配網(wǎng)開(kāi)關(guān)柜的超聲波局部放電和暫態(tài)地電壓聯(lián)合分析方法

尹志貴

（國(guó)網(wǎng)懷化市供電公司，湖南 懷化 418000）

0 引言

開(kāi)關(guān)柜設(shè)備的絕緣性能在很大程度上決定了開(kāi)關(guān)柜的可靠性，絕緣性能的好壞又在一定程度上取決于局部放電的發(fā)展趨勢(shì)。對(duì)開(kāi)關(guān)柜而言，以往的局部放電檢測(cè)過(guò)于簡(jiǎn)單且不可靠，大都依靠運(yùn)檢人員通過(guò)目視、耳聽(tīng)、驗(yàn)電等方式發(fā)現(xiàn)局部放電點(diǎn)，往往難以找到隱患點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)時(shí)局部放電點(diǎn)已發(fā)展為嚴(yán)重狀態(tài)。相比于傳統(tǒng)巡檢和停電檢測(cè)，局部放電帶電檢測(cè)技術(shù)能在設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)下發(fā)現(xiàn)早期局部放電隱患點(diǎn)，因此具有顯著優(yōu)勢(shì)。配網(wǎng)開(kāi)關(guān)柜局部放電檢測(cè)主要采用暫態(tài)地電壓 （Transient Ground Voltage，TEV）與超聲波技術(shù)，以往的帶電檢測(cè)往往檢測(cè)手段單一，未能將兩者結(jié)合使用，單獨(dú)使用一種技術(shù)往往不能全面發(fā)現(xiàn)問(wèn)題［1］。將兩者配合聯(lián)合使用，能夠彌補(bǔ)相互間的缺點(diǎn)，從而可全面排查局部放電隱患，達(dá)到預(yù)期的檢測(cè)效果。

1 開(kāi)關(guān)柜局部放電檢測(cè)技術(shù)

若設(shè)備初期局部放電隱患長(zhǎng)期不進(jìn)行處理，會(huì)進(jìn)一步發(fā)展成嚴(yán)重缺陷，從而造成更大的危害，如絕緣水平下降從而導(dǎo)致薄弱點(diǎn)擊穿等。開(kāi)關(guān)柜在配電網(wǎng)中處于中轉(zhuǎn)站位置，配電網(wǎng)的供電可靠性決定于開(kāi)關(guān)柜運(yùn)行狀態(tài)，其在配電網(wǎng)中占據(jù)著十分重要的地位。開(kāi)關(guān)柜的運(yùn)行受氣候潮濕等環(huán)境因素的影響，進(jìn)而影響開(kāi)關(guān)柜的內(nèi)部絕緣狀態(tài)，統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)某地區(qū)配電網(wǎng)開(kāi)關(guān)柜設(shè)備各類故障有如下規(guī)律：機(jī)械故障占23.3%，絕緣故障占47.3%，溫升故障占10.9%，其他故障占18.5%，所以，故障發(fā)生多與絕緣性能劣化有關(guān)。而局部放電現(xiàn)象是導(dǎo)致開(kāi)關(guān)柜設(shè)備發(fā)生絕緣劣化的主要原因，為進(jìn)一步降低絕緣故障發(fā)生率，引入開(kāi)關(guān)柜帶電檢測(cè)技術(shù)提高局部放電檢測(cè)水平。

1.1 TEV檢測(cè)技術(shù)

開(kāi)關(guān)柜發(fā)生局部放電時(shí)，所釋放的電量通常聚集在局放點(diǎn)附近的接地金屬上，并產(chǎn)生朝多個(gè)方向傳播的電磁波，電量聚集點(diǎn)與局部放電位置有關(guān)，當(dāng)發(fā)生內(nèi)部放電時(shí)，聚集點(diǎn)在柜體接地屏蔽內(nèi)部，一般發(fā)生在絕緣體和墊圈的縫隙之間，電量聚集產(chǎn)生的電壓可能會(huì)損壞電纜終端等處的屏蔽層，高頻電磁波進(jìn)一步會(huì)向設(shè)備外部空間傳播［1］，同時(shí)通過(guò)開(kāi)關(guān)柜體接縫以及斷路器開(kāi)關(guān)等位置傳輸至外部，從而在金屬外表面產(chǎn)生暫態(tài)電壓，產(chǎn)生機(jī)理如圖1所示。

