暫態(tài)地電壓測試技術在開關柜帶電檢測中的作用研究

朱忠誠 李淑波

摘要：開關柜內(nèi)部放電發(fā)生時，會產(chǎn)生暫態(tài)地電壓。加強對開關柜內(nèi)部局部放電的檢測可以及時發(fā)現(xiàn)開關柜內(nèi)部缺陷和存在的安全隱患，對于有效防范事故具有重要作用。本文主要分析暫態(tài)地電壓測試技術開關柜帶電檢測中的作用，如下表述。

關鍵詞：開關柜;暫態(tài)地電壓;測試技術;帶電檢測;作用

電網(wǎng)系統(tǒng)中不可缺少的部分就是開關柜，開關柜的主要作用是保障用戶的正常饋電。電網(wǎng)用戶用電的可靠性與開關柜設備的正常運行有重要的關系。實際工作中開關柜設備故障問題較多。本文主要分析了開關柜帶電檢測中暫態(tài)地電壓測試技術的應用情況，目的是強化對開關柜運行故障的檢測，保障用戶用電的安全性和可靠性。

1開關柜常見故障分析

開關柜運行中常見的故障可以分為以下幾種情況。一機構等機械原因引起的拒動故障;二絕緣性能較差引起的絕緣故障，比如會出現(xiàn)閃絡、爬電以及擊穿等問題;三二次控制回路原因引起的誤動故障;四設備插件偏心或者接觸不良引起的載流故障;五開斷與關合故障;六加工工藝不良或者外力導致的其他故障等。根據(jù)相關的調(diào)查顯示，在開關柜故障事件中，所占比例最高的故障類型的載流故障和絕緣故障，一般在30%-50%之間，載流故障和絕緣故障產(chǎn)生的影響也是較大的，如果一臺開關柜出現(xiàn)故障通常情況話下會波及其他的設備，導致相鄰電網(wǎng)設備出現(xiàn)故障。一般情況下，在電網(wǎng)運行的過程中，需要對開關柜進行定期停電試驗，但是此種傳統(tǒng)的檢測方法，很難將開關柜的故障及時發(fā)現(xiàn)。因此需要進一步改進傳統(tǒng)的檢測方法，目前紫外放電測試技術、紅外測溫技術、以及特高頻局部放電測試技術等是普遍采用的檢測技術。以上測試技術在檢測避雷器和變壓器等電網(wǎng)設備故障中具有較好運用效果。但是將以上檢測方法應用帶開關柜檢測中常存在相應的問題，開關柜結構較為復雜，屬于金屬屏蔽的封閉設備，檢測效果不理想?；诖思訌妼﹂_關柜故障檢測技術的研究是非常必要的。經(jīng)過大量的研究證實，載流故障和絕緣故障都與放電現(xiàn)象有直接的關系，定期對開關柜進行帶電檢測可以及時發(fā)展故障問題，能夠權過程檢測開關柜的運行狀態(tài)。為了促使局放測試實現(xiàn)帶電測試的需求，研究人員經(jīng)過大量測試發(fā)現(xiàn)借助測量開關柜內(nèi)因局部放電導致金屬殼體上產(chǎn)生的瞬間對地電壓，可以對設備是否存在絕緣故障進行檢測。這里所說的瞬間對地電壓簡稱為TEV。

2暫態(tài)地電壓檢測原理分析

結合麥克斯韋電磁場理論對高壓電器設備內(nèi)部局部放電現(xiàn)象進行分析，發(fā)現(xiàn)高壓電器設備內(nèi)部局部放電現(xiàn)象一旦發(fā)生，就會形成不斷變化的電場，受不斷變化電場的影響會產(chǎn)生相應的磁場，不斷變化的磁場又會感應出不斷變化的電場，這樣如此反復，實現(xiàn)了電場到磁場之間的轉(zhuǎn)變。電場和磁場兩者在相互激發(fā)的情況下可以向外傳播，形成電磁波。開關柜金屬殼間的通道是電磁波傳播的主要途徑。開關柜發(fā)生內(nèi)部放電時，開關柜接地屏蔽的內(nèi)表面則會聚集起大量的放電電量。在開關柜屏蔽層完善屏蔽的情況下，放電信號就無法從外部檢測中探測出來。而開關柜在實際運行中屏蔽層在多個部位均發(fā)揮不出原本的作用，比如在金屬外間的間隔、絕緣部位、電纜絕緣終端、墊圈連接處等。此時高頻電磁信號會沿著屏蔽層借助金屬箱體接縫處或者氣體絕緣開關襯墊向設備外層傳輸。在柜體接地的情況下，高頻電流會出現(xiàn)在電磁波開關柜外表面，此時會產(chǎn)生一個暫態(tài)電壓，該電壓借助金屬箱體外表面?zhèn)鬏數(shù)降叵?。其中最早發(fā)現(xiàn)電壓脈沖的是Dr John Reeves，該名學者在1974年將這個電壓脈沖命名為暫態(tài)對地電壓，簡稱TEV[1-2]。其中TEV相關檢測示意圖見圖1。

