應(yīng)用帶電檢測(cè)技術(shù)對(duì)開關(guān)柜早期缺陷的診斷

蔣超偉，蘇　淼，陸穎杰，唐亞前

（國(guó)網(wǎng)寧夏電力公司檢修公司，寧夏　銀川，750011）

電力系統(tǒng)常見高壓開關(guān)柜電壓等級(jí)有10 kV和35 kV，在電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行中具有非常重要的作用，但因?yàn)檫\(yùn)行環(huán)境等因素，開關(guān)柜常容易出現(xiàn)絕緣受潮、老化以及絕緣材料中存在氣泡、雜質(zhì)等情況，使得絕緣故障成為開關(guān)柜運(yùn)行缺陷的主要原因之一[1-2]，而且針對(duì)高壓開關(guān)柜的例行停電檢修周期普遍較長(zhǎng)，無(wú)法較早地發(fā)現(xiàn)開關(guān)柜的潛伏性缺陷，對(duì)電網(wǎng)造成較大的安全隱患；因此，當(dāng)開關(guān)柜在巡檢的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)異常信號(hào)，測(cè)試人員采用暫態(tài)地電壓、特高頻及超聲波等方法對(duì)開關(guān)柜進(jìn)行帶電檢測(cè)，并通過(guò)局放定位技術(shù)確定其局放類型和局放源，對(duì)開關(guān)柜早期缺陷的消除提出了有效的預(yù)防措施。

1　異常診斷分析和需要解決的問(wèn)題

1.1　異常診斷分析

2016年6月18日，電氣檢測(cè)專業(yè)對(duì)某750 kV變電站35 kV開關(guān)柜開展專項(xiàng)帶電檢測(cè)工作，檢測(cè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)303開關(guān)柜內(nèi)超聲波、特高頻信號(hào)異常。

該開關(guān)柜在運(yùn)行期間，運(yùn)行人員日常巡視未發(fā)現(xiàn)異常情況，在專項(xiàng)帶電檢測(cè)工作中發(fā)現(xiàn)異常信號(hào)，初步判斷外部存在較強(qiáng)的干擾信號(hào)或者內(nèi)部可能存在早期潛伏性放電缺陷。

在檢測(cè)過(guò)程中，測(cè)試人員分別單獨(dú)采用了暫態(tài)地電壓局部放電檢測(cè)法、超聲波局部放電檢測(cè)法、特高頻局部放電檢測(cè)法，并用幅值比較法和時(shí)差定位法對(duì)放電信號(hào)源進(jìn)行定位。

暫態(tài)地電壓局部放電檢測(cè)法可通過(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，通過(guò)該方法對(duì)開關(guān)柜的金屬表面進(jìn)行檢測(cè)，但由于暫態(tài)地電壓信號(hào)頻率低、衰減慢，存在抗干擾能力不強(qiáng)、定位技術(shù)復(fù)雜且精度低等問(wèn)題，—般只用作普測(cè)與跟蹤［3］，難以發(fā)現(xiàn)開關(guān)柜異常狀況。

通過(guò)特高頻局部放電檢測(cè)法在開關(guān)柜的玻璃觀察窗或者非金屬控制開關(guān)上檢測(cè)特高頻局放信號(hào)，此方法靈敏度較高，抗干擾能力較強(qiáng)，但受被測(cè)設(shè)備密封結(jié)構(gòu)影響較大，開關(guān)柜完全密封的情況下很難實(shí)現(xiàn)檢測(cè)［4］，且由于測(cè)量帶寬一般高于電暈放電的400 MHz，對(duì)開關(guān)柜內(nèi)的電暈放電不敏感，且無(wú)法準(zhǔn)確判斷放電嚴(yán)重程度。

