高壓開關(guān)柜局部放電檢測及應(yīng)用

李丹

摘要：電力行業(yè)的發(fā)展直接影響著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展速度和發(fā)展走向。局部放電問題是高壓開關(guān)柜所表現(xiàn)出的主要異常問題，因此運(yùn)用監(jiān)測儀器對高壓開關(guān)柜的局部放電問題進(jìn)行觀察，能夠有效判斷開關(guān)柜的情況。

關(guān)鍵詞：高壓開關(guān)柜;局部放電;檢測及應(yīng)用

引言

隨著科技進(jìn)步，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國對于電力的需求與日俱增。在開關(guān)柜的狀態(tài)檢修過程中通常采用局部放電的檢測手段，其中有關(guān)局部放電的檢測方式也是多種多樣的，有關(guān)任何的一種檢測手段都有其不同的優(yōu)缺點(diǎn)，于是設(shè)備檢修人員在設(shè)備的檢修過程中很難判斷使用哪種較為合適的檢測辦法，進(jìn)而適應(yīng)當(dāng)下的市場環(huán)境需求。

1高壓開關(guān)柜局部放電監(jiān)測技術(shù)手段

在高壓開關(guān)柜的實(shí)際運(yùn)行過程中，由于開關(guān)柜內(nèi)部發(fā)生的絕緣缺陷問題，會造成某一點(diǎn)形成過電流，從而造成該點(diǎn)的局部放電現(xiàn)象。隨著放電時長的增加，開關(guān)柜內(nèi)部還會產(chǎn)生一定量的電量信息以及非電量信息，這些信息一般為物理現(xiàn)象信息，在物理環(huán)境變化過程中表現(xiàn)出來，因此通過對這部分放電信息進(jìn)行監(jiān)測，在一定程度上對當(dāng)前運(yùn)行環(huán)境下的高壓開關(guān)柜運(yùn)行狀態(tài)做出判斷。監(jiān)測技術(shù)主要面對的事實(shí)上應(yīng)當(dāng)是發(fā)生絕緣變化以及局部放電問題后開關(guān)柜自身的放電物理參量，這部分物理參量與常態(tài)參量之間差距大，因此可以通過監(jiān)測的方式獲取。在應(yīng)用環(huán)境中的技術(shù)條件內(nèi)部，需要結(jié)合測算方式，對放電信號的具體規(guī)模、放電位置、放電影響范圍等做出精確判斷。結(jié)合監(jiān)測物理量不同，目前應(yīng)用于高壓開關(guān)柜狀態(tài)監(jiān)測的局部放電監(jiān)測技術(shù)主要為以下幾種。脈沖電流檢測法在進(jìn)行放電信號測量時，可以對部分頻率極低的信號進(jìn)行測算并放大，從而實(shí)現(xiàn)檢測范圍的拓寬，但該技術(shù)僅能夠應(yīng)用在離線檢測當(dāng)中，無法實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測;紅外檢測法是通過紅外線技術(shù)對高壓開關(guān)裝置外部的電信號規(guī)律進(jìn)行獲取，通過紅外線的反饋，實(shí)現(xiàn)放電覆蓋范圍的測算，但是由于紅外線穿透能力不足，無法應(yīng)用在開關(guān)柜裝置內(nèi)部，因此效果并不理想;化學(xué)檢測法主要通過對開關(guān)柜內(nèi)部的化學(xué)現(xiàn)象發(fā)生規(guī)律進(jìn)行分辨，是在線監(jiān)測技術(shù)中檢測數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度最高的技術(shù)手段，但是由于化學(xué)測算和分析過程還需要依賴人工，因此缺少時效性和動態(tài)性;UHF法則是借助傳感器裝備，對高壓開關(guān)柜中的電信號進(jìn)行獲取，并由上位機(jī)對信號進(jìn)行解讀和分析，從而做出實(shí)時的精確判斷。但是傳感器硬件成本較高，同時安裝困難、安裝位置限制明顯，對于技術(shù)條件和環(huán)境條件要求較高。

