電氣設(shè)備局部放電的檢測及在官地水電站的應(yīng)用

(中國水利水電第七工程局有限公司機(jī)電安裝分局，四川彭山 620860)

1 官地水電站簡況

四川西昌市梁山縣水電站位于雅礱江邊、鹽源交界處，距西昌市直線距離約40km，這里有錦屏一、二電廠，二灘水電站，官地電站屬于中間的梯級電廠。水電站主要建筑包括沿河大壩、碾壓混凝土重力壩、右岸引水系統(tǒng)和地下機(jī)房。溢洪道為5孔布局，凈寬15m/孔，碾壓混凝土重力壩壩高168m。壓力管道內(nèi)徑11.8m，右岸布置引水發(fā)電系統(tǒng)，壓力管道采用單機(jī)單管供水，右岸地下廠房裝機(jī)600MW機(jī)組4臺，總裝機(jī)容量2400MW，平均年發(fā)電量11.129億kW·h。電站引水建筑物包括:地下主副廠房、主變洞、進(jìn)水口、母線洞、出線洞、尾水隧洞、壓力管道、尾水調(diào)壓室和兩個加壓尾水洞及其他附屬巖洞、開關(guān)站等。官地水電站在電力系統(tǒng)中與錦屏一、二級電站作為一組電源同步運行，在系統(tǒng)中承擔(dān)調(diào)峰及調(diào)頻任務(wù)。

2 局部放電檢測技術(shù)研究現(xiàn)狀

局部放電是高壓絕緣強(qiáng)電場中的常見問題，主要是電力設(shè)備絕緣介質(zhì)在高強(qiáng)電場作用下在絕緣薄弱導(dǎo)體部位及附近導(dǎo)體之間發(fā)生的放電現(xiàn)象。雖然局部放電一般不會造成絕緣體擊穿，但可能造成局部損傷，如果局部放電時間過長，在一定條件下，可導(dǎo)致絕緣質(zhì)劣化，嚴(yán)重時甚至?xí)舸╇姎庠O(shè)備。在電氣設(shè)備局部放電檢測中，不僅對電氣設(shè)備制造和安裝的質(zhì)量進(jìn)行評估，也要準(zhǔn)確判斷設(shè)備的絕緣狀況，確定造成局部放電的原因及嚴(yán)重程度。因此，水電站電氣設(shè)備局部放電檢測是一項重要的預(yù)防措施，國際電工委員會和我國的國家標(biāo)準(zhǔn)都對局部放電的檢測作出了相應(yīng)的說明。

2.1 脈沖電流檢測法

脈沖電流檢測法是局部放電眾多檢測方法中應(yīng)用最為廣泛的一種方法，主要原理是在對測試電氣設(shè)備進(jìn)行高強(qiáng)加壓的情況下，如果發(fā)生局部放電，在兩端會產(chǎn)生電壓變化，此時耦合一個阻抗，回路中會產(chǎn)生一個電流，對該阻抗上的電流進(jìn)行采集和放大就可以測試出局部放電的基本量。脈沖電流檢測法不僅適用于高頻交流，同樣也適用于直流。局部放電脈沖檢測基本電流的回路，有直接測量和平衡法兩種方法。直接測量的缺點是測試經(jīng)常會遇到各種干擾，影響測試靈敏度，尤其是在施工現(xiàn)場環(huán)境中，存在更大的干擾。相對于直接測量，平衡法的性能更優(yōu)良，它受干擾少，能有效避免共模干擾，被現(xiàn)場施工廣泛采用。

