局放帶電檢測(cè)技術(shù)在開(kāi)關(guān)柜電纜缺陷檢測(cè)中的應(yīng)用

周 挺，胡永芳，汪新秀，范 敏，段肖力

(1.國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司，湖南長(zhǎng)沙410007；2.國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司岳陽(yáng)供電分公司，湖南岳陽(yáng)420005；3.國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院，湖南長(zhǎng)沙410007)

局放帶電檢測(cè)技術(shù)在開(kāi)關(guān)柜電纜缺陷檢測(cè)中的應(yīng)用

周 挺1，胡永芳2，汪新秀3，范 敏3，段肖力3

(1.國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司，湖南長(zhǎng)沙410007；2.國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司岳陽(yáng)供電分公司，湖南岳陽(yáng)420005；3.國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院，湖南長(zhǎng)沙410007)

簡(jiǎn)要闡述了開(kāi)關(guān)柜局部放電檢測(cè)技術(shù)原理和開(kāi)關(guān)柜內(nèi)局部放電缺陷類型，介紹了一例利用暫態(tài)電壓、超聲、特高頻綜合檢測(cè)技術(shù)成功發(fā)現(xiàn)某開(kāi)關(guān)柜熱縮電纜終端絕緣對(duì)地局部放電的典型案例，并提出了一種開(kāi)關(guān)柜內(nèi)局部放電聲電聯(lián)合定位方法。

開(kāi)關(guān)柜；電纜；帶電檢測(cè)；聲電聯(lián)合定位

1 開(kāi)關(guān)柜局放帶電檢測(cè)技術(shù)簡(jiǎn)介

開(kāi)關(guān)柜局部放電帶電檢測(cè)技術(shù)主要包括特高頻局部放電檢測(cè)(UHF)、超聲局部放電檢測(cè)(AE)、暫態(tài)地電壓局部放電檢測(cè)(TEV)。

1.1 特高頻局部放電檢測(cè)(UHF)

電力設(shè)備內(nèi)發(fā)生局部放電時(shí)的電流脈沖(上升沿為納秒級(jí))能在內(nèi)部激勵(lì)頻率高達(dá)數(shù)G赫茲的電磁波，特高頻局部放電檢測(cè)就是通過(guò)檢測(cè)這種電磁波信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)局部放電檢測(cè)的目的。特高頻法檢測(cè)頻段高(通常為300～3 000 MHz)，具有檢測(cè)靈敏度，現(xiàn)場(chǎng)抗低頻電暈干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)局部放電源定位。同時(shí)，不同類型絕緣缺陷局部放電所產(chǎn)生的特高頻信號(hào)的脈沖幅值、數(shù)量、相位分布、頻譜等特征量存在不同，可根據(jù)這些特征量來(lái)判斷絕緣缺陷類型。

1.2 超聲波局部放電檢測(cè)(AE)

電力設(shè)備內(nèi)發(fā)生局部放電時(shí)，在放電區(qū)域中的分子會(huì)出現(xiàn)劇烈運(yùn)動(dòng)并相互撞擊，宏觀上會(huì)產(chǎn)生聲波，通過(guò)檢測(cè)頻率大于20 kHz的超聲波信號(hào)來(lái)判斷局部放電的方法稱為超聲波檢測(cè)法。

高壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)產(chǎn)生的局部放電時(shí)的超聲波信號(hào)可以利用非接觸式超聲波傳感器在柜體縫隙處進(jìn)行檢測(cè)。由于超聲波在開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部的傳播存在折反射，使得局部放電定位的精度受到限制，難以利用超聲波信號(hào)對(duì)局部放電進(jìn)行精確定位。

1.3 暫態(tài)地電壓局部放電檢測(cè)(TEV)

綜上所述，自動(dòng)化的機(jī)械制造發(fā)展必將經(jīng)歷技術(shù)革新與創(chuàng)新，核心技術(shù)內(nèi)容的掌握尤為必要。為滿足未來(lái)階段的技術(shù)發(fā)展需求，自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備制造應(yīng)以市場(chǎng)發(fā)展方向?yàn)閷?dǎo)向，對(duì)現(xiàn)階段的核心技術(shù)內(nèi)容加以改進(jìn)，并加大綜合性技術(shù)研發(fā)投入，解決關(guān)鍵性技術(shù)問(wèn)題，為我國(guó)自動(dòng)化機(jī)械制造發(fā)展奠定良好的技術(shù)根基。

