暫態(tài)地電壓和超聲波在開關(guān)柜檢測中的應(yīng)用

陳巧勇，李宏雯，余 睿，潘 杰

（杭州市電力局，杭州 310009）

10 kV和35 kV金屬封閉成套開關(guān)設(shè)備被廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)中，因此開關(guān)設(shè)備的安全可靠運(yùn)行，決定了電力系統(tǒng)的供電可靠性和安全性，開關(guān)設(shè)備在電力系統(tǒng)具有舉足輕重的地位。

電氣設(shè)備在長期運(yùn)行中會因?yàn)殡?、熱、化學(xué)等異常狀況導(dǎo)致絕緣劣化，甚至發(fā)生故障。對開關(guān)柜的事故統(tǒng)計(jì)分析顯示，絕緣事故占開關(guān)柜事故的31.9%，居事故之首[1]。開展開關(guān)柜局部放電在線檢測工作，尤其是利用暫態(tài)地電壓和超聲波檢測方法，對提前判斷開關(guān)柜內(nèi)部絕緣狀況能起到很好的輔助作用。

1 測試原理

1.1 暫態(tài)地電壓檢測

當(dāng)開關(guān)柜的內(nèi)部元件對地絕緣發(fā)生局部放電時(shí)，少部分放電能量會以電磁波的形式轉(zhuǎn)移到柜體的金屬鎧裝上，并產(chǎn)生持續(xù)約幾十納秒的暫態(tài)脈沖電壓，在柜體表面按照傳輸線效應(yīng)進(jìn)行傳播。地電壓局部放電檢測技術(shù)采用容性傳感器探頭檢測柜體表面的暫態(tài)脈沖電壓，從而發(fā)現(xiàn)和定位開關(guān)柜內(nèi)部的局部放電缺陷。

地電壓局部放電定位儀（PDL1）主要用于測量及定位35 kV和10 kV開關(guān)柜內(nèi)部局部放電狀況。該儀器通過2根距離600 mm或更遠(yuǎn)的電耦合探測器進(jìn)行測試，不僅能夠顯示局部放電的存在及強(qiáng)度，而且能夠根據(jù)放電脈沖到達(dá)2根探針的不同時(shí)間確定放電的具體位置。

采用局部放電監(jiān)測儀（PDM03）可以連續(xù)監(jiān)測并分析一段時(shí)間內(nèi)的局部放電活動，以及因環(huán)境（如電壓波動、溫度等）變化而引發(fā)的局部放電變化情況，分析放電水平及其變化，判斷放電狀況。該儀器具有局部放電的定量和定位功能。

1.2 超聲波檢測

超聲波檢測技術(shù)主要采用20 kHz以上頻帶的超聲波，可不受外部噪聲的干擾。通常認(rèn)為，由于超聲波檢測時(shí)探頭完全置于設(shè)備外部，放電信號通過絕緣介質(zhì)衰減嚴(yán)重，靈敏度較差，定量分析比較困難，僅對局部放電初測及比較嚴(yán)重的空氣中的放電比較有效。但是實(shí)踐中也曾發(fā)現(xiàn)超聲波方法能檢測到地電壓甚至超高頻等手段發(fā)現(xiàn)不了的缺陷，尤其是處于某一發(fā)展階段的缺陷主要反應(yīng)為振動信號時(shí)，超聲波檢測方法是有優(yōu)勢的。

2 現(xiàn)場實(shí)例

2011年3月28日，某220 kV變電站35 kV開關(guān)柜在投入運(yùn)行后發(fā)現(xiàn)多處有異常聲響。該35 kV開關(guān)柜型號為DNF7-03G，于2010年8月出廠，出廠試驗(yàn)及驗(yàn)收試驗(yàn)均無明顯異常。受測試環(huán)境影響，紅外檢測也未檢測出明顯發(fā)熱點(diǎn)。為尋找異響來源，判斷故障性質(zhì)，對該組開關(guān)柜進(jìn)行了暫態(tài)地電壓（TEV）和超聲波測試。

2.1 初步檢測

測試環(huán)境空氣TEV讀數(shù)為1 dB，空氣超聲讀數(shù)為4 dB，開關(guān)柜測試結(jié)果如表1所示。

表1 暫態(tài)地電壓（TEV）測試數(shù)據(jù)

從表1可以看出，TEV檢測和超聲波檢測結(jié)果顯示35 kV母分Ⅱ段閘刀柜、35 kV母分開關(guān)柜、35 kV 1號所用變壓器柜、35 kV 2號電抗器柜可能存在故障點(diǎn)。

2.2 柜體頂部超聲檢測

35 kV高壓室內(nèi)的放電聲主要在35 kV母分Ⅱ段閘刀柜、35 kV 2號電抗器柜等處，經(jīng)儀器檢測發(fā)現(xiàn)放電聲主要來源于柜體中上部。為進(jìn)一步探測聲源，對開關(guān)柜背面頂部再次進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果見表2。從表2可以看出：

（1）35 kV備用一線與35 kV母分Ⅱ段閘刀之間有明顯的放電聲。

（2）35 kV母分Ⅱ段閘刀與35 kV母分開關(guān)之間有明顯的放電聲。

（3）35 kV 1號電抗器與35 kV 2號電抗器之間有明顯的放電聲。

（4）35 kV 2號電抗器與35 kV 1號電容器之間有明顯的放電聲。

表2 柜體頂部超聲波測試數(shù)據(jù)