2.2 超聲波檢測法

超聲波檢測也是測試局部放電的一種常見方法，超聲波檢測受電氣干擾小，在高強(qiáng)壓下可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離測試，特別適用于水電站機(jī)組等大容量電容器的局部放電檢測。超聲波檢測的主要原理是:在電容器進(jìn)行局部放電時，會使放電區(qū)域分子發(fā)生劇烈變化，放電中會產(chǎn)生熱量使該區(qū)域的電容器體積發(fā)生變化，同時會產(chǎn)生大于20MHz的聲波分量。這些現(xiàn)象都會產(chǎn)生脈沖壓力波，該壓力波以放電部位為中心，以球面形式向四周擴(kuò)散，在不同介質(zhì)中會產(chǎn)生反射和折射現(xiàn)象。利用聲電轉(zhuǎn)換器，把聲信號轉(zhuǎn)化為電信號，進(jìn)行捕捉和分析，準(zhǔn)確判斷出局部放電部位。在官地水電站的檢測中使用了超聲檢測法。如:圖1為超聲檢測中檢測到的局部放電信號;圖2為脈沖干擾信號;圖3為周期性干擾信號。

圖1 局部放電信號

圖2 脈沖干擾信號

圖3 周期性干擾信號

2.3 無線電干擾電壓檢測法

無線電頻率檢測方法是無線電干擾電壓檢測法中的一種方法，利用電暈放電發(fā)射電磁波的原理，通過無線電電磁波對電壓表的干擾現(xiàn)象，就可以實現(xiàn)局部放電的檢測。我國專家吳廣寧于1996年提出的電氣使用寬帶電流傳感器的局部放電在線監(jiān)測，獲得實用新型專利并被廣泛應(yīng)用于官地水電站、蘭州西固熱傳感器電廠。無線電干擾電壓檢測法，可以根據(jù)電磁信號的強(qiáng)度，定向檢測局部發(fā)生的放電，進(jìn)行屏蔽電機(jī)電纜和電纜局部放電定位。使用Rogowski線圈傳感器可測試強(qiáng)度寬帶130MHz的放電定量檢測。

2.4 超高頻UHF局部放電檢測技術(shù)

20世紀(jì)80年代前，局部放電檢測工作頻段只限于1MHz以內(nèi)，直到博格斯在試驗測試設(shè)備測量頻帶達(dá)到1GHz，且局部放電脈沖試驗檢測成功，超高頻局部放電檢測逐步開始被應(yīng)用，激烈的波段噪聲信號衰減可以成為一種有效的噪聲抑制，并能實現(xiàn)基本的無損再現(xiàn)局部放電脈沖，從而拓寬局部放電的機(jī)理研究范圍。

局部放電的超高頻檢測法具體分為超寬頻帶超高頻檢測法、窄帶超高頻檢測法兩種。超寬頻帶超高頻檢測法帶寬可達(dá)幾十億赫 ，而窄帶超高頻檢測法的中心頻率僅在500MHz以上，帶寬只有十幾兆赫或幾十兆赫，除此之外由于超高頻超寬頻帶檢測法具有噪聲抑制比高、信息量大等特點，更多地被應(yīng)用到實際檢測中。庫爾茲等人于1980年提出了新的超高頻檢測設(shè)備設(shè)計方案，安裝一個或一個以上磁極，在其設(shè)計中，傳感器可以檢測定子線棒放電，適合應(yīng)用于大型水電站電氣設(shè)備的局部放電檢測。

2.5 光學(xué)檢測法

由于最近幾年光學(xué)檢測法的研究趨于成熟，開始被應(yīng)用到實際中，研究重點集中到局部放電特征和介質(zhì)老化機(jī)理等方面，但是由于檢測設(shè)備的傳感器必須置入電氣裝置，檢測的設(shè)備無法達(dá)到透明的要求，因此光測量方法只能檢測現(xiàn)場表面放電、電暈放電，通常光學(xué)方法不會被直接應(yīng)用。隨著光纖技術(shù)的發(fā)展，近年來，提出了聲光檢測方法，即將光纖技術(shù)和聲測法相結(jié)合的新技術(shù)。局部放電現(xiàn)象發(fā)生時會產(chǎn)生聲波，采用光纖傳感器，光纖在聲波的壓迫作用下性質(zhì)發(fā)生改變，發(fā)出的信號也發(fā)生變化，以此檢測局部放電。這種復(fù)合技術(shù)在電力變壓器和GIS設(shè)備中均有相關(guān)應(yīng)用。檢測時將傳感器安放在設(shè)備內(nèi)部，當(dāng)設(shè)備某一位置發(fā)生局部放電時，產(chǎn)生的壓力波由超聲波傳導(dǎo)對光線產(chǎn)生壓力，得到光纖纖維的長度變化，通過計算以確定發(fā)生局部放電的位置。