2高壓開關(guān)柜狀態(tài)檢修中局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

2.1開關(guān)柜局放測試可行性研究

開關(guān)柜設(shè)備在實(shí)際的運(yùn)作過程中會因?yàn)楫a(chǎn)品本身的質(zhì)量因素以及設(shè)備的使用環(huán)境因素導(dǎo)致設(shè)備某些部分產(chǎn)生絕緣性降低的問題。在開關(guān)柜的正常使用階段電場發(fā)生畸變時就會因?yàn)椴糠纸^緣性不能滿足使用需求而產(chǎn)生放電現(xiàn)象。在進(jìn)行局部放電的過程中會伴隨著光、電、聲等的外在變化，同時還會產(chǎn)生機(jī)械波以及電磁波等的干擾，從這個角度進(jìn)行分析可以針對產(chǎn)生的電磁波以及機(jī)械波進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測即可實(shí)現(xiàn)對光電等信號的檢測，就能及時針對開關(guān)柜的局部故障進(jìn)行位置確定，同時還能判斷故障發(fā)生的嚴(yán)重程度，進(jìn)而更好的對故障設(shè)備進(jìn)行及時維護(hù)以及更換。

2.2信號特征提取環(huán)節(jié)設(shè)計

上位機(jī)在接收到傳感器經(jīng)由高速采集卡的局部放電信號信息后，需要通過系統(tǒng)分析和系統(tǒng)判斷，完成放電信號特征的提取，從而完成對于信號及其所代表的高壓開關(guān)柜異常狀態(tài)的判斷。為了能夠?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)、高效率的在線監(jiān)測功能，本文在進(jìn)行信號特征提取環(huán)節(jié)的系統(tǒng)設(shè)計當(dāng)中，選取了小波包能量譜技術(shù)以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，來實(shí)現(xiàn)對于信號的處理能力。在實(shí)際運(yùn)行當(dāng)中，信號特征提取環(huán)節(jié)的小波包能量譜技術(shù)主要通過分解歸一以及分形維數(shù)2種方式，對信號進(jìn)行檢驗(yàn)，其中分解歸一主要對多層小波包信號進(jìn)行特征類型的提取，而分形維數(shù)則以分形和截距方法對于分解歸一無法完成的信號進(jìn)行特征參數(shù)提取，最終將獲取到的特征參數(shù)輸入到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)借助分類器，將特征參數(shù)和其代表的開關(guān)柜狀態(tài)進(jìn)行一一對應(yīng)，完成信號解讀。相比于其他類型的信號分析和特征提取技術(shù)，小波包處理技術(shù)主要能夠?qū)π盘柈?dāng)中存在的噪聲進(jìn)行去除，從而實(shí)現(xiàn)對于不同情況下的異常信號進(jìn)行波形分析、頻率分析以及幅值分析，隨后通過分解方式，獲得各個層級所代表的信號能量值。信號能量值可以在對應(yīng)的頻段當(dāng)中作為能量的特征參數(shù)，完成對信號特征特點(diǎn)的總結(jié)。而在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的選擇當(dāng)中，筆者選用了在放電識別方面具有優(yōu)勢的RBF網(wǎng)絡(luò)。相較于其他分析類型當(dāng)中常見的BP網(wǎng)絡(luò)，RBF網(wǎng)絡(luò)更符合高壓開關(guān)柜放電現(xiàn)象的判斷，并能夠借助特征向量，完成特征分類，因此更具應(yīng)用優(yōu)勢。

