10kV開關(guān)柜局放檢測與定位探究

方來金

摘要：本文主要介紹了通過測量暫態(tài)接地電壓來檢測10kV高壓開關(guān)柜局部放電的基本原理和常用的檢測儀器，全面分析了應(yīng)用過程中存在的主要問題，并提出了相應(yīng)的改進方案。

關(guān)鍵詞：10kV開關(guān)柜;局部放電;地電波

一、引言

常用的檢測局部放電的方法有超聲波，瞬態(tài)接地電壓和UHF檢測等技術(shù)，但由于工作原理不同，每種檢測方法對各種局部放電類型的判斷靈敏度也不相同，并且易受使用設(shè)備壽命、環(huán)境等因素的影響，導(dǎo)致傳統(tǒng)檢測中出現(xiàn)盲點。在現(xiàn)有的局部放電研究中，盡管局部放電的檢測技術(shù)呈現(xiàn)出多樣化的趨勢，但仍不能完全覆蓋開關(guān)設(shè)備的全部情況，尤其是有關(guān)10kV配電網(wǎng)開關(guān)設(shè)備的。這些缺陷給配電網(wǎng)絡(luò)開關(guān)設(shè)備的日常檢查和維護帶來了新的挑戰(zhàn)。本文根據(jù)超聲波，瞬態(tài)接地電壓和UHF的檢測方法，提出了一種10kV開關(guān)柜巡邏和局部放電定位策略。

二、局放機理與目前的檢測方法

由于設(shè)備內(nèi)部絕緣中的裂紋，縫隙，氣泡和雜質(zhì)等原因都會引起開關(guān)柜的局部放電，導(dǎo)致缺陷上的電壓超過極限，然后發(fā)生間歇放電現(xiàn)象，并伴隨著電磁波和聲波產(chǎn)生。

當缺陷處發(fā)生局部放電時將發(fā)生電化學和熱效應(yīng)。如果持續(xù)時間較長將導(dǎo)致局部放電變得更加嚴重，并引發(fā)事故。局部放電檢測方法主要有：瞬態(tài)接地電壓法，脈沖電流法，超高頻法和超聲法等。

以上幾種檢測方法都可以有效檢測對局部放電，但仍然存在缺陷。脈沖電流法需要斷電檢測，不符合帶電檢測的趨勢。TEV法易受外界干擾，定位精度較差，更適合定性測試。超聲波法容易受到外部振動的干擾，會產(chǎn)生誤判的可能性。UHF方法雖然精度高，但對電暈放電不敏感，設(shè)備的密封程度也會影響檢測的結(jié)果，操作也更加復(fù)雜使用較少。

三、10kV開關(guān)柜巡視與故障定位策略

（一）10kV開關(guān)柜的巡檢策略

10kV開關(guān)柜的檢測方法由局部放電信號的定性判斷和定量判斷組成。超聲波和TEV檢測器用于測量房間的背景信號以及開關(guān)柜和其他設(shè)備的信號。比較檢測值，消除背景干擾后，如果設(shè)備的信號幅值未超過標準，則表明設(shè)備沒有異常;如果信號幅度超過標準，則電氣室中可能存在局部放電。然后，采用“比較法”定量檢測電氣室中信號異常的設(shè)備，確定缺陷信號的來源，問題設(shè)備，缺陷類型和缺陷位置。這也是缺陷位置和類型判斷的關(guān)鍵。最后，對設(shè)備驚醒檢修并且還要復(fù)檢，如果檢測值正常，則表明設(shè)備已經(jīng)處于正常工作狀態(tài)。否則，設(shè)備應(yīng)繼續(xù)進行維修。

（二）缺陷定位與類型的判定

配電開關(guān)柜的結(jié)構(gòu)比變電站開關(guān)柜的結(jié)構(gòu)簡單得多，可以用比較法快速且精準的判斷局部放電定位和類型。首先，對開關(guān)柜建立空間直角坐標系，確定故障信號源是否在開關(guān)柜內(nèi)。手持式UHF檢測器沿著縱軸逐漸遠離被測設(shè)備，畫出UHF信號幅度和距離之間的關(guān)系。如果信號幅度隨著距離的增加而逐漸減小，則表示信號源在開關(guān)柜內(nèi)部，否則在外部。第三，對于故障位于機柜內(nèi)部的情況，同理，用手持式UHF檢測器沿水平軸水平移動，并繪制UHF信號幅度與距離的關(guān)系圖以找出最大信號幅度相應(yīng)的故障開關(guān)設(shè)備。第四，將檢測器放在有缺陷的開關(guān)設(shè)備的另一側(cè)，并沿垂直軸從下到上移動手持式檢測器，并繪制UHF信號幅度與距離的關(guān)系圖。找出對應(yīng)最大信號幅度的開關(guān)柜高度，然后確定開關(guān)柜缺陷的具體位置。最后，將UHF信號最強時的檢測圖案與典型缺陷圖案進行比較，以判斷缺陷類型。根據(jù)缺陷類型的初步判斷，推斷出可能存在缺陷的零件，并進一步確定缺陷的位置。

