超聲波和暫態(tài)地電壓局部放電聯(lián)合檢測(cè)技術(shù)及應(yīng)用

引言：高壓開關(guān)柜在整個(gè)電力系統(tǒng)的配電中起著重要的作用，其運(yùn)行的穩(wěn)定與否直接影響到電網(wǎng)能否安全運(yùn)行。通過使用超聲波和暫態(tài)地電壓局部放電測(cè)試方法對(duì)開關(guān)柜聯(lián)合檢測(cè)，能有效發(fā)現(xiàn)開關(guān)柜內(nèi)放電的缺陷，及時(shí)、準(zhǔn)確地掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，保證電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行。

隨著電網(wǎng)的飛速發(fā)展和設(shè)備的快速更新，35kV、10kV金屬封閉式高壓開關(guān)柜因結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高在電力系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。高壓開關(guān)柜運(yùn)行的穩(wěn)定性直接影響到電網(wǎng)安全運(yùn)行。開關(guān)柜內(nèi)設(shè)備在長(zhǎng)期運(yùn)行中因電、熱、環(huán)境等異常情況下可能導(dǎo)致絕緣裂化、異響、放電等缺陷，嚴(yán)重者會(huì)發(fā)生事故。大多數(shù)情況下開關(guān)柜內(nèi)局部放電是導(dǎo)致設(shè)備發(fā)生絕緣事故的主要原因也是絕緣缺陷的征兆。超聲波、暫態(tài)地電壓局部放電測(cè)試儀因操作方便、簡(jiǎn)單，且能有效的發(fā)現(xiàn)開關(guān)柜內(nèi)的放電缺陷，在開關(guān)柜的帶電測(cè)試中得到了廣泛的使用。

一、超聲波和暫態(tài)地電壓局部放電的原理

局部放電可分為內(nèi)部放電、表面放電、電暈放電，放電過程中往往伴隨有電磁波、光、熱、聲音、超聲波、臭氧、一氧化氮等化學(xué)和物理現(xiàn)象及相應(yīng)的過程。但是對(duì)于開關(guān)柜的檢測(cè)常以超聲波和電磁波為主要的檢測(cè)方法。

1.1超聲波測(cè)試原理

局部放電的初期是微弱的輝光放電，釋放的能量較小，放電的后期出現(xiàn)強(qiáng)烈的電弧放電，此時(shí)能量是瞬時(shí)爆發(fā)的，非常大。超聲波信號(hào)以某一速度通過不同介質(zhì)以球面波的形式向四周傳播。但由于超聲波頻率遠(yuǎn)大于20kHz，人耳是無(wú)法聽到的，因此采用超聲波傳感器檢測(cè)放電所產(chǎn)生的超聲波信號(hào)。超聲波傳感器將接受到的聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)[1]，最后再將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成一個(gè)人耳可判別、可聽見的聲音信號(hào)，并將放電所產(chǎn)生的超聲波大小以聲壓（dB）的形式顯示出來。

1.2暫態(tài)地電壓測(cè)試原理

當(dāng)開關(guān)柜內(nèi)發(fā)生局部放電時(shí)，根據(jù)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論，將產(chǎn)生電磁波，受集膚效應(yīng)的影響，這些電磁波會(huì)轉(zhuǎn)移到柜體的金屬鎧裝上，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)暫態(tài)地電壓，暫態(tài)地電壓的持續(xù)時(shí)間約為幾十納秒，幅值一般在幾十毫伏到幾伏之間。在金屬箱體的接縫處或絕緣連接處，電磁波會(huì)傳播到外表面，電磁波上升沿碰到金屬外表面，產(chǎn)生暫態(tài)對(duì)地電壓[2]，簡(jiǎn)稱TEV。采用容性傳感器可非常靈敏的檢測(cè)到柜體表面的暫態(tài)地電壓。暫態(tài)地電壓測(cè)試法原理如圖1所示。

二、分析判斷方法

若某開關(guān)柜的超聲波測(cè)試數(shù)據(jù)幅值在10dB到15dB之間，表明該開關(guān)柜內(nèi)有異常，應(yīng)加強(qiáng)復(fù)測(cè)，綜合判斷。

如果測(cè)得某個(gè)開關(guān)柜的超聲波幅值大于15dB，說明該開關(guān)柜內(nèi)部存在局部放電缺陷，應(yīng)盡快復(fù)測(cè)，密切關(guān)注檢測(cè)值的變化趨勢(shì)。

若高壓室內(nèi)開關(guān)柜與背景值之差小于20dB，說明開關(guān)柜正常；若開關(guān)柜與背景值之差大于20dB，判定該開關(guān)柜內(nèi)存在局部放電，應(yīng)加強(qiáng)關(guān)注，必要時(shí)定位并開關(guān)柜檢查。