2.3背景局放測試

在進(jìn)行局部放電的測試過程中，為了更好地進(jìn)行局部放電的程度評定，需要對開關(guān)柜內(nèi)的空間進(jìn)行空氣和金屬的放電水平測定。在對空氣進(jìn)行放電水平測定時可以在開關(guān)柜內(nèi)放置懸空的金屬板，然后將局部放電測定探頭放置于金屬表面進(jìn)行測定，實(shí)驗(yàn)測定開關(guān)柜內(nèi)的空氣有關(guān)的局部放電數(shù)值水平為39dB。在對金屬進(jìn)行局部放電水平的測定過程中可以在固定的室內(nèi)選定接地的金屬物質(zhì)，然后直接將局部放電測定設(shè)備伸出的探頭放置在金屬物的表面進(jìn)行實(shí)際的測定，結(jié)果表明開關(guān)室內(nèi)的金屬局部放電水平數(shù)值為53dB。但是因?yàn)殚_關(guān)室內(nèi)的不同點(diǎn)在局部放電水平上會有所不同，因此建議在不同的多處放置空氣以及金屬局部放電設(shè)備進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)采集，然后對獲取到的數(shù)據(jù)進(jìn)行平均處理得到最終的結(jié)果。經(jīng)過實(shí)際的測量后發(fā)現(xiàn)，此處的開關(guān)室內(nèi)部存在局部放電水平較高的狀況，以此初步的判斷放電的基本情況。

3高壓開關(guān)柜局部放電預(yù)控措施

1）定期開展開關(guān)柜暫態(tài)地電壓、超聲波局部放電信號檢測，結(jié)合紅外測溫、紫外成像和特高頻檢測，運(yùn)用橫向、縱向比較法進(jìn)行分析判斷，可有效檢測局部放電缺陷。2）對于存在暫態(tài)地電壓、超聲波局部放電信號的開關(guān)柜，可采用工頻交流耐壓試驗(yàn)和開關(guān)柜暫態(tài)地電壓、超聲波局部放電信號檢測相結(jié)合的診斷方法，事實(shí)證明該方法簡單有效。3）應(yīng)加強(qiáng)穿墻套管局部放電檢測，尤其是主變壓器穿墻套管，在開關(guān)柜局部放電檢測過程中容易被忽略。4）配電室內(nèi)安裝有大量穿墻套管、穿芯套管，實(shí)際檢測中存在較多放電缺陷，很多為同廠家或同批次，當(dāng)發(fā)現(xiàn)類似缺陷時應(yīng)加強(qiáng)排查。5）能否準(zhǔn)確掌握高壓開關(guān)柜設(shè)備結(jié)構(gòu)原理，對檢測人員來說尤為關(guān)鍵，直接關(guān)系到檢測定位是否精確，檢測結(jié)論是否詳實(shí)準(zhǔn)確，意見建議是否科學(xué)合理，故檢測人員應(yīng)加強(qiáng)對一次設(shè)備結(jié)構(gòu)原理的理論學(xué)習(xí)。6）應(yīng)加強(qiáng)全過程技術(shù)監(jiān)督，以提升設(shè)備全過程管理水平。

結(jié)語

綜上所述，在線監(jiān)測技術(shù)對于高壓開關(guān)柜的狀態(tài)波動和狀態(tài)異常檢修工作而言具有舉足輕重的意義和價值。通過利用傳感器等信息采集設(shè)備完成對于開關(guān)柜局部放電問題的監(jiān)測，能夠更好地判斷一段時間內(nèi)開關(guān)柜機(jī)組的運(yùn)行穩(wěn)定性，并以此為根基制定出周密、詳盡的檢修計劃和檢修開展方案，保證檢修工作能夠在安全環(huán)境下運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]鄭昌江，雷勇，王鵬等.重復(fù)短脈沖上升時間對變頻電機(jī)絕緣局部放電統(tǒng)計特性的影響[J].絕緣材料，2018，51（10）：50-56.

[2]鄭家建.高壓開關(guān)柜停電檢修試驗(yàn)與帶電檢測試驗(yàn)的對比初探[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2018（29）：62-63.

[3]金天一，魏本剛，任曉明.基于混合放電模型的變壓器內(nèi)部放電聯(lián)合檢測方法研究[J].電測與儀表，2018，55（18）：102-108.

[4]王流火，呂鴻，等.開關(guān)柜局部放電檢測技術(shù)的應(yīng)用研究[J].高壓電器，2014（3）：62-67