廣州電網(wǎng)10kV配電設(shè)備檢測新技術(shù)在狀態(tài)檢修中的研究與應(yīng)用

中國南方電網(wǎng)廣州供電局有限公司 莫文雄 方健 王勁 王勇 欒樂 黃慧紅 覃煜 李盛楠

廣州電網(wǎng)10kV配電設(shè)備檢測新技術(shù)在狀態(tài)檢修中的研究與應(yīng)用

中國南方電網(wǎng)廣州供電局有限公司 莫文雄 方健 王勁 王勇 欒樂 黃慧紅 覃煜 李盛楠

目前大型城市配電設(shè)備大多采用的計劃檢修模式，而配網(wǎng)運行的電氣設(shè)備的狀態(tài)各有差異，工作條件有好有壞，有的到期卻并不需要檢修，而有的雖未到期，卻很可能需要檢修。如何合理安排設(shè)備檢修，同時保證配網(wǎng)有較高的可靠性，狀態(tài)檢修為解決當前面臨的問題提供了一個很好的解決辦法。

配網(wǎng)設(shè)備；檢測新技術(shù)；帶電檢測；振蕩波；狀態(tài)檢修

1 推行狀態(tài)檢修的目的與意義

當設(shè)備發(fā)生故障，往往要花費數(shù)小時搶修，而且會造成難以估量的停電損失。如何才能盡量避免找故障，就是要走在故障的前面，通過技術(shù)檢測手段，識別故障的早期征兆，對故障部位、故障嚴重程度及發(fā)展趨勢做出判斷，從而確定最佳維修時機。實行狀態(tài)檢修的目的是為了延長設(shè)備壽命，確保供電可靠性，降低檢修成本，減少檢修風(fēng)險。

2 狀態(tài)檢修的方法與策略

狀態(tài)檢修是通過對設(shè)備狀態(tài)進行監(jiān)測，然后按設(shè)備的健康狀態(tài)來安排檢修的一種策略。狀態(tài)檢修分為三個階段：狀態(tài)監(jiān)測、狀態(tài)評價與風(fēng)險評估、運行檢修策略。

2.1 狀態(tài)監(jiān)測

狀態(tài)監(jiān)測對設(shè)備的運行狀態(tài)進行測量、記錄，為設(shè)備評估和診斷提供數(shù)據(jù)支撐，該環(huán)節(jié)是實施狀態(tài)檢修的關(guān)鍵。狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)是一項技術(shù)含量高的綜合測試技術(shù)，尤其以帶電測試和在線監(jiān)測的技術(shù)難度大。帶電測試和在線監(jiān)測技術(shù)的推廣應(yīng)用既需要克服傳感器靈敏度、抗干擾能力等硬件技術(shù)，同時也需要積累豐富的數(shù)據(jù)診斷經(jīng)驗。

2.2 狀態(tài)評估與風(fēng)險評估

在狀態(tài)監(jiān)測和巡視維護的基礎(chǔ)上，按照現(xiàn)行管理及方法，開展設(shè)備的狀態(tài)評價和風(fēng)險評估，分析掌握設(shè)備的健康狀況和運行風(fēng)險，為制定監(jiān)測、運行、維護、檢修策略提供科學(xué)的依據(jù)。

2.3 運行檢修策略

根據(jù)設(shè)備狀態(tài)評價及風(fēng)險評估結(jié)果制定相應(yīng)的運行檢修策略，調(diào)整設(shè)備預(yù)試、檢修工作時機和工作重點，有針對性的把有限的資源集中投入到高風(fēng)險、狀態(tài)差的設(shè)備管理上，使設(shè)備試驗、巡視、運行維護以及大修技改等設(shè)備運行管理工作更具針對性、合理性和有效性。

3 狀態(tài)檢修技術(shù)的應(yīng)用

為做好提前預(yù)控，防患于未然，我局全面推廣狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)，為設(shè)備“把好脈”。2010年12月開展對運行設(shè)備進行狀態(tài)檢修工作，降低電力設(shè)備故障率。在沒有太多經(jīng)驗的借鑒下不斷改進檢測技術(shù)和管理方法，通過一年多的實踐工作取得了良好效果，為廣州亞運會保電線路的打下良好基礎(chǔ)。

