聯(lián)合局部放電檢測技術(shù)在開關(guān)柜上應(yīng)用

張　勇，吳鶴民，盛亞偉，龔紹文，鐘華春

（國網(wǎng)江西省電力有限公司贛西供電分公司，江西　新余　338000）

0　引言

目前，金屬封閉開關(guān)柜廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)6 kV、10 kV、35 kV電壓等級(jí)供電系統(tǒng)中，但長期運(yùn)行導(dǎo)致絕緣劣化會(huì)降低開關(guān)柜內(nèi)設(shè)備的電氣性能，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起開關(guān)柜爆炸[1-4]。因此，對(duì)開關(guān)柜開展各種試驗(yàn)和檢測具有十分重要的意義。傳統(tǒng)的停電例行試驗(yàn)是發(fā)現(xiàn)設(shè)備絕緣缺陷的有效手段，但存在試驗(yàn)周期長、對(duì)設(shè)備潛伏性缺陷覺察靈敏度不高、不宜靈活安排檢測周期進(jìn)而難以跟蹤缺陷的發(fā)展趨勢的弊端。針對(duì)傳統(tǒng)例行試驗(yàn)存在的弊端，開關(guān)柜帶電檢測技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。目前，開關(guān)柜主要的帶電檢測技術(shù)有超聲波檢測法、暫態(tài)地電壓檢測法、特高頻檢測法、脈沖電流檢測法、射頻檢測法等。然而，由于開關(guān)柜封閉于金屬殼體內(nèi)，檢測設(shè)備傳感器難以深入開關(guān)柜設(shè)備內(nèi)，難以排除環(huán)境中各種振動(dòng)信號(hào)、電磁信號(hào)的干擾，因此單一的檢測方法對(duì)開關(guān)柜不同局放類型檢測具有一定的局限性，不能全面、客觀、真實(shí)地反映開關(guān)柜的故障狀況。綜上所述，開展開關(guān)柜多種技術(shù)聯(lián)合互補(bǔ)的檢測方法顯得尤為重要。

1　開關(guān)柜局部放電檢測技術(shù)

1.1　超聲波檢測技術(shù)

局部放電是一種電荷的快速釋放或遷移過程，導(dǎo)致放電周圍的電場應(yīng)力、機(jī)械應(yīng)力和粒子力失去平衡而產(chǎn)生振蕩變化，機(jī)械應(yīng)力和粒子力的快速振蕩導(dǎo)致放電點(diǎn)周圍介質(zhì)的振動(dòng)，從而產(chǎn)生聲波信號(hào)。超聲波檢測法就是利用檢測儀接受局放釋放的超聲信號(hào)來判斷放電。其特點(diǎn)是傳感器與電力設(shè)備的電氣回路無任何聯(lián)系，不受電氣方面的干擾，但在現(xiàn)場使用時(shí)易受周圍環(huán)境噪聲或設(shè)備機(jī)械振動(dòng)的影響[1]。

1.2　暫態(tài)地電壓檢測技術(shù)

當(dāng)配電設(shè)備發(fā)生局部放電現(xiàn)象時(shí)，帶電粒子會(huì)快速地由帶電體向接地的非帶電體快速遷移，如配電設(shè)備的柜體，并在非帶電體上產(chǎn)生高頻電流行波，且以光速向各個(gè)方向快速傳播[1]。受集膚效應(yīng)的影響，電流行波往往僅集中在金屬柜體的內(nèi)表面，而不會(huì)直接穿透金屬柜體。但是，當(dāng)電流行波遇到不連續(xù)的金屬斷開或絕緣連接處時(shí)，電流行波會(huì)由金屬柜體的內(nèi)表面轉(zhuǎn)移到外表面，并以電磁波形式向自由空間傳播，且在金屬柜體外表面產(chǎn)生暫態(tài)地電壓，而該電壓可用專門設(shè)計(jì)的暫態(tài)地電壓傳感器進(jìn)行檢測。具體如圖1所示：

圖1　暫態(tài)地電壓信號(hào)的產(chǎn)生機(jī)理示意圖

1.3　特高頻檢測技術(shù)

