基于聲電聯(lián)合檢測(cè)技術(shù)的高壓開關(guān)柜局部放電缺陷分析及整改措施研究

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(1.國網(wǎng)四川省電力公司電力科學(xué)研究院，四川 成都 610041；2. 國網(wǎng)德陽供電公司，四川 德陽 618000；3.思源博睿(成都)科技有限公司，四川 成都 610041)

0 引 言

高壓幵關(guān)柜是電網(wǎng)中重要的設(shè)備，經(jīng)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，開關(guān)柜發(fā)生故障的原因之一就是局部放電(partial discharge，PD)。局部放電能夠預(yù)示設(shè)備絕緣發(fā)生劣化的情況，若能對(duì)開關(guān)柜在運(yùn)行時(shí)進(jìn)行局部放電的帶電檢測(cè)，就能及時(shí)掌握設(shè)備的絕緣狀況，對(duì)開關(guān)柜的維護(hù)以及電力系統(tǒng)的安全保障都是有益的[1-7]。

目前，對(duì)高壓開關(guān)柜局部放電的檢測(cè)方法主要有超聲波(acoustic emission，AE) 法、暫態(tài)地電壓(transient earth voltage，TEV)法及超高頻(ultra high frequency,UHF)法等。超高頻法不受設(shè)備機(jī)械振動(dòng)等環(huán)境影響、定位快速；超聲波法抗電氣干擾能力強(qiáng)、 定位準(zhǔn)確；暫態(tài)地電壓法的靈敏度和結(jié)果穩(wěn)定性高。聲電聯(lián)合檢測(cè)技術(shù)綜合了3種檢測(cè)方法的優(yōu)點(diǎn)，使得檢測(cè)結(jié)果更為迅速和精確，在故障檢測(cè)及分析方面有良好的效果[8-13]。

某供電公司在開展春節(jié)保電工作中，對(duì)某220 kV變電站進(jìn)行了10 kV開關(guān)柜超聲波、超高頻和暫態(tài)地電壓局部放電聯(lián)合帶電檢測(cè)。通過聯(lián)合檢測(cè)發(fā)現(xiàn)2號(hào)主變壓器902開關(guān)柜和9022隔離柜的后柜門下部均有異常放電信號(hào)。

下面通過對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行全面分析，并通過停電檢查找出缺陷原因，最終提出了相應(yīng)的整改措施。

1 帶電檢測(cè)數(shù)據(jù)分析

1.1 暫態(tài)低電壓檢測(cè)數(shù)據(jù)分析

在對(duì)某 220 kV變電站10 kV高壓室開關(guān)柜進(jìn) 行普測(cè)時(shí)，首先選用暫態(tài)地電壓測(cè)試，檢測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，902開關(guān)柜后柜門下部幅值為35 dB，9022隔離柜后柜門下部放電信息幅值為37 dB，整個(gè)開關(guān)柜室的背景噪聲幅值為13 dB。依據(jù) Q/GDW 11060- 2013《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(cè)試技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用導(dǎo)則》，若設(shè)備上測(cè)得的信號(hào)絕對(duì)值大于或等于20 dB，則認(rèn)為設(shè)備中可能存在有害的局部放電。因此，判斷902開關(guān)柜及9022隔離柜下部有可能存在局部放電。

1.2 超聲波檢測(cè)數(shù)據(jù)分析

采用超聲波法，對(duì)902開關(guān)柜及9022隔離柜的前柜門下部縫隙和后柜門下部縫隙、通風(fēng)孔處進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)在儀器增益為80的情況下，902開關(guān)柜和9022隔離柜測(cè)得信號(hào)平均幅值分別為24 dBμV和30 dBμV，峰值分別為31 dBμV和37 dBμV，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出6 dBμV的警戒閾值。而整個(gè)開關(guān)柜室的背景噪聲幅值僅為-5 dBμV，開關(guān)室內(nèi)其他開關(guān)柜同樣部位的超聲波測(cè)試幅值均在-3～3 dBμV左右。

