多種方法聯(lián)合診斷開關(guān)柜局部放電缺陷

謝細(xì)華，鄢文清

（國(guó)網(wǎng)上饒供電公司，江西上饒 334000）

0 引言

目前，10 kV、35 kV金屬封閉式開關(guān)柜已廣泛運(yùn)用于電網(wǎng)配電系統(tǒng)中，在電力供應(yīng)中發(fā)揮了重要作用，但設(shè)備長(zhǎng)期運(yùn)行導(dǎo)致的絕緣劣化會(huì)降低開關(guān)柜內(nèi)設(shè)備的電氣絕緣性能，嚴(yán)重時(shí)甚至引起開關(guān)柜爆炸[1]。其中局部放電是絕緣劣化的重要征兆，也是造成絕緣故障的主要因素?，F(xiàn)行預(yù)防性試驗(yàn)周期性長(zhǎng)，難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)緩慢發(fā)展的絕緣缺陷。局部放電帶電檢測(cè)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)相關(guān)缺陷，是實(shí)現(xiàn)開關(guān)柜狀態(tài)檢修的有效手段之一。

開關(guān)柜局部放電的檢測(cè)方法主要有脈沖電流法（ERA）[2]、射頻法（RF）[3]、超聲法（AE）[4]、超高頻法（UHF）[5]、暫態(tài)地電壓法（TEV）[6]等，其中基于AE、TEV、UHF 原理的測(cè)試方法在現(xiàn)場(chǎng)較為實(shí)用。本文提出一種綜合運(yùn)用AE、TEV和UHF技術(shù)的開關(guān)柜局部放電檢測(cè)方法，實(shí)現(xiàn)不同檢測(cè)方法的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。該方法成功檢測(cè)、并定位江西上饒供電公司某變電站10 kV 化工線911 開關(guān)柜內(nèi)局部放電缺陷，經(jīng)停電檢查找到了開關(guān)柜內(nèi)的放電痕跡，工作人員及時(shí)消除了該缺陷，為進(jìn)一步開展高壓開關(guān)柜局部放電檢測(cè)工作積累了寶貴的現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)。

1 檢測(cè)原理與特點(diǎn)

1.1 超聲波檢測(cè)法

AE法一般利用超聲波傳感器在開關(guān)柜的縫隙處獲取柜內(nèi)設(shè)備局部放電產(chǎn)生的超聲波信號(hào)，據(jù)此確定設(shè)備局部放電的大小和位置。超聲波信號(hào)實(shí)質(zhì)上是一種機(jī)械振動(dòng)波，它基本上不受電氣干擾的影響，并且可以對(duì)放電點(diǎn)進(jìn)行初步定位，但該方法靈敏度不高且定位的精度易受環(huán)境噪聲和設(shè)備機(jī)械振動(dòng)等因素的影響。

1.2 超高頻檢測(cè)法

開關(guān)柜中發(fā)生局部放電時(shí)，會(huì)向外輻射大量的電磁波，超高頻法通過(guò)采集這些電磁波中的超高頻分量（300 MHz≤f≤3 GHz）實(shí)現(xiàn)局部放電的檢測(cè)，可以較好的避開現(xiàn)場(chǎng)電磁干擾，具有較強(qiáng)的抗干擾能力，該方法還可有效識(shí)別缺陷類型以及對(duì)放電源進(jìn)行精確的定位，但也存在一定缺陷即難以實(shí)現(xiàn)設(shè)備放電量的標(biāo)定。

現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用時(shí)，可通過(guò)兩個(gè)探頭在垂直及水平方向的不同位置分別捕捉超高頻信號(hào)，運(yùn)用時(shí)差法逐步尋找放電源的大致位置。

1.3 暫態(tài)地電壓法

高壓電氣設(shè)備發(fā)生局部放電時(shí)，產(chǎn)生的電磁波不但通過(guò)開關(guān)柜的縫隙或玻璃窗傳出，還會(huì)在設(shè)備表面金屬上對(duì)地產(chǎn)生持續(xù)納秒級(jí)的暫態(tài)電壓脈沖信號(hào)。電壓脈沖在金屬殼的內(nèi)表面?zhèn)鞑?，從開口、接頭、蓋板等的縫隙處傳出，然后沿著金屬殼外表面?zhèn)鞯酱蟮豙7]。應(yīng)用中可通過(guò)電容耦合式傳感器檢測(cè)該信號(hào)，并將測(cè)試結(jié)果用相對(duì)讀數(shù)的大小來(lái)表征局部放電活動(dòng)的嚴(yán)重程度。此外，利用電磁波信號(hào)在傳播過(guò)程中隨距離出現(xiàn)不同衰減特性的原理，可實(shí)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部放電源定位。但TEV信號(hào)頻率低、衰減慢，存在抗干擾性不強(qiáng)、定位技術(shù)復(fù)雜且精度低等問(wèn)題[8]，一般用作普測(cè)與跟蹤。

綜合以上三種方法，不難發(fā)現(xiàn)三者之間具備良好的互補(bǔ)性，在工作中AE 法和TEV 法可作為普測(cè)手段，用于發(fā)現(xiàn)疑似放電點(diǎn)，然后再用UHF法進(jìn)行準(zhǔn)確的定性和定位，三種方法聯(lián)合使用可以大大提高開關(guān)柜放電缺陷診斷的準(zhǔn)確性。

1.4 時(shí)差法局放源定位原理

開關(guān)柜中進(jìn)行局放源定位的時(shí)差定位法基本原理如圖1所示。

圖1 開關(guān)柜時(shí)差定位系統(tǒng)