3.1 振蕩波電壓法

3.1.1 振蕩波電壓法的原理

圖1 振蕩波電壓法檢測系統(tǒng)示意圖

表1 OWTS-28M系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)

振蕩波電壓試驗方法的基本思路是利用電纜等值電容與電感線圈的串聯(lián)諧振原理，使振蕩電壓在多次極性變換過程中電纜缺陷處會激發(fā)出局部放電信號，通過高頻耦合器測量該信號從而達到檢測目的[11][12]。試驗接線圖如圖1所示，整個試驗回路分為兩個部分：一是直流預(yù)充電回路；二是電纜與電感充放電過程，即振蕩過程。這兩個回路之間通過快速關(guān)斷開關(guān)實現(xiàn)轉(zhuǎn)換。

3.1.2 主要技術(shù)參數(shù)

目前，振蕩波電壓法檢測系統(tǒng)有4種常用的類型28kV、60kV、150kV和350kV，分別用來檢測10kV、35kV、110kV及220kV或330kV電壓等級的電纜。本文使用的是28kV電壓等級的產(chǎn)品，表示該系統(tǒng)對電纜的直流充電電壓能夠最高施加到28kV，技術(shù)參數(shù)如表1所示。按照上述參數(shù)，該套系統(tǒng)能夠檢測的10kV電纜長度在125米至5000米之間?？紤]10kV電纜的運行年限、敷設(shè)環(huán)境及接頭的制作情況等因素，較理想地檢測范圍一般在3000米以內(nèi)。并且，當被測電纜較短時，為將振蕩頻率保持在一定范圍，可以在電纜上并聯(lián)一個電容。

3.1.3 局部放電定位原理

振蕩過程中，利用行波法對局放信號進行定位。測試一條長度為l的電纜，假設(shè)在距測試端x處發(fā)生局部放電，脈沖沿電纜向兩個相反方向傳播，其中一個脈沖經(jīng)過時間t1到達測試端；另一個脈沖向測試對端傳播，在電纜末端發(fā)生反射，之后再向測試端傳播，經(jīng)過時間t2到達測試端，如圖2所示。根據(jù)兩個脈沖到達測試端的時間差，可計算局部放電發(fā)生位置，即∶

式中，v為電纜中的波速。

圖2 脈沖反射法原理示意圖

脈沖反射法在10kV電纜找故障中被廣泛采用，所以這種方法很容易被操作人員掌握，非常方便現(xiàn)場推廣使用。準確尋找入射波和放射波是提高局部放電定位準確性的關(guān)鍵。一般原則是入射波幅值大于放射波，入射波上升沿更加陡而反射波脈沖更寬。

自2012年底開始，共完成測試任務(wù)總數(shù)為1094回線路，其中684條舊電纜，410條新電纜，發(fā)現(xiàn)局放電纜線路89條。這些電纜存在的的缺陷都得到驗證并都得到了及時修復(fù)，并在修復(fù)后通過了局放測試，成功為大型城市配網(wǎng)的安全可靠供電排除了隱患。

案例：技術(shù)人員利用振蕩波電壓法對我局某條出線電纜進行交接試驗檢查時發(fā)現(xiàn)距離測試端142米左右位置存在集中性的局部放電現(xiàn)象，位置正好是中間接頭所在處，并且局部放電視在放電量幅值分別達到了280pC、135pC、275pC，具體分析結(jié)果如圖3所示，由于幅值并不是特別高，我局選擇1年后復(fù)測觀測局部放電的發(fā)展趨勢。第二次檢測結(jié)果再次表明在距離測試端142米左右位置存在集中性放電現(xiàn)象，局部放電視在放電量幅值分別達到了1500pC、0pC、1650pC，結(jié)果如圖4所示，根據(jù)相關(guān)經(jīng)驗需要對該條電纜施行檢修。