特高頻檢測法的基本原理是通過特高頻傳感器對(duì)電力設(shè)備中局部放電時(shí)產(chǎn)生的特高頻電磁波信號(hào)（0.3 GHz～3 GHz）進(jìn)行檢測，獲得局放信號(hào)的幅值、相位等相關(guān)信息[1]。受封閉開關(guān)柜的屏蔽，特高頻信號(hào)只能從柜子縫隙或觀察孔傳出，類似于超聲波法，利用非接觸外置式傳感器在柜體孔隙處檢測。特高頻檢測法具有較高的靈敏度和抗干擾能力，利用波形特征可識(shí)別缺陷類型，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)基于電磁波時(shí)差測量的放電定位，有效區(qū)分設(shè)備內(nèi)部的局部放電和設(shè)備附近的放電型干擾。

UHF方法通過提高信號(hào)傳感的頻段以避開干擾信號(hào)，從而提高局部放電檢測的抗干擾能力。然而，可能存在一些開關(guān)柜放電缺陷的類型，其局部放電信號(hào)的頻段不能夠到達(dá)UHF頻段，從而限制了檢測靈敏度。

1.4　三種檢測技術(shù)的對(duì)比

TEV、AE、UHF三種檢測技術(shù)的對(duì)比如表1所示。

表1　TEV、AE、UHF三種檢測技術(shù)的對(duì)比

2　聯(lián)合檢測技術(shù)

現(xiàn)階段，暫態(tài)地電壓檢測技術(shù)和超聲波檢測技術(shù)被廣泛應(yīng)用于我國電力系統(tǒng)局部放電檢測，但基本都是作為單一的一種檢測技術(shù)分別應(yīng)用，兩種檢測技術(shù)都存在局限性，無法客觀的反映其真實(shí)狀況，甚至可能出現(xiàn)錯(cuò)誤的判斷。實(shí)際上，放電類型不同，那么能量釋放形式也有所區(qū)別，此兩種檢測方法各有優(yōu)劣，在實(shí)用性和靈敏度方面都有所差異。所以，應(yīng)當(dāng)針對(duì)放電類型的特點(diǎn)采用不同的檢測方法，而且不能簡單的只采用其中一種檢測方法，將二者結(jié)合起來將具有更大的應(yīng)用范圍?；诖?，結(jié)合開關(guān)柜局部放電檢測技術(shù)的特點(diǎn)，以超聲波檢測技術(shù)為主，以TEV檢測技術(shù)、特高頻檢測技術(shù)為輔，有效的將多種檢測技術(shù)相結(jié)合在一起。開關(guān)柜局部放電聯(lián)合檢測流程如圖2所示：

圖2　開關(guān)柜局部放電聯(lián)合檢測流程

3　開關(guān)柜局部放電聯(lián)合檢測案例

2017年7月21日，對(duì)某110 kV變電站高壓室開關(guān)柜進(jìn)行超聲波局放測試及暫態(tài)地電壓測試，檢測至10 kV孵化園線914開關(guān)柜后下電纜室時(shí)，有異常聲音，疑似存在局部放電缺陷。

3.1　超聲波檢測

在對(duì)10 kV高壓室進(jìn)行超聲波局放帶電檢測時(shí)，發(fā)現(xiàn)10 kV孵化園線914開關(guān)柜后下部存在明顯的放電聲響，初步判斷存在異常信號(hào)。

通過超聲波檢測儀發(fā)現(xiàn)10 kV孵化園線914開關(guān)柜后下電纜室的超聲波幅值達(dá)11 dB，如表2所示。超聲波空氣背景幅值為-10 dB，相差21 dB，進(jìn)一步判斷存在異常。

表2　914開關(guān)柜與鄰近開關(guān)柜超聲波檢測數(shù)據(jù)對(duì)比dB

通過超聲波檢測儀對(duì)所發(fā)現(xiàn)疑似存在放電的部位采用AE幅值圖譜、相位圖譜、波形圖譜進(jìn)行圖譜檢測，如圖3-5所示。由圖可以看出，放電信號(hào)強(qiáng)度較大，相位上分布在一個(gè)工頻周期內(nèi)兩簇放電脈沖，呈現(xiàn)多點(diǎn)放電特征，放電信號(hào)強(qiáng)度較弱且相位分布較寬，圖譜特征與沿面放電吻合。

圖3　AE相位圖譜

圖4　AE幅值圖譜

圖5　AE波形圖譜

3.2　暫態(tài)地電壓驗(yàn)證

采用PMDT-PDetector局部放電儀進(jìn)行暫態(tài)地電壓局部放電測試。暫態(tài)地電壓空氣金屬背景幅值為6 dB（將手車推至開關(guān)室內(nèi)遠(yuǎn)離開關(guān)柜的位置，將傳感器貼緊手車金屬板進(jìn)行測試）、接地金屬背景為7 dB（測點(diǎn)位置：關(guān)閉的高壓室接地金屬門內(nèi)側(cè)）。對(duì)高壓室中該開關(guān)柜及鄰近開關(guān)柜的暫態(tài)地電壓檢測結(jié)果做出橫向比較，如表3所示：