暫態(tài)地電壓局部放電檢測(cè)技術(shù)是一種檢測(cè)電力設(shè)備內(nèi)部絕緣缺陷的技術(shù)，廣泛應(yīng)用于開(kāi)關(guān)柜、環(huán)網(wǎng)柜、電纜分支箱等配電設(shè)備的內(nèi)部絕緣缺陷檢測(cè)。但由于暫態(tài)低電壓脈沖必須通過(guò)設(shè)備金屬殼體間的間隙處由內(nèi)表面?zhèn)髦镣獗砻娣娇杀粰z測(cè)到，因此該檢測(cè)技術(shù)不適用于金屬外殼完全密封的電力設(shè)備(如GIS)，暫態(tài)地電壓局部放電檢測(cè)技術(shù)對(duì)尖端放電、電暈放電和絕緣子內(nèi)部放電比較敏感，檢測(cè)效果較好，而對(duì)沿面放電、絕緣子表面放電不敏感，因此，在電力設(shè)備絕緣缺陷檢測(cè)時(shí)，暫態(tài)地電壓局部放電檢測(cè)技術(shù)常與超聲波檢測(cè)技術(shù)配合使用。

1.4 開(kāi)關(guān)柜局放帶電檢測(cè)信號(hào)分析原則

1)橫向分析法。對(duì)同個(gè)開(kāi)關(guān)室中開(kāi)關(guān)柜的檢測(cè)結(jié)果做出橫向比較，如果其中一個(gè)開(kāi)關(guān)柜的檢測(cè)結(jié)果明顯大于現(xiàn)場(chǎng)背景值以及相鄰開(kāi)關(guān)柜的測(cè)試結(jié)果，則可推斷該設(shè)備可能存在缺陷。

2)趨勢(shì)分析法。分析同一個(gè)開(kāi)關(guān)柜在不同時(shí)間的檢測(cè)結(jié)果，進(jìn)行縱向比較判斷開(kāi)關(guān)柜的局放帶電檢測(cè)信號(hào)變化趨勢(shì)。按周期開(kāi)展開(kāi)關(guān)柜局放帶電檢測(cè)，保留每次的檢測(cè)結(jié)果，可根據(jù)檢測(cè)結(jié)果對(duì)設(shè)備局部放電狀態(tài)變化的趨勢(shì)進(jìn)行分析。

3)定值判別。將判斷閾值或典型圖譜與開(kāi)關(guān)柜的局放帶電檢測(cè)結(jié)果比較，分析比較結(jié)果來(lái)判斷開(kāi)關(guān)柜的運(yùn)行狀態(tài)。應(yīng)當(dāng)注意，超聲波定值判別時(shí)應(yīng)結(jié)合聲音進(jìn)行判別，以提高判斷準(zhǔn)確性。

2 典型案例分析

2.1 開(kāi)關(guān)柜局放普測(cè)數(shù)據(jù)分析

對(duì)某變電站內(nèi)10 kV開(kāi)關(guān)柜進(jìn)行暫態(tài)地電壓、超聲波、特高頻信號(hào)普測(cè)，開(kāi)關(guān)柜的測(cè)試異常數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。測(cè)試背景為:陰天，溫度14℃，相對(duì)濕度82%，TEV背景為11 dB，AE背景為0，UHF背景值為0。

表1 暫態(tài)地電壓、超聲波、特高頻測(cè)試數(shù)據(jù)表dB

從表1中可知，TEV的相對(duì)值均小于20 dB，暫態(tài)地電壓未顯示該開(kāi)關(guān)柜存在局部放電現(xiàn)象。但超聲波傳感器在314開(kāi)關(guān)柜前面板下方檢測(cè)到有異常的超聲信號(hào)，幅值最大為17.4 dB，如圖1所示。

圖1 超聲檢測(cè)幅值圖譜

耳機(jī)中能聽(tīng)到明顯放電聲，觀察超聲檢測(cè)波形和相位圖譜，每周期有一簇幅值較大和一簇幅值較小的信號(hào)，如圖2，3所示，根據(jù)超聲波局部放電缺陷類型的判定標(biāo)準(zhǔn)，初步判斷為314柜內(nèi)存在類電暈放電現(xiàn)象。

圖2 超聲檢測(cè)波形圖譜

圖3 超聲檢測(cè)相位圖譜

同時(shí)，特高頻傳感器在該位置也檢測(cè)到異常信號(hào)，如圖4所示，根據(jù)特高頻圖譜特征分析，也判斷為類電暈放電現(xiàn)象。

圖4 特高頻檢測(cè)PRPD/PRPS圖譜

2.2 局放診斷數(shù)據(jù)及缺陷定位分析

采用高速示波器對(duì)314開(kāi)關(guān)柜局部放電進(jìn)行精確診斷，波形如圖5所示(黃色為特高頻信號(hào)，紅色為超聲信號(hào))，從該波形可知，特高頻信號(hào)每周期一簇，信號(hào)較為密集，幅值較小，約148 mV，但具有間歇性，判斷為類電暈放電。超聲信號(hào)較為明顯，幅值約117 mV。