如圖1所示，由于在整個(gè)測(cè)試過程中接近90 s時(shí)間范圍內(nèi)，大部分時(shí)間放電脈沖柱的幅值超過背景噪聲，且時(shí)域波形的包絡(luò)線并非是振動(dòng)信號(hào)的正弦波形，而是以短脈沖為主，因此很可能有異常放電存在。超聲波局部放電測(cè)試周期峰值、有效值、50 Hz工頻相關(guān)性和100 Hz工頻相關(guān)性如圖2所示。從圖中可以看出該異常放電的50 Hz工頻相關(guān)性很弱且100 Hz工頻相關(guān)性較弱，說明其放電的周期重復(fù)性和相位相關(guān)性弱。同時(shí)，根據(jù)圖3所示的放電幅值與放電脈沖數(shù)量之間的關(guān)系可以看出，局部放電信號(hào)的周期放電峰值較高，說明該放電現(xiàn)象與尖端毛刺放電、金屬懸浮電位放電關(guān)系不大，很可能是導(dǎo)電微粒放電或者絕緣介質(zhì)沿面放電。

圖1 超聲波局部放電測(cè)試放電幅值的時(shí)域波形

圖2 超聲波局部放電測(cè)試周期峰值、有效值、50 Hz工頻相關(guān)性和100 Hz工頻相關(guān)性

圖3 超聲波局部放電測(cè)試放電幅值與放電脈沖數(shù)量之間的關(guān)系

1.3 超高頻檢測(cè)數(shù)據(jù)分析

采用超高頻法，將傳感器放置在9022隔離柜后柜門下部的玻璃觀察窗處。放電幅值的時(shí)域波形，放電脈沖的周期峰值、有效值、50 Hz工頻相關(guān)性和100 Hz工頻相關(guān)性，放電幅值與放電脈沖數(shù)量之間的關(guān)系分別如圖4、圖5及圖6所示。

由超高頻測(cè)試結(jié)果可得，由于在整個(gè)測(cè)試過程接近120 s時(shí)間范圍內(nèi)，大部分時(shí)間放電脈沖柱的幅值超過背景噪聲14 dB，按照該儀器的使用判據(jù)，很可能有異常放電存在。由于該異常放電的50 Hz工頻相關(guān)性很弱且100 Hz工頻相關(guān)性較弱，說明其放電的周期重復(fù)性和相位相關(guān)性弱，同時(shí)周期放電峰值較高，說明該放電現(xiàn)象與尖端毛刺放電、金屬懸浮電位放電關(guān)系不大，很可能是導(dǎo)電微粒放電或者絕緣介質(zhì)沿面放電。

圖4 超高頻局部放電測(cè)試放電幅值的時(shí)域波形

圖5 超高頻局部放電測(cè)試周期峰值、有效值、50 Hz工頻相關(guān)性和100 Hz工頻相關(guān)性

圖6 超高頻局部放電測(cè)試放電幅值與放電脈沖數(shù)量之間的關(guān)系

1.4 綜合分析

通過聲電聯(lián)合檢測(cè)的方法對(duì)高壓開關(guān)柜的局部放電檢測(cè)表明，902開關(guān)柜和9022隔離柜后柜門下部存在較為明顯的放電現(xiàn)象，尤其是兩面開關(guān)柜下部相接處，對(duì)應(yīng)兩面柜內(nèi)的主母排的支持瓷瓶和三相穿柜套管。在關(guān)閉掉開關(guān)室內(nèi)通風(fēng)設(shè)施，降低外部噪聲干擾后，在兩面開關(guān)柜的后下柜門處，能聽見較為微弱的“嘶嘶”放電聲，尤其是兩面開關(guān)柜下部相接處，初步判斷放電聲來自三相穿柜套管位置。透過開關(guān)柜后下部的觀察窗，未看到兩面開關(guān)柜后下部?jī)?nèi)有肉眼可分辨的雜質(zhì)或微粒，柜內(nèi)無凝露現(xiàn)象，母排搭接處也無肉眼可分辨的過熱痕跡。初步懷疑是三相穿柜套管內(nèi)屏蔽不良或沿面爬電所致。

