TEV信號(hào)法在金屬鎧裝柜局部放電檢測(cè)中的應(yīng)用

盛 駿，樓 鋼

（金華電業(yè)局，浙江 金華 321017）

0 引言

金屬鎧裝柜在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中，由于各種因素的影響（設(shè)備結(jié)構(gòu)、安裝工藝、運(yùn)行條件變化等），故障時(shí)有發(fā)生，其中大多數(shù)是絕緣故障。在全面實(shí)施狀態(tài)檢修的大環(huán)境下，各類設(shè)備都廣泛開(kāi)展了帶電檢測(cè)項(xiàng)目，但是開(kāi)關(guān)柜除了停電試驗(yàn)中的耐壓試驗(yàn)和運(yùn)行巡視外，幾乎沒(méi)有有效的檢測(cè)手段，而停電試驗(yàn)周期較長(zhǎng)，對(duì)于發(fā)展中的絕緣缺陷更加無(wú)從把握。

目前，國(guó)內(nèi)外廣泛采用暫態(tài)對(duì)地電壓（Transient Earth Voltage，TEV）信號(hào)法來(lái)檢測(cè)金屬鎧裝柜的局部放電，金華電業(yè)局引進(jìn)該技術(shù)后，開(kāi)展了金屬鎧裝柜局部放電普查，對(duì)存在疑似缺陷的設(shè)備進(jìn)行定位并停電檢查?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐表明，TEV信號(hào)法有效彌補(bǔ)了金屬鎧裝柜常規(guī)檢測(cè)手段的不足，為監(jiān)視設(shè)備缺陷發(fā)展趨勢(shì)、評(píng)價(jià)設(shè)備狀態(tài)、制定科學(xué)的檢修策略提供了可靠的手段。

1 TEV檢測(cè)及定位原理

1.1 TEV信號(hào)

當(dāng)高壓電氣設(shè)備發(fā)生局部放電時(shí)，放電電量先聚集在與放電點(diǎn)相鄰的接地金屬部分，形成電流脈沖并向四周傳播。放電產(chǎn)生的電磁波通過(guò)金屬部件傳輸，同時(shí)產(chǎn)生暫態(tài)對(duì)地電壓，通過(guò)設(shè)備的金屬外殼傳到地下，這個(gè)暫態(tài)的對(duì)地電壓就是TEV信號(hào)法的檢測(cè)對(duì)象。

1.2 檢測(cè)原理

金屬鎧裝柜內(nèi)的局部放電量很小，通常只有幾兆分之一庫(kù)侖。放電持續(xù)時(shí)間一般僅幾個(gè)納秒。因?yàn)殡娏康扔陔娏鞒艘詴r(shí)間，對(duì)于持續(xù)時(shí)間極短的放電脈沖，被測(cè)設(shè)備就不能看作是個(gè)體，而是視為傳輸線，產(chǎn)生的對(duì)地暫態(tài)電壓理論上等于脈沖電流與傳輸阻抗的乘積。根據(jù)相關(guān)研究，單芯10 kV電纜的傳輸阻抗約為10 Ω，35 kV金屬外殼母線約為70 Ω，因此，1 000 pC的放電可對(duì)地產(chǎn)生1～7 V持續(xù)10 ns的電壓。

電壓脈沖在金屬殼的內(nèi)表面?zhèn)鞑?，通過(guò)放電產(chǎn)生的電磁波信號(hào)會(huì)優(yōu)先通過(guò)金屬制品傳遞到大地而被屏蔽。實(shí)際上，現(xiàn)場(chǎng)的金屬鎧裝柜通常在絕緣部位、墊圈連接處、電纜絕緣終端等部位存在不連續(xù)縫隙，部分電磁波信號(hào)足以從這些部位傳遞出來(lái)，用電容性探測(cè)器就可在柜體表面檢測(cè)到放電脈沖。

1.3 定位原理

定位采用的方法是比較放電所產(chǎn)生的電磁波信號(hào)到達(dá)不同位置傳感器所需要的時(shí)間，如圖1所示。電磁波是以光速進(jìn)行傳播的，所以檢測(cè)工具必須能夠分辨很小的時(shí)間差，本方法要求最低分辨率為2 ns，相當(dāng)于光在空氣中通過(guò)600 mm所用的時(shí)間（即2個(gè)傳感器之間的最小距離），對(duì)于目前應(yīng)用的大部分金屬開(kāi)關(guān)柜的結(jié)構(gòu)，該距離足以分辨可能出現(xiàn)局部放電的設(shè)備和位置。

圖1 定位原理

2 檢測(cè)應(yīng)用

目前，TEV法在金華電網(wǎng)中主要應(yīng)用在兩個(gè)方面：一是在交接耐壓試驗(yàn)過(guò)程中進(jìn)行檢測(cè)，在把握質(zhì)量的同時(shí)積累設(shè)備基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；二是對(duì)運(yùn)行中的金屬鎧裝柜進(jìn)行普查，對(duì)疑似存在的缺陷進(jìn)行定位，指導(dǎo)檢修（檢查）策略的制定。