兩傳感器間的某一位置發(fā)生局部放電，傳感器1和傳感器2 接收到的電磁波信號(hào)分別為和。設(shè)和的起始脈沖時(shí)差為，則局放源距傳感器1的距離X1為：

式（1）中：X為傳感器1與傳感器2之間的距離；X1和X2分別為局放源到傳感器1和傳感器2的距離；c0=0.3 m/ns，為電磁波傳播速度。

式（1）以傳感器所測(cè)得局放信號(hào)的起始脈沖時(shí)間作為參考時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行時(shí)差定位計(jì)算。該方法要求被測(cè)信號(hào)起始和終止脈沖區(qū)分度高，以清楚的讀取信號(hào)起始和終止時(shí)間。

2 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)分析

某變電站10 kV 高壓室共有KYN28A 型金屬鎧裝中置式開關(guān)柜15面。在2013年6月19日的局放帶電普測(cè)中發(fā)現(xiàn)911柜超聲波幅值達(dá)+17 dB（環(huán)境背景為-10 dB），存在典型的放電噪聲，而暫態(tài)地電壓幅值僅為9 dB。為此試驗(yàn)人員又使用UHF法對(duì)911 柜進(jìn)行復(fù)測(cè)、定位和放電類型識(shí)別。

2.1 AE法檢測(cè)結(jié)果

試驗(yàn)人員利用AE法對(duì)該高壓室所有開關(guān)柜進(jìn)行超聲波普測(cè)。發(fā)現(xiàn)“10 kV化工線911開關(guān)”后面板超聲波信號(hào)異常，幅值達(dá)+17 dB，且有典型放電噪聲，初步判斷柜內(nèi)存在局部放電現(xiàn)象。

2.2 TEV法檢測(cè)結(jié)果

使用TEV 法對(duì)所有開關(guān)柜進(jìn)行普測(cè)，分別測(cè)試開關(guān)柜的前面板中、上，后面板上、下共四個(gè)部位，得到圖2所示數(shù)據(jù)。暫態(tài)地電壓幅值均小于20dB，處在正常范圍內(nèi)。

圖2 暫態(tài)地電壓數(shù)據(jù)

2.3 UHF放電源檢測(cè)結(jié)果

使用UHF 法對(duì)所有開關(guān)柜進(jìn)行超高頻信號(hào)測(cè)試，在“10 kV 化工線911 開關(guān)”后面板觀察窗處有異常超高頻信號(hào)，幅值為25 dB，由此可以判斷911柜內(nèi)存在較嚴(yán)重局部放電。

1）放電位置水平定位。

運(yùn)用時(shí)差法對(duì)放電源進(jìn)行水平定位，將紅、黃高頻傳感器放置于同一水平面，觀察數(shù)字示波器顯示兩高頻信號(hào)的時(shí)間差，調(diào)整兩傳感器的位置。當(dāng)兩高頻信號(hào)觸發(fā)時(shí)間相同，則信號(hào)源距離兩傳感器的距離相等，放電源應(yīng)位于兩傳感器的垂直平分面上?，F(xiàn)場(chǎng)傳感器擺放及波形圖如圖3所示。

圖3 傳感器水平放置及信號(hào)波形圖(2 ns/格)

2）放電位置垂直定位。

定位放電源在垂直方向上的位置。在所確定的垂直方向上擺放兩個(gè)高頻傳感器，其中上面的傳感器為紅色，現(xiàn)場(chǎng)傳感器擺放及測(cè)試波形圖如圖4所示?？赏茢喾烹娫淳嚯x紅色傳感器超前于黃色傳感器2 ns，放電源距離紅色傳感器比黃色傳感器近約600 mm，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備情況，判斷開關(guān)柜內(nèi)放電源垂直方向上處于觀察窗位置。

圖4 傳感器垂直放置及信號(hào)波形圖(2 ns/格)

3）放電類型識(shí)別。

利用數(shù)字示波器調(diào)理觀察窗處傳感器接收的高頻信號(hào)，如圖5 所示，信號(hào)有很好的工頻相關(guān)性且多信號(hào)疊加，判斷該缺陷為多點(diǎn)放電型。

圖5 UHF信號(hào)波形圖(10 ms/格)

從開關(guān)柜后面板觀察窗位置可觀察到B、C相間以及A相表面有間歇性放電火花，放電位置如圖6所示。

圖6 放電火花位置

2.4 局部放電缺陷的確認(rèn)和消除

綜合分析3 種檢測(cè)方法的結(jié)果，判斷911 柜內(nèi)存在嚴(yán)重放電缺陷。將10 kV911 化工線線路轉(zhuǎn)檢修，對(duì)開關(guān)柜開箱檢查，可見零序CT 上方約10 cm 的出線電纜上存在多處因放電灼燒產(chǎn)生的白色粉末。其中，B、C 兩相之間有明顯的氣隙放電痕跡，A 相有表面放電及對(duì)零序CT放電痕跡，如圖7所示。

圖7 電纜多點(diǎn)放電痕跡

處理消缺后，再次對(duì)911柜進(jìn)行局部放電帶電檢測(cè)，AE、TEV以及UHF結(jié)果均正常，缺陷成功消除。

3 結(jié)論

1）對(duì)開關(guān)柜進(jìn)行局部放電的普檢有效、可行，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)開關(guān)柜內(nèi)部絕緣缺陷。

2）在對(duì)開關(guān)柜進(jìn)行局部放電檢測(cè)時(shí)，單一的檢測(cè)手段由于受現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境影響而有明顯的局限性，而聯(lián)合應(yīng)用超聲波、暫態(tài)地電壓、超高頻等多種檢測(cè)手段具有可靠性高的優(yōu)勢(shì)，從而為開展開關(guān)柜狀態(tài)檢修工作提供了良好的依據(jù)。

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