(tài)監(jiān)測及評估的必要性

高壓開關柜的設備故障包括由于長時間使用引起的絕緣缺陷，由于觸點的不良連接引起的放電的瞬間短路以及各個連接部分，過熱、電涌、電流故障等。

目前，對開關柜設備局部放電（PD）的檢測方法主要有脈沖電流法（ERA）、射頻法（RF）、超聲法、超高頻法（UHF）等。其中，暫態(tài)對地電壓（TEV）法作為一種帶電檢測技術，具有靈敏度高、抗干擾能力強等優(yōu)點，因此逐步在國內(nèi)變電站推廣使用。但由于變電站現(xiàn)場干擾源繁多、TEV檢測手段單一等因素，開關柜內(nèi)局部放電的判斷水平難以提高，限制了該技術在變電站現(xiàn)場深入應用。為了進一步提高TEV技術的應用效果，需解決現(xiàn)場干擾源甄別困難等問題。

隨著傳感器技術、數(shù)據(jù)采集技術等的不斷發(fā)展，局部放電的檢測向著超高頻和超寬頻方向發(fā)展。局部放電超高頻檢測技術作為電氣設備局部放電檢測的一種新的手段和方法，越來越受到重視，在國內(nèi)外得到了較快發(fā)展，并在電力設備如GIS、同步電機、電纜、變壓器等的檢測中得了到初步的應用。傳統(tǒng)的局部放電檢測方法，其檢測信號的頻率一般不超過1MHz，而且現(xiàn)場局部放電測試特別是在線檢測，常常會受到各種電磁干擾的影響。當干擾信號與局部放電信號具有相同或者相似的特征時，被測信號往往被干擾所淹沒。而在高壓開關柜運行現(xiàn)場，變電站背景噪聲和空氣中電暈干擾其頻率通常小于400MHz。因此，在超高頻范圍內(nèi)（500-1500MHz）提取局部放電產(chǎn)生的超高頻信號，外界干擾信號少，因而檢測系統(tǒng)受外界干擾影響小，可以極大地提高中高壓開關柜局部放電檢測，特別是在線檢測的可靠性和靈敏度。

3 技術方法和路線

3.1 在人工氣候室內(nèi)模擬不同的空氣濕度，測量城區(qū)供電局提供的開關柜絕緣子上污穢的等值鹽密，將不同積污程度的開關柜絕緣子放置于人工氣候室內(nèi)進行局部放電實驗，建立TEV法、UHF法和ULTRAPROBE超聲法法檢測局部放電的試驗研究平臺，通過實驗的方法研究局部放電TEV信號、UHF信號的關系，為開關柜局部放電的TEV、UHF聯(lián)合檢測方法提供試驗依據(jù)。

3.2 采用TEV法和UHF法對城區(qū)供電局內(nèi)所有10kV開關柜內(nèi)局部放電進行檢測，測量局部放電的最大幅值和放電頻數(shù)，驗證TEV局部放電檢測儀的有效性及其與UHF法檢測信號的對應關系，全面獲取開關柜內(nèi)絕緣件的絕緣狀態(tài)信息，建立10kv開關柜局部放電數(shù)據(jù)庫。

3.3 開關柜局部放電檢測實驗裝置

由實際應用中的開關柜、無暈實驗變壓器、隔離變壓器、分壓器、控制臺以及相關的接線構(gòu)成的開關柜局部放電檢測裝置。

4 實驗步驟

4.1 給開關柜其中一相加壓，在示波器上TEV法和UHF法通道均能看到穩(wěn)定放電時停止加壓。

4.2 利用示波器單次觸發(fā)功能，記錄同一時刻TEV法和UHF法通道的波形并進行比較。

4.3 在開關柜外殼表面上選取固定的四個檢測點，TEV探頭和UHF天線分別置于這四個檢測點，記錄每個位置下的TEV波形和UHF信號波形各若干組。

4.4 調(diào)節(jié)示波器時間旋鈕，使得采樣的時間總長度為一個工頻周期20ms，采用TEV法和UHF法記錄缺陷模型在一個工頻周期內(nèi)的放電次數(shù)。

4.5 TEV探頭在某一固定位置時，改變施加的電壓，測得的各個電壓下模型的最大放電量，通過TEV法和UHF法通道波形分別讀出對應TEV法和UHF法檢測的最大值。

4.6 在濕度分別為75%、80%、90%情況下重復上述（1）～（5）步記錄最終開關柜擊穿的所施加的電壓幅值以及最終所需的擊穿時間。

5 實驗數(shù)據(jù)分析及結(jié)論

5.1 超高頻法

試驗中UHF傳感器置于開關柜外部，試驗變壓器輸出的高壓引線經(jīng)引至柜體內(nèi)的高壓電極端，柜體可靠接地，試驗中變壓器輸出電壓均為9kv。示波器采用Tektronix DPO7104數(shù)字示波器，帶寬1GHz，最大采樣率20GS/s。

局部放電發(fā)生時，其信號的頻譜較寬，在同樣施加電壓為9kv的情況下，隨著濕度的增高，絕緣強度下降，放電更加劇烈，放電次數(shù)明顯增多。實驗結(jié)果表明：外部天線超高頻法能有效避開空氣中的干擾，檢測到開關柜內(nèi)部的局部放電信號；同時局部放電的情況受濕度的影響比較大，濕度越高，放電現(xiàn)象也更為劇烈，UHF信號的幅值也增大。

6 結(jié)語

經(jīng)過理論研究、實驗研究和現(xiàn)場調(diào)試、運行和結(jié)果分析，得出以下結(jié)論：

6.1 制定了10kv配網(wǎng)設備運行狀態(tài)監(jiān)測及評估實驗的方案和步驟，包括實驗前期準備工作、實驗操作步驟、數(shù)據(jù)后期處理等方面的內(nèi)容，為開展10kv配網(wǎng)設備運行狀態(tài)監(jiān)測及評估實驗研究提供有利參考與指導作用。

6.2 采取UHF法，TEV法以及ULTRAPROBE超聲檢測法融為一體的檢測方法，分別運用UHF法，TEV法以及ULTRAPROBE超聲檢測法對局部放電的信號進行檢測，結(jié)果表明，這三種方法均能有效的檢測局部放電信號，并且三種方法的檢測結(jié)果比較吻合，趨于一致，提高了檢測的準確性，成功提取TEV信號的特征量表征局部放電的嚴重程度。

6.3 三種檢測方法的有效結(jié)合，現(xiàn)場檢測開關柜內(nèi)局部放電，測量開關柜絕緣子附近的空氣濕度，全面獲取了開關柜內(nèi)絕緣件的絕緣狀態(tài)信息，同時得出柜內(nèi)空氣濕度是影響開關柜內(nèi)部放電的主要因素。

6.4 潮濕的柜內(nèi)空氣會引起柜內(nèi)部件表面的凝露，導致該部件的起始放電電壓和閃絡電壓顯著降低，放電明顯增強。針對濕度是影響開關柜內(nèi)部放電的主要因素，有針對性的開展設備及環(huán)境改造，提出設備運行環(huán)境的改造意見以及相應的改進措施。

[1]陳玉國,余向杰.調(diào)容變壓器技術及其發(fā)展山東達馳電氣股份有限公司[J].電力設備，2006-06-15.