我局隨后立即對該電纜接頭進行解體分析，具體的解體分析情況如圖4所示，同時也驗證了振蕩波試驗的分析結(jié)果。

發(fā)現(xiàn)壓接處打磨工藝控制不足，表面有毛刺，在運行中會產(chǎn)生局部放電，如圖5所示；

三相銅屏蔽表面有明顯銹蝕，其中一相的熱縮管與主絕緣界面存在氣隙，如圖7所示。

3.1.4 應(yīng)用小結(jié)

(1)電纜振蕩波技術(shù)可以有效檢測出10kV配電電纜的各種局部缺陷并對其進行準確定位，可以促進安裝工藝的提高和避免電纜因長期運行逐漸劣化引起突發(fā)性事故的發(fā)生。

圖3 第一次電纜局部放電檢查結(jié)果

(2)通過該項技術(shù)的測試，發(fā)現(xiàn)了很多電纜缺陷，其原因主要是安裝工藝粗糙、受潮和用錯材料等幾個方面。

圖4 第二次復(fù)測電纜局部放電檢查結(jié)果

3.2 局放帶電(超聲波及地電波)檢測技術(shù)的應(yīng)用

10kV高壓環(huán)網(wǎng)柜是向用戶供電的最直接的設(shè)備，其運行可靠性直接關(guān)系到供電質(zhì)量和供電可靠性。由于近年來環(huán)網(wǎng)柜故障經(jīng)常發(fā)生，迫切需要對開關(guān)柜絕緣狀態(tài)檢測方法進行研究。帶電局部放電檢測主要采用非嵌入式局部放電檢測方法。該方法主要通過檢測局部放電所發(fā)出的電磁波和超聲波來實現(xiàn)局部放電的非嵌入式檢測。

3.2.1 超聲波檢測技術(shù)

局部放電的聲發(fā)射檢測技術(shù)：用儀器探測、記錄、分析聲發(fā)射信號和利用聲發(fā)射信號推斷聲發(fā)射源的技術(shù)稱為聲發(fā)射檢測技術(shù)。聲發(fā)射檢測技術(shù)是一種新興的無損檢測技術(shù)，基本原理如圖8所示。

3.2.2 地電波（TEV）檢測技術(shù)

TEV的產(chǎn)生及檢測原理：絕緣結(jié)構(gòu)中若存在局部電場較高（場強分布不均勻），或因制造工藝不完善、運行中絕緣有機物分解、固體絕緣受機械力作用發(fā)生開裂等原因形成缺陷，運行中的這些部位就容易出現(xiàn)絕緣擊穿、發(fā)生局部放電，這個過程中產(chǎn)生的高頻信號就會傳輸?shù)皆O(shè)備外層，形成暫態(tài)對地電壓，簡稱TEV。我們可以通過特制的電容耦合探測器捕捉這個TEV信號（測量方法見圖9），從而得出局部放電的幅值（dB）和放電脈沖頻率。

該檢測采用超聲波及地電波技術(shù)，能夠在帶電狀態(tài)下進行短時的在線監(jiān)測，只在需要進行設(shè)備缺陷、故障的綜合診斷時才進行停電試驗。在一次檢測過程中，發(fā)現(xiàn)我局重大保供電環(huán)網(wǎng)柜存在缺陷。

根據(jù)與新加坡電網(wǎng)公司對標結(jié)果來看,狀態(tài)監(jiān)測十分務(wù)實，開展開關(guān)柜地電波局部放電測試、開關(guān)柜超聲波局部放電測試，實踐證明對發(fā)現(xiàn)開關(guān)柜內(nèi)部的絕緣故障有較好的效果，監(jiān)測效果好，投入產(chǎn)出率高。使用該技術(shù)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了我局多起缺陷案例，本文列舉了其中1起，并將定位過程進行了說明。

2013年4月1日，溫度28℃，濕度為70%，技術(shù)人員利用TEV Plus+和Ultra 9000對我局某個電房內(nèi)的開關(guān)柜進行狀態(tài)檢測，測試結(jié)果嚴重超標，通過比較檢測基本能夠確認放電源來自開關(guān)內(nèi)部，現(xiàn)場有明顯放電聲和臭氧氣味。