圖1 暫態(tài)地電壓信號(hào)產(chǎn)生機(jī)理

暫態(tài)地電壓信號(hào)不僅與局部放電量有關(guān)，局部放電發(fā)生點(diǎn)位置、發(fā)散路徑及開(kāi)關(guān)柜體結(jié)構(gòu)和表面斷口、縫隙大小的影響，實(shí)際測(cè)量受現(xiàn)場(chǎng)電壓設(shè)備的電壓大小、測(cè)量位置等因素影響，通過(guò)TEV測(cè)量技術(shù)可獲取各類電氣設(shè)備的局部放電量，從而可對(duì)局部放電情況進(jìn)行分析。高壓開(kāi)關(guān)柜發(fā)生局部放電時(shí)，產(chǎn)生的暫態(tài)地電壓幅值一般在1 mV～1 V之間。暫態(tài)地電壓檢測(cè)以電壓為基準(zhǔn)，通常以dBmV為單位進(jìn)行測(cè)量［2］，相關(guān)表達(dá)式為

式中：U為暫態(tài)地電壓度量值，dBmV；Um為暫態(tài)地電壓測(cè)量值，mV。

TEV檢測(cè)方法測(cè)量方便，可在帶電條件下進(jìn)行檢測(cè)，具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，且檢測(cè)靈活，對(duì)特殊局部放電類型具有很大的靈敏度，抗外部干擾能力強(qiáng)，可高效定位故障點(diǎn)和采集故障點(diǎn)數(shù)據(jù)［3-4］，方便檢測(cè)人員后續(xù)對(duì)故障類型進(jìn)行判斷和分析。

1.2 超聲波檢測(cè)技術(shù)

配網(wǎng)開(kāi)關(guān)柜設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生局部放電時(shí)，會(huì)產(chǎn)生沖擊的振動(dòng)和聲波，其中，超聲波傳播速度較快，可迅速將信號(hào)發(fā)射至周邊介質(zhì)空間，其頻譜較寬，可達(dá)數(shù)兆赫茲［5］，通過(guò)超聲波檢測(cè)儀可對(duì)放電超聲波信號(hào)接收、識(shí)別，并發(fā)現(xiàn)和定位可能存在的局部放電隱患。超聲波傳感器能夠準(zhǔn)確測(cè)量超聲波信號(hào)和信號(hào)間的時(shí)差，可通過(guò)時(shí)差和聲波傳播速度計(jì)算放置點(diǎn)和柜體局放點(diǎn)的距離［6］。

2 10 kV配網(wǎng)開(kāi)關(guān)柜局放聯(lián)合帶電檢測(cè)應(yīng)用方法

TEV檢測(cè)與超聲波檢測(cè)特點(diǎn)比較如表1所示。由表1可知，以TEV檢測(cè)與超聲波檢測(cè)為基礎(chǔ)的聯(lián)合分析方法可有效檢測(cè)開(kāi)關(guān)柜設(shè)備局部放電，利用兩者的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)性，可全面檢測(cè)故障，一般先進(jìn)行TEV暫態(tài)地電壓初步檢測(cè)，后進(jìn)行超聲波深度檢測(cè)判斷故障發(fā)生點(diǎn)，可通過(guò)橫向比較和縱向比較的方法對(duì)記錄的數(shù)據(jù)和圖譜進(jìn)行分析，最終確定故障發(fā)生的可能性。當(dāng)確定故障類型和故障點(diǎn)后，可視局部放電的嚴(yán)重程度對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行開(kāi)箱檢查，對(duì)絕緣薄弱點(diǎn)進(jìn)行處理，避免設(shè)備局部放電再次發(fā)生，其檢測(cè)流程如圖2所示。

圖2 開(kāi)關(guān)柜聲電聯(lián)合分析流程

表1 TEV和超聲波檢測(cè)特點(diǎn)比較

3 實(shí)際應(yīng)用及分析

3.1 故障檢測(cè)

10 kV開(kāi)關(guān)柜，2009年9月出廠，2009年12月投入運(yùn)行。2018年11月14日，運(yùn)檢人員在對(duì)開(kāi)關(guān)柜進(jìn)行例行檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)柜體附近有異常聲響，隨后對(duì)配網(wǎng)開(kāi)關(guān)柜進(jìn)行局部放電檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)柜內(nèi)304開(kāi)關(guān)柜間隔暫態(tài)地電壓波檢測(cè)數(shù)值明顯偏大，后采用非接觸式超聲波檢測(cè)儀在問(wèn)題柜間隔縫隙處進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表2所示，TEV檢測(cè)圖譜、超聲波分別如圖3，4所示。