采用超聲波局部放電檢測(cè)法在開關(guān)柜縫隙和柜體表面檢測(cè)超聲波局放信號(hào)，由于超聲波實(shí)質(zhì)上是一種機(jī)械振動(dòng)波，異于電信號(hào)，因此基本不受電信號(hào)的干擾，但其靈敏度不高，且易受外界機(jī)械振動(dòng)的影響［5］，難以確定異常信號(hào)是來(lái)自內(nèi)部還是外部機(jī)械振動(dòng)干擾。

采用幅值定位法對(duì)開關(guān)柜進(jìn)行初步放電源位置定位，暫態(tài)地電壓和超聲波的測(cè)試方法主要使用幅值比較法來(lái)進(jìn)行初步定位。

當(dāng)設(shè)備外部存在干擾放電源時(shí)，也會(huì)在不同位置產(chǎn)生強(qiáng)度類似的信號(hào)，難以有效定位，同時(shí)也難以區(qū)分設(shè)備內(nèi)部或外部的放電［6］。

采用時(shí)差定位法對(duì)開關(guān)柜放電源進(jìn)行精確定位，但是由于時(shí)差定位的傳感器只能放置在玻璃觀察窗或者非金屬控制開關(guān)上，對(duì)準(zhǔn)確定位還是存在一定的偏差。

1.2　需要解決的問(wèn)題

（1）判斷異常信號(hào)是干擾信號(hào)還是來(lái)自柜內(nèi)放電信號(hào)；

（2）判斷異常放電信號(hào)的放電類型；

（3）判斷異常放電信號(hào)的嚴(yán)重程度。

由于局部放電是一個(gè)復(fù)雜的化學(xué)物理過(guò)程，并且檢測(cè)環(huán)境復(fù)雜，開關(guān)柜處于電磁干擾和噪聲干擾的環(huán)境中，單一的帶電檢測(cè)方法及定位技術(shù)無(wú)法判斷放電位置及嚴(yán)重程度，急需一種新的檢測(cè)方法來(lái)解決問(wèn)題。

2　聲電聯(lián)合綜合檢測(cè)定位技術(shù)

針對(duì)3種局部放電檢測(cè)方法和2種定位技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和不足，本文提出了聲電聯(lián)合綜合檢測(cè)定位技術(shù)。

2016年6月，電氣檢測(cè)專業(yè)對(duì)某750 kV變電站35 kV開關(guān)柜開展專項(xiàng)帶電檢測(cè)工作，檢測(cè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)303開關(guān)柜內(nèi)超聲波、特高頻信號(hào)異常。該小室內(nèi)共有KYN61A-40.5鎧裝移開式金屬封閉開關(guān)柜兩面，開關(guān)柜分布如圖1所示。

圖1　小室內(nèi)開關(guān)柜分布

2.1　暫態(tài)地電壓檢測(cè)結(jié)果

暫態(tài)地電壓檢測(cè)位置包括前上、前中、前下、后上、后中、后下、以及側(cè)上、側(cè)中、側(cè)下9個(gè)點(diǎn)記錄測(cè)量值，具體測(cè)試結(jié)果如表1所示。

表1　開關(guān)柜暫態(tài)地電壓檢測(cè)結(jié)果

當(dāng)前環(huán)境金屬背景噪聲為12 dB，空氣背景噪聲為3 dB。通過(guò)表1看出，小室內(nèi)兩組開關(guān)柜暫態(tài)地電壓數(shù)據(jù)在8～12 dB范圍內(nèi)波動(dòng)，與背景值比較均未超過(guò)20 dB，暫態(tài)地電壓測(cè)試值正常［7］。