2.1 耐壓試驗(yàn)的檢測(cè)

交流耐壓試驗(yàn)是新安裝金屬鎧裝柜交接試驗(yàn)中主要的絕緣試驗(yàn)?，F(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)表明，交流耐壓試驗(yàn)不能有效發(fā)現(xiàn)柜中的某些微小缺陷，如固體絕緣材料內(nèi)部的微小缺陷、導(dǎo)體接觸不良等。在正常運(yùn)行電壓下，這些微小缺陷一般短時(shí)間內(nèi)不會(huì)發(fā)生絕緣擊穿，但在長(zhǎng)期運(yùn)行中，多種因素會(huì)導(dǎo)致電氣絕緣強(qiáng)度降低，在過(guò)電壓下可能發(fā)生絕緣擊穿，甚至造成嚴(yán)重的電網(wǎng)事故。因此，將局部放電的TEV法檢測(cè)作為交流耐壓試驗(yàn)的補(bǔ)充，在提高缺陷發(fā)現(xiàn)率的同時(shí)，也可將耐壓條件下的放電水平作為運(yùn)行檢測(cè)的基本參考值。

2.2 運(yùn)行中的檢測(cè)

通過(guò)對(duì)金華電業(yè)局135座110 kV及以上變電站的金屬鎧裝柜進(jìn)行普測(cè)，發(fā)現(xiàn)疑似缺陷19起，對(duì)其中放電指數(shù)相對(duì)較高的13起進(jìn)行停電檢查，均發(fā)現(xiàn)了不同類型及程度的絕緣缺陷。

案例1：2010年6月25日，對(duì)220 kV倪宅變電站的35 kV高壓開(kāi)關(guān)柜進(jìn)行局部放電檢測(cè)。通過(guò)逐個(gè)排查，發(fā)現(xiàn)35 kV母分Ⅱ段插頭、35 kV母分開(kāi)關(guān)及2號(hào)所用變壓器開(kāi)關(guān)柜的放電分貝數(shù)超過(guò)同等類比水平。

通過(guò)定位發(fā)現(xiàn)信號(hào)來(lái)源于柜體下部。通過(guò)下柜門的后視窗觀察，發(fā)現(xiàn)C相母排對(duì)絕緣橫檔有間歇性放電，母排熱縮套已經(jīng)部分燒毀。停電檢查發(fā)現(xiàn)C相銅排與絕緣橫檔位置較近，由于長(zhǎng)期的電場(chǎng)及溫/濕度變化，引起絕緣橫檔、絕緣電阻降低，與銅排之間產(chǎn)生了較高的電位差，從而形成拉弧。

案例2：2010年10月22日，對(duì)220 kV溫泉變電站的35 kV高壓開(kāi)關(guān)柜進(jìn)行局部放電檢測(cè)，進(jìn)門處空氣中的放電檢測(cè)數(shù)據(jù)超過(guò)30 dB，接地金屬門超過(guò)40 dB，35 kV開(kāi)關(guān)柜空氣中的檢測(cè)數(shù)據(jù)已經(jīng)達(dá)到了50 dB。通過(guò)使用雙通道的定位功能，放電位置定位在35 kV母分開(kāi)關(guān)和泉坦3614開(kāi)關(guān)柜上柜聯(lián)接處以及1號(hào)接地變開(kāi)關(guān)柜與泉馬3589開(kāi)關(guān)柜上柜連接處。停電檢查35 kVⅠ段母線，發(fā)現(xiàn)上述位置的穿墻套管內(nèi)部與母排有明顯放電痕跡。經(jīng)分析，放電原因是銅母排在安裝過(guò)程中沒(méi)有調(diào)整好等電位彈簧與穿墻套管內(nèi)壁的位置，運(yùn)行過(guò)程中的振動(dòng)使等電位彈簧進(jìn)一步錯(cuò)位，與套管內(nèi)壁形成氣隙，出現(xiàn)電位差，并長(zhǎng)時(shí)間放電。

此外，通過(guò)普測(cè)還發(fā)現(xiàn)了干式穿心電流互感器屏蔽線斷線、10 kV電纜終端頭冷縮套制作工藝不良、緊湊型開(kāi)關(guān)柜內(nèi)干式互感器與相間絕緣擋板之間放電等缺陷，均及時(shí)進(jìn)行了停電處理，有效避免了缺陷進(jìn)一步擴(kuò)大。