3 官地水電站電氣設(shè)備局部放電檢測應(yīng)用

脈沖電流法、超聲檢測法、無線電干擾電壓法RIV、超高頻UHF局部放電檢測技術(shù)、光測法均可用于官地水電站的放電檢測，以實現(xiàn)水電站的自動化和安全化運作。官地水電站2臺600kV發(fā)電機(jī)升壓變壓器出廠試驗過程中，采用的是脈沖電流法，在局部放電的中性點進(jìn)行耐壓試驗時，將變壓器低壓側(cè)和變壓器本體接地，將高壓側(cè)懸空，進(jìn)行變壓器中性點加壓檢測，同時進(jìn)行檢測和記錄高壓側(cè)三相和中性點的放電量。加壓時間為5min，中性點電壓加到40kV時，各監(jiān)視點局部放電量詳見表1。

表1 40kV下中性點各監(jiān)視點的局部放電量

接著升高中性點的電壓至65kV，此次檢測發(fā)現(xiàn)中性點局部放電量有超標(biāo)現(xiàn)象，但是不排除是干擾信號，需加壓后進(jìn)行進(jìn)一步檢測，加壓時間同樣為5min，升高中性點電壓為65kV時，各監(jiān)視點的局部放電量詳見表2。

表2 65kV下中性點各監(jiān)視點的局部放電量

表1和表2的數(shù)據(jù)顯示:利用脈沖電流法檢測時，要排除外部干擾對數(shù)據(jù)的影響， 如果壓力不足差異數(shù)據(jù)不明顯，可以采用加壓來進(jìn)一步驗證。對65kV的高壓檢測一共進(jìn)行了兩次，發(fā)現(xiàn)兩次的數(shù)據(jù)差異不明顯，由此可以排除外部干擾成分，確認(rèn)了內(nèi)部變壓器存在局部放電現(xiàn)象。為了排除隱患，尋找到具體的局部放電精準(zhǔn)點，綜合利用超聲波檢測法，在變壓器周邊布置多個超聲波檢測探頭，開始進(jìn)一步檢測試驗。此次初始壓力定位65kV，放電量超標(biāo)顯示出現(xiàn)，后調(diào)整電壓為40kV，開始進(jìn)行超聲波定位，超聲波靠近分接開關(guān)部位顯示出異常，初步判斷局部放電來源于分接開關(guān)屏蔽罩。進(jìn)一步檢查后發(fā)現(xiàn)是開關(guān)屏蔽罩有所松動，引起局部放電。

4 結(jié)語

局部放電現(xiàn)象對電氣設(shè)備的正常運行造成影響，因此必須提高其檢測技術(shù)才能避免機(jī)組在運行中發(fā)生事故。受具體施工環(huán)境和相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)影響，在官地水電站的電氣設(shè)備局部放電檢測中并沒有運用無線電干擾檢測法、超高頻檢測法和光學(xué)檢測法。不同的檢測方法適合不同的檢測設(shè)備和檢測環(huán)境，根據(jù)需要具體酌情使用。在官地水電站的局部放電檢測中，可以看出，利用多種手段進(jìn)行局部放電檢測、根據(jù)具體情況進(jìn)行綜合運用，是有效檢測局部放電的手段，可以對產(chǎn)品的質(zhì)量和隱患進(jìn)行有針對性的排查，確保了設(shè)備的安全運行。

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