2013年4月2日至2013年4月9日之間，技術(shù)人員利用PDM03對所有運行中的開關(guān)柜進行了為期7天的在線監(jiān)測。根據(jù)PDM03局放定位檢測儀的使用方法，在環(huán)網(wǎng)柜不同地點安裝8個傳感器，通過其監(jiān)測局放位置，結(jié)合后期軟件分析，發(fā)現(xiàn)檢測點G10柜上面母排處的TEV幅值最大。

圖5 壓接處打磨工藝控制不足

圖7 銅屏蔽表面有銅綠

監(jiān)測結(jié)束后對環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)部進行停電檢查發(fā)現(xiàn)：（1）開關(guān)柜內(nèi)銅排壓帽發(fā)現(xiàn)有凝露并形成了較多的水珠，開關(guān)柜的母排及接地銅排上均發(fā)現(xiàn)了銅綠，說明了開關(guān)柜受潮氣影響較嚴重。（2）現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)開關(guān)柜上部積污較嚴重，說明了開關(guān)柜也受污穢的影響。（3）現(xiàn)場發(fā)出了大部分開關(guān)的主絕緣已發(fā)生較嚴重的燒蝕，這可能已經(jīng)傷及了開關(guān)主絕緣的絕緣性能。根據(jù)開關(guān)柜停電的檢查結(jié)果，建議更換開關(guān)柜，同時也驗證了帶電監(jiān)測的準確性，現(xiàn)場解體情況如圖10所示。

3.2.3 應(yīng)用小結(jié)

(1)帶電測試技術(shù)已經(jīng)發(fā)揮越來越大的作用，成為配網(wǎng)設(shè)備技術(shù)監(jiān)督的有效手段，為延長配網(wǎng)設(shè)備預(yù)試時間、提高供電可靠性提供了非常有效的技術(shù)基礎(chǔ)。

(2)通過開展帶電檢測后，發(fā)現(xiàn)了很多缺陷，其原因主要是安裝工藝粗糙、設(shè)備老化及潮濕等幾個方面。

(3)繼續(xù)開展10kV開關(guān)柜局部放電的帶電檢測工作，積累更加豐富的現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)和經(jīng)驗，爭取完成開關(guān)柜絕緣狀態(tài)檢修模式轉(zhuǎn)變。

圖8 聲發(fā)射檢測技術(shù)的基本原理

圖9 地電波檢測示意圖

圖10 停電檢修圖

四、結(jié)論

綜上所述,狀態(tài)檢修是根據(jù)設(shè)備運行狀況而適時進行的預(yù)知性檢修, “該修必修，修必修好”是狀態(tài)檢修的特點。狀態(tài)檢修既不是出了問題才檢修,也不是想什么時候檢修才檢修,而是依據(jù)狀態(tài)檢測,對設(shè)備的檢修項目、執(zhí)行時間進行動態(tài)調(diào)整,其結(jié)果可能是延長也可能是縮短。通過逐步積累狀態(tài)分析經(jīng)驗，建立并完善適用于廣州配網(wǎng)的管理標準及技術(shù)標準。

狀態(tài)檢修的幾點建議：

(1)狀態(tài)檢修要求生產(chǎn)技術(shù)人員有全面的專業(yè)知識、獨立的判斷能力、能掌握設(shè)備狀態(tài)檢修監(jiān)測和故障分析的手段,能綜合評價設(shè)備的健康狀況,并參與檢修決策，因此需加強配電運行人員的技術(shù)及技能培訓(xùn)。

(2)當全面展開狀態(tài)檢測后，將獲得狀態(tài)特征及設(shè)備的信息，就需一個平臺保存及分析數(shù)據(jù)，使運行人員能實時掌握設(shè)備健康情況。建議建立配電線路綜合在線監(jiān)測平臺，包括電纜監(jiān)測、環(huán)網(wǎng)柜在線監(jiān)測、線路運行環(huán)境在線監(jiān)測等。

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