3 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)與分析

通過(guò)對(duì)運(yùn)行中金屬鎧裝柜的普測(cè)，發(fā)現(xiàn)了多起絕緣缺陷，其類型及嚴(yán)重程度各異，可見(jiàn)TEV信號(hào)法對(duì)于發(fā)現(xiàn)絕緣缺陷有很高的靈敏度，只要產(chǎn)生了放電，都能夠捕捉到。但是如何采集準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析判斷，是合理應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵。以下結(jié)合金華電業(yè)局在檢測(cè)過(guò)程中積累的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行探討。

3.1 測(cè)試要點(diǎn)

整體檢測(cè)流程如圖2所示。

圖2 檢測(cè)流程

（1）應(yīng)掌握被檢測(cè)設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。目前的鎧裝柜大都是封閉式的，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)其所有設(shè)備布局必須明確掌握，否則無(wú)法分析放電的位置及原因。

（2）從目前的檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，產(chǎn)生局部放電的主要部位是母排（連接處、穿墻套管、支撐絕緣件）、開(kāi)關(guān)刀閘、電纜接頭等，在檢測(cè)定位的過(guò)程中應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注。

（3）在檢測(cè)開(kāi)關(guān)柜局部放電前必須對(duì)背景值的大小進(jìn)行測(cè)量。開(kāi)關(guān)柜外部的電磁信號(hào)也會(huì)在開(kāi)關(guān)柜上產(chǎn)生暫態(tài)對(duì)地電壓，這些信號(hào)源同樣可以在變電站內(nèi)的金屬部件上產(chǎn)生暫態(tài)對(duì)地電壓，如金屬門或柵欄處。金屬面板上的背景值并不是在開(kāi)關(guān)設(shè)備上檢測(cè)，而應(yīng)該在金屬門、金屬柵等金屬制品上檢測(cè)，在開(kāi)關(guān)室3個(gè)不同的位置檢測(cè)，并取中間值作為背景信號(hào)的參考值。

（4）檢測(cè)時(shí)要注意盡量排除干擾。測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)主要的干擾源有：電子驅(qū)鼠器等電子裝置發(fā)出的信號(hào)、帶有電子整流器的照明系統(tǒng)、無(wú)線電發(fā)射機(jī)發(fā)出的信號(hào)（當(dāng)距離很近且發(fā)射功率又很大時(shí)）、排風(fēng)扇等振動(dòng)信號(hào)、周圍有電焊施工等可能產(chǎn)生電火花的設(shè)備信號(hào)等。

3.2 數(shù)據(jù)分析要點(diǎn)

對(duì)信號(hào)普測(cè)的結(jié)果要進(jìn)行量化分析。雖然檢測(cè)儀器能夠測(cè)出當(dāng)前的分貝值，但這個(gè)值的大小并不能反映是否存在缺陷及其嚴(yán)重程度。在分析過(guò)程中要注意以下幾點(diǎn)：

（1）排除高背景值的影響。背景值不一定都來(lái)自戶內(nèi)，戶外設(shè)備的放電能量也會(huì)通過(guò)空氣傳播到戶內(nèi)柜體的金屬外殼上形成對(duì)地通道，對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)造成影響，分析時(shí)需注意。

（2）分析檢測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)要進(jìn)行橫向和縱向的比較。橫向比較，即各開(kāi)關(guān)柜的檢測(cè)數(shù)據(jù)比較。當(dāng)某一開(kāi)關(guān)柜的測(cè)試結(jié)果大于同類開(kāi)關(guān)柜的測(cè)試結(jié)果及現(xiàn)場(chǎng)背景值時(shí)，可以判斷此設(shè)備有可能存在缺陷。縱向比較，即同一開(kāi)關(guān)柜在不同時(shí)間的測(cè)試結(jié)果比較。通常是在檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)有疑似缺陷，在某個(gè)時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行連續(xù)的跟蹤檢測(cè)，觀察數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)，從而確定缺陷的性質(zhì)。

3.3 定位要點(diǎn)

（1）合理保持2個(gè)傳感器之間的距離，在滿足有效判斷放電位置的前提下，該距離始終要大于儀器自身的分辨率，否則容易引起混淆。例如傳感器觸發(fā)不穩(wěn)定，有可能是傳感器間距太小，儀器無(wú)法分辨，也可能是放電點(diǎn)在2個(gè)傳感器的正中心，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)要注意分辨，稍微放大間距即可。

（2）注意定位區(qū)域內(nèi)有多個(gè)放電點(diǎn)存在的可能性，通過(guò)不斷變換檢測(cè)方式和方向來(lái)排除。

4 結(jié)語(yǔ)

TEV信號(hào)檢測(cè)法對(duì)于發(fā)現(xiàn)金屬鎧裝柜內(nèi)設(shè)備的局部放電缺陷有著較高的靈敏度，且不影響設(shè)備運(yùn)行，有效彌補(bǔ)了金屬鎧裝柜帶電檢測(cè)技術(shù)的空白和常規(guī)試驗(yàn)方式的不足，值得在配電網(wǎng)系統(tǒng)中推廣應(yīng)用。

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