對(duì)于同一開關(guān)柜要和歷史數(shù)據(jù)比較看變化的大小趨勢(shì)，進(jìn)行縱向分析[3]；對(duì)于開關(guān)柜還要和同類設(shè)備的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行比較，當(dāng)同類型的某一開關(guān)柜個(gè)體測(cè)試結(jié)果比其它同類開關(guān)柜的測(cè)試結(jié)果大時(shí)，該開關(guān)柜可能存在局部放電缺陷。

三、案例分析

3.1帶電測(cè)試

使用UItra TEV Plus和UP9000測(cè)試110kV某變電站10kV高壓開關(guān)柜，測(cè)試暫態(tài)低電壓局部放電測(cè)試背景值為9dB，1012開關(guān)柜暫態(tài)地電壓局部放電測(cè)試值為前柜下部36dB、后柜下部39dB，該開關(guān)柜下部暫態(tài)地電壓測(cè)試值與背景值之差遠(yuǎn)大于缺陷值20dB。使用超身波局部放電測(cè)試儀對(duì)該開關(guān)柜進(jìn)行測(cè)試，測(cè)得該開關(guān)柜超聲幅值為19dB，大于缺陷值15dB。對(duì)比該開關(guān)柜和鄰近開關(guān)柜的測(cè)試數(shù)據(jù)，可看出1012開關(guān)柜下部測(cè)試數(shù)據(jù)明顯大于鄰近的開關(guān)柜，初步判定該開關(guān)柜后下部存在有害的局部放電缺陷。具體測(cè)試數(shù)據(jù)見表1。

3.2缺陷處理

對(duì)該開關(guān)柜停電檢查，發(fā)現(xiàn)開關(guān)柜內(nèi)A相導(dǎo)電排與電流互感器連接處螺絲緊固不夠，熱縮絕緣護(hù)套已熱熔碳化，導(dǎo)電排上熱縮絕緣護(hù)套裂損（如圖2所示）。分析判定為A相導(dǎo)電排與電流互感器連接處螺絲緊固不夠，導(dǎo)致接觸電阻增大，接觸處過熱使熱縮絕緣護(hù)套熱熔碳化，并引起導(dǎo)電排熱縮絕緣護(hù)套裂損。對(duì)松動(dòng)的螺絲進(jìn)行緊固，重新制作絕緣護(hù)套，恢復(fù)送電，測(cè)試無(wú)放電聲音和信號(hào)，缺陷消除。

四、總結(jié)

（1）超聲波、暫態(tài)地電壓局部放電測(cè)試儀操作方便、簡(jiǎn)單，測(cè)試人員可以很直觀的讀取數(shù)據(jù)。超聲波、暫態(tài)地電壓局部放電測(cè)試能有效的發(fā)現(xiàn)開關(guān)柜內(nèi)的放電缺陷。

（2）開關(guān)柜內(nèi)不同的缺陷形成放電的特征不一樣，采用不同的測(cè)試方法對(duì)不同的缺陷有不同的靈敏度，單一的運(yùn)行某一種測(cè)試方法，存在一定的局限性，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)誤判斷。因此在實(shí)際應(yīng)用中，我們應(yīng)該采用多種不同的測(cè)試方法相互補(bǔ)充，才能更好的檢測(cè)到開關(guān)柜的局部放電缺陷。

（3）經(jīng)驗(yàn)表明，超聲波測(cè)試能夠很方便的發(fā)現(xiàn)絕緣子、母排、螺絲松動(dòng)導(dǎo)致的表面放電，電纜絕緣的內(nèi)部放電導(dǎo)致的振動(dòng)幅值較小，使用超聲波測(cè)試很難發(fā)現(xiàn)。

（4）對(duì)于風(fēng)沙較大的地區(qū)，開關(guān)柜內(nèi)灰塵較多，應(yīng)加強(qiáng)停電檢修時(shí)對(duì)開關(guān)柜內(nèi)設(shè)備的清掃，避免柜內(nèi)設(shè)備表面灰塵過多造成閃絡(luò)擊穿事故。

參考文獻(xiàn)

[1]王風(fēng)雷等，中國(guó)電力出版社.《電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)新技術(shù)應(yīng)用案例精選》.

[2]楊獻(xiàn)智，章堅(jiān).10kV配網(wǎng)開關(guān)柜局部放電帶電檢測(cè)應(yīng)用[J].電力科學(xué)與工程，2011（6）：71-75.

[3]孔令明，肖云東，劉娟，曾令甫.開關(guān)柜局部放電帶電檢測(cè)定位技術(shù)的應(yīng)用與研究[J].山東電力技術(shù)，2010年06期.

（作者單位：國(guó)網(wǎng)新疆疆南供電有限責(zé)任公司運(yùn)維檢修部）

作者簡(jiǎn)介

竇峰川，1986年7月23日出生，籍貫：甘肅、古浪，國(guó)網(wǎng)新疆疆南供電有限責(zé)任公司運(yùn)維檢修部，從事變電一次設(shè)備高壓試驗(yàn)工作，大學(xué)本科學(xué)歷。