2 停電檢查及整改

為查清缺陷原因，進(jìn)一步采取停電檢修、解體分析的方法。檢查發(fā)現(xiàn)902開關(guān)柜和9022隔離柜間CT的A、B相穿柜套管的環(huán)氧樹脂絕緣均有被鋁質(zhì)母排刮擦后留下的大量白色粉末，且對(duì)應(yīng)刮擦處有淺淺的凹痕，如圖7、圖8及圖9所示。

圖7 902開關(guān)柜內(nèi)存在環(huán)氧樹脂粉末的穿柜套管

圖8 902開關(guān)柜穿柜套管A相

圖9 9022隔離柜穿柜套管A相

通過檢查發(fā)現(xiàn)，由于A、B相母排對(duì)中不良，明顯緊貼穿柜套管下部并且刮擦到CT的環(huán)氧樹脂主絕緣，造成大量環(huán)氧樹脂白色粉末出現(xiàn)。進(jìn)一步測(cè)量可得，902開關(guān)柜的三相母排對(duì)接地構(gòu)架的距離，均僅為125 mm，剛好滿足國家電網(wǎng)公司十八項(xiàng)電網(wǎng)重大事故反措施的最低要求[15]。但是由于支撐母排的A、B相構(gòu)架在廠內(nèi)組裝時(shí)與后柜門的距離存在偏差，造成A、B相母排未對(duì)中帶CT的穿柜套管，偏離了套管中心，更靠近后柜門。同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)安裝的A、B相母排更靠近帶CT的穿柜套管下部，造成安裝時(shí)母排與CT的環(huán)氧樹脂主絕緣發(fā)生了刮擦。隨著902開關(guān)和9022隔離開關(guān)分合閘時(shí)給母排帶來的振動(dòng)，以及帶負(fù)荷運(yùn)行時(shí)母排的熱脹冷縮及電動(dòng)力作用，使得CT的環(huán)氧樹脂主絕緣進(jìn)一步被緩慢破壞，造成大量白色環(huán)氧樹脂粉末出現(xiàn)。

由于帶較大負(fù)荷運(yùn)行時(shí)母排輕微振動(dòng)，給緊挨的CT的環(huán)氧樹脂主絕緣帶來機(jī)械力的作用，會(huì)產(chǎn)生超聲信號(hào)。同時(shí)，運(yùn)行時(shí)CT的環(huán)氧樹脂主絕緣表面淺淺的凹痕帶來了局部電場(chǎng)集中，此處也會(huì)產(chǎn)生暫態(tài)低電壓及超高頻信號(hào)。

由于套管位置已無法改動(dòng)，通過重新安裝母排以調(diào)整母排位置，加裝熱縮護(hù)套的方式，避免母排與CT的環(huán)氧樹脂主絕緣直接接觸，同時(shí)擦拭清掃穿柜套管及CT內(nèi)表面。投運(yùn)后局放帶電檢測(cè)未發(fā)現(xiàn)異常。

3 結(jié) 語

在開關(guān)柜運(yùn)行過程中，超高頻、超聲波和暫態(tài)地電壓檢測(cè)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)開關(guān)柜內(nèi)部放電異常。通過聲電聯(lián)合局部放電測(cè)試方法對(duì)開關(guān)柜局部放電進(jìn)行精確定位和測(cè)試分析，可以大大降低設(shè)備維護(hù)時(shí)間，提高維護(hù)效率。

同時(shí)，安裝調(diào)試階段應(yīng)特別注意并綜合考慮主變壓器開關(guān)柜和主變壓器隔離柜、母線分段柜和分段隔離柜間母排與穿柜套管間的對(duì)中以及母排對(duì)地的絕緣距離、多層母排間墊片加裝等情況，保證開關(guān)柜無缺陷投運(yùn)。