帶電檢測技術(shù)在開關(guān)柜絕緣故障檢測中的應(yīng)用

王鵬程 潘琿

摘 要：開關(guān)柜是電力系統(tǒng)的重要工作設(shè)備，在工作過程中，一般帶有高壓電荷，其內(nèi)部的穩(wěn)定性直接影響電力設(shè)備的安全、高效運行，而開關(guān)柜內(nèi)部的絕緣系統(tǒng)故障直接影響設(shè)備穩(wěn)定運行。采用帶電檢測技術(shù)對設(shè)備的電氣運行數(shù)據(jù)狀態(tài)進行檢測，能有效保證電氣數(shù)據(jù)檢測的準確性，從而提高帶電設(shè)備檢測故障的準確率。本文針對開關(guān)柜絕緣故障引起的局部放電現(xiàn)象進行分析，對開關(guān)柜帶電檢測技術(shù)進行探討，闡述帶電檢測技術(shù)的具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：開關(guān)柜;絕緣故障;帶電檢測技術(shù)

中圖分類號：TM507;TB559文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）29-0141-03

Application of Live Detection Technology in Switch Cabinet

Insulation Fault Detection

WANG Pengcheng PAN Hui

（Hangzhou Electric Equipment Manufacturing Co.， Ltd. Xiaoshan Xinmei Complete Electrical Manufacturing Branch，Hangzhou Zhejiang 311200）

Abstract： Switchgear is an important working equipment of power system. In the process of working， it generally has high voltage charge， its internal stability directly affects the safe and efficient operation of power equipment， and the fault of insulation system in switchgear directly affects the stable operation of equipment. The electric operation data state of the equipment can be detected by live detection technology， which can effectively ensure the accuracy of electrical data detection， so as to improve the accuracy of fault detection of live equipment. This paper analyzed the partial discharge phenomenon caused by the insulation failure of the switch cabinet， discussed the live detection technology of the switch cabinet， and expounded the specific application of the live detection technology.

Keywords： switchgear;insulation fault;live detection technology

開關(guān)柜在工作過程中一般帶有高壓電荷。利用傳統(tǒng)檢測技術(shù)檢測開關(guān)柜的帶電性往往要遵循一定的周期，開展定期停機故障檢測與維修，或者利用監(jiān)測手段長期進行觀察分析，這種檢測手段比較煩瑣。而帶電檢測技術(shù)可以在設(shè)備運行的狀態(tài)下檢測設(shè)備的運行狀況，通過合理的分析與判斷，保證開關(guān)柜在工作期間能合理、安全、穩(wěn)定運行。與周期性停機檢測與維護相比，采用帶電檢測技術(shù)可以節(jié)約企業(yè)的資源與成本，收益較高，在我國電力生產(chǎn)部門得到廣泛應(yīng)用。

1 帶電檢測技術(shù)概述

1.1 帶電檢測技術(shù)的內(nèi)涵

帶電檢測技術(shù)作為一種新型電力檢測技術(shù)，是指在電力設(shè)備正常運行的情況下，電力行業(yè)相關(guān)人員運用便攜式檢測設(shè)備，對相關(guān)電力設(shè)施進行現(xiàn)場檢測，屬于帶電短時間內(nèi)檢測[1]。在檢測過程中，工作人員主要對設(shè)備運行的數(shù)據(jù)進行測量、分析與判斷，并將測量的數(shù)據(jù)與規(guī)范的數(shù)據(jù)進行對比分析，從而判斷開關(guān)柜在運行過程中是否存在潛在的故障等。采用帶電檢測技術(shù)對設(shè)備的運行數(shù)據(jù)進行檢測，能有效保證數(shù)據(jù)檢測的準確性，從而提高帶電設(shè)備檢測故障的準確率。

1.2 帶電檢測技術(shù)的優(yōu)勢

采用帶電檢測技術(shù)，可以在設(shè)備運行過程中對其狀態(tài)進行檢測，減少了因停車檢測給企業(yè)帶來的經(jīng)濟損失，為電力用戶的檢測及預(yù)測帶來極大便利[2]。同時，帶電檢測技術(shù)還可以有效地對帶電設(shè)備的正常運行狀態(tài)進行檢測，防范電氣設(shè)備中存在的安全隱患，提高設(shè)備故障的檢測效率。例如，有些設(shè)備使用時間較長，往往會出現(xiàn)老化的情況，在對其進行檢測時，往往無法承受瞬時高壓，在這種情況下，也不能進行停車檢測，而帶電檢測技術(shù)可以對其進行有效檢測，使維修人員對開關(guān)柜缺陷進行及時處理。利用帶電檢測技術(shù)，發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在的安全隱患后，可以根據(jù)隱患的具體情況確定合理的停車檢測時間，提高設(shè)備檢測效率。