圖5 局部放電診斷波形

使用聲電聯(lián)合法對(duì)該局放信號(hào)進(jìn)行定位，如圖6所示(黃色為特高頻信號(hào)，紅色為超聲信號(hào))。由圖6數(shù)據(jù)可知，聲電時(shí)延約1.5 ms，利用空氣中的等值聲速(340 m/s)與聲電時(shí)延的乘積可知，放電點(diǎn)離超聲傳感器約0.5 m。

圖6 局部放電診斷定位波形

2.3 分析與驗(yàn)證

從314開(kāi)關(guān)柜局放檢測(cè)信號(hào)、典型圖譜及聲電聯(lián)合定位表明在314開(kāi)關(guān)柜前面板下方存在類電暈型放電，放電點(diǎn)位于開(kāi)關(guān)柜前面板最下方中部縱深約0.5 m處。初步判斷放電位置如圖7中圓圈位置，懷疑是B相電纜本體離接地扁鐵距離太近，絕緣距離不夠?qū)е碌目諝庵蓄愲姇炐头烹姟：笸ｋ妼?duì)314開(kāi)關(guān)柜進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)柜內(nèi)B相熱縮電纜對(duì)電纜接地構(gòu)架處有明顯放電痕跡，驗(yàn)證了帶電檢測(cè)結(jié)論的正確性，如圖8所示。

圖7 缺陷疑似位置

圖8 解體檢查發(fā)現(xiàn)的局部放電位置

3 結(jié)論

1)帶電檢測(cè)技術(shù)能在不停電的情況下有效發(fā)現(xiàn)開(kāi)關(guān)柜內(nèi)潛伏性絕緣缺陷，避免開(kāi)關(guān)柜事故的發(fā)生，保證了設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行；

2)采用聲電定位技術(shù)可準(zhǔn)確推斷開(kāi)關(guān)柜內(nèi)局部放電源位置，能有效指導(dǎo)檢修策略制定和檢修工作的開(kāi)展，減少缺陷處理時(shí)間。

〔1〕張雄清，劉黎，金海龍.35 kV開(kāi)關(guān)柜局放檢測(cè)異常分析及處理〔J〕.電氣技術(shù)，2013(6):58-60.

〔2〕龐驍剛.開(kāi)關(guān)柜局部放電原因分析與處理〔J〕.云南電力技術(shù)，2011，39(4):56-57.

〔3〕Gupta N，Ramu T.S.Estimation of partial discharge parameters in GIS using acoustic emission techniques〔J〕.Journal of Sound and Vibration，2001，247(2):243-260.

〔4〕Baumgartner R.，F(xiàn)ruth B.，Lanz W.，el al.Partial Discharge Part X: PD in gas insulated substations-measurement；practical considerations〔J〕.IEEE Electrical Insulation Magazine，1992，8(1):16-27.

〔5〕國(guó)家電網(wǎng)公司運(yùn)檢部.電網(wǎng)設(shè)備帶電檢測(cè)技術(shù)〔M〕.北京:中國(guó)電力出版社，2014.

Application of PD live detection techniques in diagnosis of switchgear cable defect

ZHOU Ting1，HU Yongfang2，WANG Xinxiu3，F(xiàn)AN Min3，DUAN Xiaoli3
(1.State Gird Hunan Electric Power Corporation，Changsha 410007，China；2.State Gird Hunan Electric Power Corporation Yueyang Power Supply Company，Yueyang 420005，China；3.State Gird Hunan Electric Power Corporation Research Institute，Changsha 410007，China)

This paper briefly describes the principle of switchgear partial discharge detection and the types of switching cabinet partial discharge defect，introduces a typical case about the use of transient earth voltage(TEV)，acoustic emission(AE)，ultra high frequency(UHF)technology to successfully find the partial discharge on heat shrinkable cable-ending in switchgear，and proposes a method of partial discharge electro acoustic positioning.

switchgear；cable；live detection；electro-acoustic positioning

TM855.1

B

1008-0198(2016)02-0080-03

周挺(1981)，男，碩士，高級(jí)工程師，主要從事輸電線路試驗(yàn)和帶電檢測(cè)研究工作。

10.3969/j.issn.1008-0198.2016.02.021

2015-12-29 改回日期:2016-02-24