2.3 局放監(jiān)測儀檢測

為進(jìn)一步探測開關(guān)柜局部放電的發(fā)生部位，分析其放電水平及變化，對該組開關(guān)柜進(jìn)行了長時(shí)間局部放電監(jiān)測，檢測數(shù)據(jù)如表3所示。測試時(shí)間從2011年4月6日17:02到7日10:20。探針布置如圖1所示，其中1，2，11和12為背景探針，3-10為測試探針，上、下字符所在行表示開關(guān)柜某一面的上、下位置。

從表3可以看出，探針3，6和10均接收到信號，探針3和6每周期脈沖數(shù)量大于0.05個(gè)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷，探針3和6處存在局部放電。而探針3處的短期放電程度為23 dB，未達(dá)到75 dB，但長期放電程度已達(dá)到6 dB，表明探針3處有較強(qiáng)的局部放電。

圖1 探針布置

圖2為探針3和6的脈沖數(shù)對比，圖3為探針3和6的短期放電劇烈程度對比，從中不難看出，探針3和6所接收到的脈沖數(shù)之和大于總脈沖數(shù)，且幅值變化趨勢基本一致，可以看出探針3和6測得的是同一個(gè)信號源，且都位于35 kV母分Ⅱ段閘刀柜。

調(diào)整探針布置至如圖4所示，檢測數(shù)據(jù)如表4所示。

由圖4和表4可以看出，信號源位于該開關(guān)柜背面中部偏右側(cè)，該區(qū)域靠近A相母線，懷疑該處母線存在局部放電源。

采用同樣方法，對35 kV 1號和2號電抗器進(jìn)行局部放電監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)有局部放電源存在。

2.4 停電檢查

2011年4月12-13日，對35 kV開關(guān)柜Ⅰ、Ⅱ段母線進(jìn)行了停電檢查，發(fā)現(xiàn)35 kV 2號電抗器柜與35 kV 1號電抗器柜、35 kV 1號電抗器柜與35 kVⅠ段母線TV柜、35 kV 1號所用電柜與35 kV母分開關(guān)柜、35 kV母分Ⅱ段閘刀柜的穿柜套管上的均壓線與銅線夾脫開，造成均壓線與銅線夾之間放電。

表3 開關(guān)柜局部放電監(jiān)測數(shù)據(jù)

圖2 探針3和6的脈沖數(shù)對比

表4 調(diào)整探針布置后的檢測數(shù)據(jù)表

圖3 探針3和6的短期放電劇烈程度對比

圖4 調(diào)整后的探針布置

檢查銅線夾后，發(fā)現(xiàn)該銅線夾厚度極薄，無法壓緊均壓線，輕微晃動就會造成均壓線從線夾上脫落，造成間隙放電。更換銅線夾，重新對均壓線進(jìn)行壓接、連接，通電后局部放電即消除。

3 結(jié)語

將暫態(tài)地電壓和超聲波技術(shù)結(jié)合起來進(jìn)行高壓開關(guān)柜局部放電檢測，與傳統(tǒng)的局部放電測試技術(shù)相比，具有不停電、故障定位準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。實(shí)踐證明，該技術(shù)的應(yīng)用為電力設(shè)備狀態(tài)檢修提供了可靠的技術(shù)數(shù)據(jù)，是一種實(shí)用有效的檢測技術(shù)。高壓開關(guān)柜的狀態(tài)監(jiān)測可采取以帶電測試為主，結(jié)合巡視情況、停電檢修的技術(shù)監(jiān)督手段，對提高電網(wǎng)供電可靠率具有重要意義。

[1]田勇,田景林.6～10 kV開關(guān)柜事故統(tǒng)計(jì)分析與改進(jìn)意見[J].東北電力技術(shù),1996（8）:5-10.

[2]劉云鵬，王會斌，王娟，等.高壓開關(guān)柜局部放電UHF在線監(jiān)測系統(tǒng)的研究[J].高壓電器，2009，45（1）:15-17.

[3]任明，彭華東，陳曉清，等.采用暫態(tài)對地電壓法綜合檢測開關(guān)柜局部放電[J].高電壓技術(shù)，2010，36（10）:2460-2466.

[4]何肖軍，徐志斌.高壓開關(guān)柜絕緣性能檢測與故障診斷技術(shù)研究[J].浙江電力，2010（5）:6-10.

[5]王錚，劉二麗，張認(rèn)成，等.基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的開關(guān)柜局部放電超聲波檢測方法[J].華東電力，2011，39（3）:0498-0500.

[6]喬進(jìn)朝，王進(jìn)鎖，樊毅.開關(guān)柜非嵌入式局部放電在線檢測定位研究[J].山西電力，2008（5）:24-26.

[7]孔令明，肖云東，劉娟，等.開關(guān)柜局部放電帶電檢測定位技術(shù)的應(yīng)用與研究[J].山東電力技術(shù)，2010（6）:5-8.

[8]TENBOHLEN S，DENISSOV D,HOEK S，et al.Partial discharge measurements in the ultra high frequency（UHF）range[J].IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation，2008，15（6）:1554-1552.