四、現(xiàn)場案例分析

（一）案例背景與檢修方案

曾經(jīng)發(fā)生過運維人員對綜合機房進行檢查時，發(fā)現(xiàn)機房內(nèi)開關(guān)柜的超聲數(shù)據(jù)有時正常，有時卻超過標準。 運維人員根據(jù)實際情況制定了故障排查計劃：步驟1，確定信號源，明確異常信號源是背景干擾，變壓器或開關(guān)柜。 步驟2，使用“比較法”定位局部放電源異常; 步驟3，通過比較異常信號最強時的UHF圖和典型缺陷圖，確定放電位置和放電類型; 步驟4，通過實踐給出設(shè)備維護意見，進行維護和重新檢查，并確認設(shè)備工作正常。

（二） 異常信號源的定位

操作人員消除背景環(huán)境干擾后，變壓器的超聲值正常，但開關(guān)柜的超聲值異常。分析可知，開關(guān)柜中存在明顯的異常信號。然后對開關(guān)柜建立空間直角坐標系，并使用“比較法”進行檢測。為了便于分析信號衰減，定義了衰減系數(shù)，并對特定軸上所有檢測到的信號進行了標準化。隨著測試儀器與開關(guān)柜之間距離的增加，UHF衰減系數(shù)呈下降趨勢。結(jié)果表明，局部放電信號源確實位于開關(guān)柜內(nèi)部。衰減系數(shù)在1.5個單位長度（即開關(guān)柜的長度）處取最大值。此時，由于對應(yīng)的開關(guān)設(shè)備為G02開關(guān)設(shè)備，因此判斷為放電信號來自內(nèi)部。最后，以開關(guān)柜為測試對象，使用“垂直比較法”實現(xiàn)信號源的最終定位，可以得出結(jié)論，衰減系數(shù)在機柜中間達到了稍低的峰值，因此，局部放電信號源可能來自G02開關(guān)柜的組織室或電纜室的內(nèi)部。

（三）設(shè)備檢修與復(fù)檢

通過對設(shè)備生成的頻譜進行分析，發(fā)現(xiàn)異常信號頻譜包含大量的100Hz的局部放電信號，表明該局部放電信號在工頻周期內(nèi)具有對稱性。與典型的缺陷圖案相比，可以發(fā)現(xiàn)當表面金屬尖端放電且絕緣表面發(fā)生蠕變時，測得的圖案更接近PRPD圖案。在考慮了開關(guān)設(shè)備的結(jié)構(gòu)之后，初步判斷它是電纜接頭中產(chǎn)生的缺陷。機房停電后，打開開關(guān)柜，檢查柜體絕緣端子表面是否有明顯的蠕變放電，發(fā)現(xiàn)均衡球表面上有放電痕跡。因此可以制定了維護計劃，包括：電纜接線頭螺栓的擰緊，導(dǎo)體的表面拋光，絕緣表面的清潔，以及在絕緣表面上噴涂絕緣漆等。

五、結(jié)語

通過分析不同檢測方案的適用范圍，整合多種檢測方案的優(yōu)點，制定聯(lián)合的檢測方案。將檢測的柜體建立直角坐標系，通過在每個坐標軸上檢測故障信號的幅度達到縮小局部放電源范圍的目的，快速定位故障。實驗證明該該方案在檢測開關(guān)柜缺陷方面取得了良好的效果。與傳統(tǒng)的開關(guān)柜巡邏和局部放電定位方法相比，局部放電的定位無需增加設(shè)備即可實現(xiàn)。

參考文獻：

[1]閆江寶，周雷，張長勝，等.TEV局放儀性能測評研究[J].電力科學與工程，2018，34（7）：74-78.

[2]黃濤，黃烜城，魏海增，等.電廠開關(guān)柜局部放電振動信號降噪方法研究[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2018，46（19）：109-116.

[3]潘岐澤，楊芳，楊志.12kV高壓開關(guān)柜受潮凝露機理及防治關(guān)鍵技術(shù)探討[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2019，47（5）：160-172.

[4]苗愛敏，鄒勛，李鵬，等.環(huán)網(wǎng)柜故障監(jiān)測方法綜述[J].電氣應(yīng)用，2017，36（20）：64-70.

[5]閆江寶，周雷，張長勝，等.TEV局放儀性能測評研究[J].電力科學與工程，2018，34（7）：74-78.

[6]寧宇，熊俊.高壓開關(guān)柜局部放電地電波幅值的經(jīng)驗累計分布特性[J].高壓電器，2019，55（2）：77-84.

[7]陶詩洋，張學哲，段大鵬，等.開關(guān)柜絕緣缺陷暫態(tài)地電壓檢測技術(shù)研究[J].高壓電器，2017，53（10）：215-221.

[8]張彥，陸笑天，黃佳駿，等.聯(lián)合檢測法在開關(guān)柜局放檢測定位中的實際應(yīng)用分析[J].高壓電器，2019，55（2）：245-250.

[9]曾雄杰，劉旭明，黃文武，等.超聲波局放監(jiān)測在GIS耐壓局放試驗中的應(yīng)用[J].中國電力，2014，47（8）：13-20.

[10]楊凱，樊真，張認成，等.采用高階累積量的環(huán)網(wǎng)柜局部放電在線檢測[J].華僑大學學報（自然科學版），2016，37（1）：21-26.