2 開關(guān)柜絕緣故障及原因

開關(guān)柜絕緣故障類型較多，在其工作的過程中，主要存在內(nèi)部、局部放電而產(chǎn)生的多種故障，內(nèi)部放電就是開關(guān)柜的電極之間放電，但并沒有貫穿電極，這種看似微弱的放電在開關(guān)柜內(nèi)不斷累計，從而使設(shè)備絕緣性能不斷惡化，導(dǎo)致電氣設(shè)備絕緣擊穿。局部放電主要是開關(guān)柜絕緣材料的內(nèi)部與外部表面放電，從而導(dǎo)致設(shè)備損壞。一般情況下，導(dǎo)致開關(guān)柜絕緣故障的原因主要有以下幾方面。

2.1 開關(guān)柜內(nèi)部的誤動及拒動類故障

造成這種故障的主要原因是開關(guān)柜傳動或者操作機構(gòu)機械故障導(dǎo)致開關(guān)柜產(chǎn)生拒動故障，從而引起開關(guān)柜設(shè)備不能正常工作。此外，電氣輔助回路系統(tǒng)故障或控制部分也會造成開關(guān)柜絕緣故障，從而導(dǎo)致絕緣設(shè)備局部放電，造成開關(guān)柜誤動或者拒動，但是帶電檢測技術(shù)不能有效檢測這種機械故障[3]。

2.2 斷路器本體故障造成的開關(guān)柜故障

由于斷路器在工作過程中存在一定差異，因此，其會造成開關(guān)柜不能正常工作。

2.3 開關(guān)柜內(nèi)部故障

一般情況下，開關(guān)柜內(nèi)部的隔離插頭出現(xiàn)接觸不良或者接觸過載，容易造成開關(guān)柜出現(xiàn)載流故障，導(dǎo)致觸頭燃燒、熔化等，使開關(guān)柜內(nèi)部線路被破壞，從而發(fā)生絕緣故障。

2.4 各種內(nèi)部原因引起的開關(guān)柜絕緣故障

這類故障是開關(guān)柜常見的問題，內(nèi)絕緣被擊穿、各個相間絕緣被閃絡(luò)擊穿、外絕緣被擊穿、瓷瓶斷裂、擊穿、爆炸等，是造成開關(guān)柜絕緣故障的重要原因。

2.5 外力原因造成的開關(guān)柜故障

外力撞擊、自然界各種不可抗逆等因素，都容易造成開關(guān)柜內(nèi)部線路短路，從而造成開關(guān)柜故障。

3 帶電檢測技術(shù)在開關(guān)柜絕緣故障檢測中的應(yīng)用

3.1 開關(guān)柜常用的帶電檢測技術(shù)

開關(guān)柜帶電檢測技術(shù)的應(yīng)用，改變了傳統(tǒng)檢測開關(guān)柜的方式，不僅能提高設(shè)備的維護效率，而且能及時發(fā)現(xiàn)開關(guān)柜工作過程中存在的安全隱患，幫助工作人員制定有效的維護方式，對提高企業(yè)經(jīng)濟效率具有十分重要的作用。

3.1.1 暫態(tài)的電壓檢測技術(shù)。一般情況下，當開關(guān)柜內(nèi)部出現(xiàn)局部放電問題時，在開關(guān)柜不連續(xù)金屬表面的斷開面上，開關(guān)柜內(nèi)部導(dǎo)體上會有帶電粒子遷移到開關(guān)柜表面，在粒子不斷積累的情況下，開關(guān)柜表面就會存在電流，它會以電磁波的形態(tài)向外部空間傳播，從而使開關(guān)柜的金屬表面產(chǎn)生暫態(tài)對地電壓，影響設(shè)備的使用安全。對于對地電壓的檢測，需要采用傳感器接收電壓數(shù)據(jù)，然后利用專用的數(shù)據(jù)儀器、儀表對電流數(shù)據(jù)進行分析，有效判斷開關(guān)柜局部放電電流的大小，從而判斷開關(guān)柜局部放電的位置及可能出現(xiàn)的危險情況[4]。

3.1.2 超聲波檢測技術(shù)。在對開關(guān)柜局部放電進行檢測時可以利用超聲波。這主要是因為當開關(guān)柜局部發(fā)生放電時，導(dǎo)體表面的電荷就會發(fā)生快速移動，在電荷移動過程中，會出現(xiàn)電磁波的機械震蕩，這種機械震蕩會轉(zhuǎn)化成聲波進行傳遞，在開關(guān)柜的間隙傳遞時，聲波的強度與放電規(guī)律呈現(xiàn)出同等變化的趨勢。如果開關(guān)柜局部放電強度超過絕緣體本身的強度，開關(guān)柜絕緣體就會被擊穿，更有甚者，會對生產(chǎn)安全帶來隱患，危害人的生命安全，利用超聲波檢測技術(shù)可以有效避免這種情況。超聲波檢測技術(shù)可以對放電頻率為10～1 000kHz的電磁波信號進行檢測，確定開關(guān)柜放電的情況。在采用便攜式超聲波檢測設(shè)備對開關(guān)柜局部放電進行檢測時，只能檢測局部放電電磁波信號的正常值。而為了進一步分析開關(guān)柜局部放電深層次問題，需要利用局部放電調(diào)理電路將檢測的超聲波信號轉(zhuǎn)換為可聽的信號，從而判斷出開關(guān)柜局部放電的類型與具體位置。在信號檢測過程中，還可以利用GIS技術(shù)對開關(guān)柜的局部進行檢測，最終對開關(guān)柜的局部放電進行綜合性檢測。