表3　914開關(guān)柜與鄰近開關(guān)柜TEV檢測數(shù)據(jù)對(duì)比dB

由表3橫向?qū)Ρ瓤梢钥闯觯?14開關(guān)柜在后下部地電波檢測幅值較臨近側(cè)開關(guān)柜要高，依據(jù)《交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備暫態(tài)地電壓局部放電帶電測試技術(shù)現(xiàn)場應(yīng)用導(dǎo)則》（Q/GDW 11060-2013），若設(shè)備上測得的信號(hào)絕對(duì)值≥20 dB，或者當(dāng)背景信號(hào)穩(wěn)定的情況下，設(shè)備上測得的信號(hào)≥背景信號(hào)15 dB，則認(rèn)為設(shè)備中可能存在有害的局部放電。因此，判斷914開關(guān)柜內(nèi)部有可能存在局部放電，驗(yàn)證了超聲波檢測結(jié)果。

3.3　特高頻檢測驗(yàn)證

采用PDS-T35型局放測試儀進(jìn)行特高頻檢測，為了抑制空氣背景干擾，測試儀器選擇高通濾波器，檢測頻帶為1 100~1 500 MHz?？諝獗尘案蓴_信號(hào)如圖6所示。對(duì)測點(diǎn)檢測的特高頻PRPD及PRPS圖譜如圖7所示。特高頻檢測幅值為58 dB，從特高頻圖譜看出空氣背景特高頻信號(hào)在一個(gè)工頻周期內(nèi)有兩簇脈沖，914開關(guān)柜特高頻信號(hào)在一個(gè)工頻周期內(nèi)有四簇脈沖，新增兩簇信號(hào)幅值較分散，相位穩(wěn)定。特高頻檢測進(jìn)一步驗(yàn)證了914開關(guān)柜存在放電。

圖6　空氣背景信號(hào)圖

圖7　測點(diǎn)PRPD及PRPS圖譜

3.4　停電檢查驗(yàn)證

2017年8月24日上午10點(diǎn)30分，對(duì)10 kV孵化園線914開關(guān)柜停電檢查，拍攝電纜室三相電纜頭照片如圖7所示。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)C相電纜頭外絕緣護(hù)套受損，具有明顯的放電痕跡。

圖8　10 kV孵化園線914開關(guān)柜停電電纜室檢查照片

3.5　原因分析及防范措施

導(dǎo)致該開關(guān)柜電纜出現(xiàn)局部放電是由于在安裝過程中電纜絕緣護(hù)套受拉拽等因素造成損傷，加之開關(guān)柜內(nèi)運(yùn)行條件較為潮濕所致。為杜絕此類電纜缺陷問題的發(fā)生，主要防范措施有：1）加強(qiáng)電纜的驗(yàn)收環(huán)節(jié)的控制，杜絕設(shè)計(jì)上存在的缺陷；此外，積極開展電纜頭制作、安裝等方面的技能培訓(xùn)，杜絕安裝后存在電纜相間、電纜與金屬導(dǎo)電體之間絕緣距離不足的安全隱患；2）在電纜表面可安裝應(yīng)力管、熱縮套管改善其表面電磁的分布；3）對(duì)于濕度較大運(yùn)行條件下的開關(guān)柜，應(yīng)在高壓室安裝除濕器，對(duì)于特別潮濕條件的開關(guān)柜，建議在開關(guān)柜內(nèi)安裝自動(dòng)除濕裝置。

4　結(jié)束語

本文將多技術(shù)聯(lián)合檢測應(yīng)用到開關(guān)柜的局部放電檢測中，通過案例證明，TEV、AE和UHF聯(lián)合檢測是開關(guān)柜局部放電檢測的有效方法，說明了開關(guān)柜局部放電檢測多種檢測方法聯(lián)合檢測的可行性和互補(bǔ)性。TEV、AE和UHF多種檢測方法的開關(guān)柜局放綜合診斷提供了現(xiàn)場應(yīng)用基礎(chǔ)，同時(shí)也為高壓開關(guān)柜的狀態(tài)檢修決策提供參考。