2.2　超聲波檢測(cè)結(jié)果

用非接觸式超聲傳感器對(duì)兩面開關(guān)柜的縫隙及開孔處進(jìn)行檢測(cè)，最終檢測(cè)到303開關(guān)柜超聲波信號(hào)幅值異常，在連續(xù)模式下，如圖2所示，303開關(guān)柜處超聲信號(hào)有效值和峰值與背景值相比明顯偏大，100 Hz相關(guān)性明顯，50 Hz相關(guān)性較弱，頻率成分2（100 Hz）大于頻率成分1（50 Hz）。從圖3可以看出，超聲波檢測(cè)相位模式下，一個(gè)周期出現(xiàn)兩簇較集中信號(hào)，且信號(hào)集中在一、三相限，通過(guò)連續(xù)模式和相位模式的綜合判斷放電類型符合懸浮放電的特征［8］。

圖2　超聲波檢測(cè)幅值圖譜

圖3　超聲波檢測(cè)相位圖譜

2.3　特高頻測(cè)試結(jié)果

對(duì)小室內(nèi)的開關(guān)柜均進(jìn)行特高頻測(cè)試，發(fā)現(xiàn)303開關(guān)柜存在疑似放電信號(hào)，從圖4可以看出，一個(gè)工頻周期內(nèi)出現(xiàn)兩簇明顯脈沖信號(hào)，且信號(hào)集中在第一、三象限，具有較強(qiáng)的工頻相關(guān)性，說(shuō)明存在疑似懸浮放電信號(hào)［8］。

圖4　特高頻PRPD-PRPS圖譜

2.4　局放源定位及停電檢查

2.4.1局放類型分析

采用PDS-G1500對(duì)放電信號(hào)進(jìn)行采集，如圖5所示，從圖中可以看出示波器10 ms波形圖一個(gè)工頻周期（20 ms）內(nèi)穩(wěn)定出現(xiàn)2根脈沖信號(hào)，偶爾有幅值較小的脈沖信號(hào)出現(xiàn)，綜合判斷為懸浮電位放電類型，其幅值最大為1.06 V，幅值較大［9］。

圖5　10 ms示波器波形

2.4.2局放信號(hào)定位分析

先采取雙傳感器模式確定局放是發(fā)生在柜體內(nèi)部還是外部，將2個(gè)傳感器分別布置于地面和開關(guān)柜后下面板距離地面20 cm處非金屬控制開關(guān)上，后柜傳感器放置的方法同樣，示波器顯示的波形如圖6所示，可看出放置于非金屬控制開關(guān)上的傳感器1存在局放脈沖信號(hào)，傳感器2未見局放信號(hào)，說(shuō)明該放電源來(lái)自于開關(guān)柜內(nèi)部。

圖6　10 ms雙傳感器波形

確定放電源位于開關(guān)柜內(nèi)部后，使用時(shí)差定位法不斷對(duì)疑似存在放電源的位置進(jìn)行精確定位，并分別從柜體橫向、垂直方向、深度方向3個(gè)方向上進(jìn)行定位，最終確定位置在開關(guān)柜下部柜體中上部，深度在柜體中間偏向柜前4.5 cm左右位置，結(jié)合開關(guān)柜結(jié)構(gòu)判斷放電源可能位于穿柜套管、小車開關(guān)動(dòng)靜觸頭、避雷器附近。

2.4.3停電檢查

將303開關(guān)柜停電后，根據(jù)示波器對(duì)放電源的精確定位，對(duì)303開關(guān)柜外加電壓并用紫外測(cè)試的方法查找放電位置。

在運(yùn)行電壓下，對(duì)穿柜套管、母線連接排、避雷器等部位進(jìn)行紫外測(cè)試，均未發(fā)現(xiàn)放電現(xiàn)象，降壓后手動(dòng)搖開開關(guān)柜內(nèi)靜觸頭處絕緣擋板，再次加壓用紫外檢測(cè)發(fā)現(xiàn)A相下部靜觸頭與套管內(nèi)壁之間存在放電，B、C相在紫外的高增益情況下也存在略微放電，具體放電情況見圖7，驗(yàn)證了帶電檢測(cè)方法和定位技術(shù)的準(zhǔn)確性。