表2 問(wèn)題開(kāi)關(guān)柜帶電檢測(cè)數(shù)值表 dB

3.2 故障分析

由表2可知，橫向比較該開(kāi)關(guān)柜開(kāi)關(guān)間隔的TEV測(cè)量值可發(fā)現(xiàn)，其304開(kāi)關(guān)柜的測(cè)量值明顯高于其他開(kāi)關(guān)柜，且柜體中、下部與其他柜體和背景值偏差均達(dá)到20 dB以上，其中部TEV最高值高達(dá)51 dB，如圖3所示，可初步判斷304開(kāi)關(guān)柜可能存在局部放電，且位置在中下部。借助該柜體后中部位置的超聲波相位圖譜，如圖4所示，分析可知，該疑似局部放電類型為沿面放電。根據(jù)表3的判別標(biāo)準(zhǔn)，該局部放電等級(jí)為異常缺陷，需進(jìn)行停電開(kāi)柜檢查，做進(jìn)一步確認(rèn)。

圖3 TEV實(shí)時(shí)檢測(cè)

圖4 超聲波檢測(cè)圖譜

表3 配網(wǎng)開(kāi)關(guān)柜局部放電判別標(biāo)準(zhǔn)

3.3 停電檢查

對(duì)304開(kāi)關(guān)柜停電后進(jìn)行外觀檢查，通過(guò)柜體下部的窗口觀察，發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部有較多水珠，柜體受潮嚴(yán)重，檢查發(fā)現(xiàn)，B相高壓電纜頭區(qū)域有多處發(fā)黑點(diǎn)，如圖4所示，檢查電纜發(fā)生黑點(diǎn)的交聯(lián)聚乙烯絕緣層，無(wú)明顯擊穿痕跡和貫穿性擊穿通道。對(duì)B相電纜做串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)，試驗(yàn)電壓為25 kV，試驗(yàn)時(shí)間5分鐘，耐壓試驗(yàn)合格，斷定電纜內(nèi)絕緣層無(wú)擊穿或放電通道，絕緣性能良好。進(jìn)過(guò)進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)，放電點(diǎn)均為水珠狀痕跡，B相電纜外冷縮套上有大量水滴，判斷是柜體長(zhǎng)期受潮使得其絕緣水平降低，導(dǎo)致其發(fā)生沿面放電。因此，304開(kāi)關(guān)柜局部放電是由于柜體長(zhǎng)期受潮導(dǎo)致的沿面放電，與局部放電檢測(cè)結(jié)果一致。同時(shí)觀察柜體銘牌，發(fā)現(xiàn)其防護(hù)等級(jí)為IP3X，說(shuō)明柜體無(wú)防潮能力，需加裝防潮設(shè)施。

圖5 開(kāi)關(guān)柜停電后外觀檢查結(jié)果

4 結(jié)語(yǔ)

配網(wǎng)開(kāi)關(guān)柜應(yīng)用局部放電帶電檢測(cè)可防潛伏性放電隱患于未然，事實(shí)證明，采用超聲波技術(shù)及TEV技術(shù)進(jìn)行高壓開(kāi)關(guān)柜放電檢測(cè)，能夠收到預(yù)期的檢測(cè)效果，較普通檢測(cè)技術(shù)有著顯著的優(yōu)勢(shì)，能夠全面提高檢測(cè)效率，而且測(cè)試效果也更為快捷、準(zhǔn)確。這兩項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用能夠?yàn)殚_(kāi)關(guān)柜設(shè)備的狀態(tài)檢修創(chuàng)造有利條件，提供科學(xué)的數(shù)據(jù)支持，從而實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)柜長(zhǎng)久、安全地運(yùn)行。運(yùn)檢人員應(yīng)根據(jù)開(kāi)關(guān)柜實(shí)際運(yùn)行情況，采取具有針對(duì)性的檢測(cè)手段和分析方法對(duì)局放問(wèn)題做出判斷，以滿足日趨復(fù)雜的設(shè)備運(yùn)行環(huán)境對(duì)檢測(cè)技術(shù)和分析方法提出的故障控制需求。