3暫態(tài)地電壓信號特點分析

暫態(tài)地電壓一般在幾十毫伏到幾伏之間，該電壓持續(xù)時間較短，一般情況下暫態(tài)地電壓職能維持幾納秒。其中設備內(nèi)部放電量以及傳播途徑與信號幅值的衰減程度有直接的關系。此外，放電點在開關柜內(nèi)部的位置、開口大小以及開關柜內(nèi)部結構等是影響衰減量的主要因素。暫態(tài)地電壓傳感器與RF耦合電容器在原理上有很大程度的相似性，開關柜殼體上暫態(tài)地電壓的變化情況，可以將高頻電流在傳感器金屬極板上的變化情況感應出來，其中放電脈沖前沿陡峭程度直接影響感應電流的大小，對傳感器輸出的高頻電流進行針對性的處理，可以將局部放電的強度和頻度等情況間接檢測出來。針對此種情況在檢測暫態(tài)地電壓信號時可以采用專門的傳感器，對開關柜內(nèi)部放電故障進行判斷。此外，在局部放電源的定位問題上可以借助同一放電源產(chǎn)生的暫態(tài)地電壓信號到達不同傳感器的時間差來確定，或者采用幅值來定位局部放電源位置[3-4]。

4開關柜帶電檢測中暫態(tài)地電壓測試技術的應用實例分析

為了探究開關柜帶電檢測中暫態(tài)地電壓測試技術的應用情況，本文選擇220KV變電站內(nèi)的35KV開關柜為研究案例，對該開關柜存在的安全隱患進行排查。整個排查過程中，發(fā)現(xiàn)28dB為暫態(tài)地電壓局局部放電測試背景值。還有些開關柜暫態(tài)地電壓局部放電測試數(shù)值遠遠大于50dB，并且放電聲音在小室內(nèi)經(jīng)常出現(xiàn)。本次檢測過程中發(fā)現(xiàn)檢測出來的背景值和信號之間有較大差距，兩者之間的差值在15dB以上，根據(jù)上述檢測結果可以推斷出開關柜設備中有害局部放電問題存在的可能性較大，為了進一步檢測該故障存在的可能性，可以經(jīng)PDL-1開關柜暫態(tài)地電壓局部放電定位儀來定位檢測局部放電源。期間放電活動位置的確定可以依據(jù)暫態(tài)地電壓信號分別到達每個傳感器上所需的時間來定。在定位系統(tǒng)的幫助下，指示哪個傳感器最先被觸發(fā)則說明該傳感器距離放電點之間的電氣距離最近。在整個的檢測過程中，在定位開關柜的橫向時，如果兩個傳感器在同一個時間點上觸發(fā)，說明兩個傳感器的中線上是放電源的位置。根據(jù)上述原理可知，在定位開關柜的縱向時，可以首先確定一根中線，這兩根中線的交點處正式局部放電的具體位置。本次研究中，對開關柜放電源位置定位測試，35KV3號接地變19335開關柜上側A相穿墻套管附近是內(nèi)部異常放電的實際位置，該位置產(chǎn)生的暫態(tài)地電壓局部放電測試數(shù)值遠遠超過63dB。結合上述測試結果，可以判斷出剩下開關柜信號數(shù)值存在偏大的情況，而導致信號數(shù)值偏大的原因是35KV3號接地變19335開關柜內(nèi)局部異常放電。通過檢測發(fā)現(xiàn)該設備沒有出現(xiàn)異常放電情況，停電后對其進行檢測，針對性處理支持瓷瓶，正式投入運行后小室內(nèi)的放電聲音消失[5-6]。

5結語

綜上所述，開關柜內(nèi)部放電故障可以借助開關柜暫態(tài)地電波檢測技術及時檢測出來，但是開關柜的數(shù)量和類型均較多，且結構較為緊湊，要想固定安裝大型監(jiān)測裝置顯然是不可能的，加上監(jiān)測設備成本較高與開關柜設備低造價不成比例的原因，促使開關柜不能像GIS設備和變壓器設備一樣實現(xiàn)在線監(jiān)測，只能借助帶電檢測技術來實現(xiàn)。帶電檢測技術在開關柜檢測周期、數(shù)據(jù)處理分析等問題上還需要進一步明確。但是整體看來暫態(tài)地電壓測試技術可以及時發(fā)現(xiàn)開關柜內(nèi)部絕緣故障，在電網(wǎng)運行故障的探查上有重要意義。

參考文獻

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