圖7　303開關(guān)柜套管放電情況

降壓后，打開絕緣隔板檢查發(fā)現(xiàn)套管的上下靜觸頭都存在不同程度的臟污現(xiàn)象，放電原因?yàn)殪o觸頭套管積存的懸浮顆粒對(duì)靜觸頭導(dǎo)電芯進(jìn)行放電。采用棉紗蘸酒精，對(duì)套管內(nèi)部、斷路器小車觸頭、避雷器、母線連接排等進(jìn)行了清理，處理后，再次用紫外成像檢查放電，放電情況消失。

2.4.4送電后復(fù)測(cè)情況

送電后，對(duì)35 kV高壓室內(nèi)303開關(guān)柜進(jìn)行暫態(tài)地電壓、超聲波復(fù)測(cè)。暫態(tài)地電壓測(cè)試數(shù)值如表2所示。金屬噪聲背景17 dB，測(cè)試數(shù)據(jù)在14～16 dB范圍內(nèi)波動(dòng)，暫態(tài)地電壓幅值未超過(guò)20 dB，與背景值接近。超聲波連續(xù)檢測(cè)模式下檢測(cè)圖譜中顯示信號(hào)幅值未見異常，頻率成分1[50Hz]及頻率成分2[100Hz]信號(hào)未見異常，綜合判斷303開關(guān)柜局放超聲檢測(cè)正常。

表2　開關(guān)柜暫態(tài)地電壓檢測(cè)結(jié)果

3　效果評(píng)價(jià)

（1）本次開關(guān)柜帶電檢測(cè)普測(cè)，暫態(tài)地電壓檢測(cè)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)異常信號(hào)，特高頻局部放電檢測(cè)及超聲波局部放電檢測(cè)法均檢測(cè)到異常信號(hào)，說(shuō)明帶電檢測(cè)技術(shù)具有早期預(yù)見性，開關(guān)柜帶電檢測(cè)能夠在設(shè)備正常運(yùn)行的情況下檢測(cè)其絕緣狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)早期缺陷，避免重大事故發(fā)生。

（2）采用單一帶電檢測(cè)技術(shù)不能作為開關(guān)柜是否存在放電信號(hào)的判斷依據(jù)，也無(wú)法判斷放電嚴(yán)重程度，故而采用具有放電源帶電檢測(cè)的聲電聯(lián)合定位功能的技術(shù)，快速準(zhǔn)確地確定放電類型、嚴(yán)重類型及放電源的故障部位。此方法能夠彌補(bǔ)常規(guī)檢測(cè)方法定位上的不足，極大方便了故障點(diǎn)和干擾源的查找，避免反復(fù)停電檢修，提高檢修效率。

（3）采用聲電聯(lián)合的帶電檢測(cè)技術(shù)對(duì)開關(guān)柜現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)實(shí)施方便快捷，可持續(xù)跟蹤監(jiān)測(cè)，對(duì)于早期的放電缺陷可進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)，觀察缺陷的發(fā)展情況，提出合理的消缺安排，確保電力用戶用電的時(shí)效性。

（4）在確定開關(guān)柜的早期缺陷對(duì)設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行造成了威脅，放電源類型和位置的確定為針對(duì)性停電檢修提供技術(shù)支持，并且借助開關(guān)柜帶電檢測(cè)，可以避免盲目停電檢修，從而提高設(shè)備的檢修效率及質(zhì)量。

4　結(jié)論

（1）聲電聯(lián)合的綜合帶電檢測(cè)方法及定位技術(shù)可應(yīng)用于開關(guān)柜早期缺陷診斷中。

（2）目前的帶電檢測(cè)方法方便快捷，在系統(tǒng)中逐漸推廣應(yīng)用，對(duì)設(shè)備絕緣狀態(tài)的評(píng)估起到越來(lái)越重要的作用。

（3）伴隨著帶電檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展和成熟，還須要對(duì)檢測(cè)方法、缺陷判別、精確定位等方面做更多的探索和研究。

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