3.2 帶電檢測技術(shù)的具體應(yīng)用

3.2.1 超聲波檢測的具體應(yīng)用。在帶電檢測過程中，利用超聲波技術(shù)可以快速地對開關(guān)柜局部放電故障位置進行定位，簡化了設(shè)備檢修程序。例如，某電廠變電站開關(guān)柜出現(xiàn)局部放電的情況，通過采用超聲波局部放電檢測進行分析，通過超聲波間接測試開關(guān)柜局部放電是否存在異常情況，發(fā)現(xiàn)測試的峰值達到8.5mV，除有效值外，整個測試的周期性峰值超過25mV，達到26mV。對于測試的背景，整個測試過程的相關(guān)頻率在50Hz和100Hz時，開關(guān)柜的局部放電比較明顯。在進行背景測試時，其峰值有效值為0.45mV左右，但在實際測試時，測試頻率的相關(guān)性特征沒有出現(xiàn)，說明在利用超聲波背景測試時，沒有其他諸如白噪聲、頻率均勻分布等形式的干擾。在進行間隔測試時，超聲波測試儀測得的信號出現(xiàn)較大程度的增加，而且呈現(xiàn)出不規(guī)律性，然后開展相位模式檢測分析，整個檢測信號的相位比較分散，幅值的聚集沒有規(guī)律性，幅值本身也出現(xiàn)急劇變化的現(xiàn)象，通過檢測可以排除自由帶電顆粒變化帶來的影響。在檢測過程中，是否出現(xiàn)急劇性變化，對判斷開關(guān)柜局部放電及電暈放電現(xiàn)象具有關(guān)鍵性作用，對各個界面之間的反射、擴散等多超聲波信號產(chǎn)生影響，造成超聲波信號的衰減。所以，采用超聲波技術(shù)檢測開關(guān)柜局部放電時可能出現(xiàn)顯示不全的情況，在實際檢測中，需要將放電現(xiàn)象結(jié)合在一起進行檢測，效果會更好。針對以上情況，需要對開關(guān)柜進行解體性檢測，對開關(guān)柜內(nèi)部進行檢測，仔細分析開關(guān)柜內(nèi)部是否存在放電、燒蝕痕跡、擊穿現(xiàn)象等，檢查開關(guān)柜引線及靜觸頭連接螺栓是否出現(xiàn)連接松動、生銹、燒蝕等問題，然后采用針對性的方法進行維護。

3.2.2 暫態(tài)地電壓測試現(xiàn)場應(yīng)用。在具體使用過程中，需要根據(jù)開關(guān)柜的具體使用情況來測試暫態(tài)地電壓，在測試過程中，開關(guān)柜儀表的數(shù)據(jù)顯示異常，電壓表的顯示不正常，具體電壓測試情況如表1所示。

在檢測過程中，對開關(guān)柜局部出現(xiàn)放電的問題，從前中、前下、后上、后中、后下等位置對開關(guān)柜的內(nèi)部工作狀態(tài)進行檢測，發(fā)現(xiàn)電壓測試的數(shù)據(jù)值明顯偏高，說明開關(guān)柜存在局部放電的安全隱患。但測試的脈沖數(shù)據(jù)重復(fù)性、間隔性也較好，通過多次測試進行分析后，對最近二次暫態(tài)地電壓測試結(jié)果進行對比分析，分析二者之間是否存在明顯差異，從而判斷開關(guān)柜是否存在絕緣故障、局部放電故障、絕緣故障等。例如，在判斷開關(guān)柜故障之前，測得暫態(tài)地電壓是15dB。通過對比測試，發(fā)現(xiàn)暫態(tài)電壓測試結(jié)果為22～45dB，這說明開關(guān)柜存在局部放電的情況。從表1中測量的數(shù)據(jù)可以看出，開關(guān)柜的暫態(tài)地電壓呈現(xiàn)出兩邊低、中間高的趨勢，局部放電現(xiàn)象比較明顯。為了提高檢測效率，可借助超聲波的聲音頻設(shè)備進一步檢測，從而快速判斷開關(guān)柜局部放電的位置。

4 結(jié)語

目前，絕緣故障對開關(guān)柜的正常工作影響十分突出，局部放電問題成為開關(guān)柜運行的主要安全隱患，采用傳統(tǒng)的檢修方式不能快速、有效、便捷地對故障進行判斷與處理，需要停車進行檢修處理，影響企業(yè)的安全生產(chǎn)。而超聲波技術(shù)、暫態(tài)地電壓帶電檢測技術(shù)，可以對開關(guān)柜的工作狀態(tài)與放電情況進行實時檢測，并能對開關(guān)柜的局部放電故障進行快速定位，操作方便，安全、快速、有效，不僅能及時發(fā)現(xiàn)開關(guān)柜在工作過程中存在的潛在問題，而且能提高開關(guān)柜的檢修效率。

參考文獻：

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