在線(xiàn)檢測(cè)10kV開(kāi)關(guān)柜局部放電方法的分析

云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司昆明供電局 和定繁

在配電系統(tǒng)中10kV開(kāi)關(guān)柜是非常重要的電氣設(shè)備，10kV開(kāi)關(guān)柜的局部放電問(wèn)題會(huì)直接影響整個(gè)配電系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量。導(dǎo)致10kV開(kāi)關(guān)柜出現(xiàn)局部放電的原因有很多，材料、制作工藝、安裝工藝等都會(huì)導(dǎo)致電氣設(shè)備出現(xiàn)一些絕緣缺陷，從而在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)內(nèi)部電場(chǎng)分布不均勻問(wèn)題并引起局部放電現(xiàn)象。局部放電對(duì)設(shè)備的影響較大。當(dāng)電氣設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間存在局部放電問(wèn)題時(shí)設(shè)備絕緣介質(zhì)會(huì)出現(xiàn)絕緣裂化，嚴(yán)重時(shí)造成電氣設(shè)備絕緣擊穿、使設(shè)備無(wú)法正常運(yùn)行，讓整個(gè)電氣系統(tǒng)也面臨癱瘓的風(fēng)險(xiǎn)。因此在10kV開(kāi)關(guān)柜運(yùn)行過(guò)程中要做好在線(xiàn)檢測(cè)，通過(guò)檢測(cè)全面掌握設(shè)備絕緣狀況，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)潛伏性故障、突發(fā)性故障的預(yù)防，為電氣設(shè)備的正常穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。

1 10kV開(kāi)關(guān)柜局部放電類(lèi)型及檢測(cè)技術(shù)

在電力系統(tǒng)中10kV開(kāi)關(guān)柜屬于成套的電氣設(shè)備，主要承擔(dān)著電力系統(tǒng)配電以及電能轉(zhuǎn)換過(guò)程中開(kāi)關(guān)的開(kāi)合和保護(hù)任務(wù)，在電力系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用。10kV開(kāi)關(guān)柜的主要特征是零件多、結(jié)構(gòu)相符復(fù)雜、各部件布置的相對(duì)緊湊絕緣距離較小。受材料、工藝、安裝技術(shù)等影響，10kV開(kāi)關(guān)柜普遍存在內(nèi)部絕緣缺陷，因而發(fā)生局部放電故障、絕緣故障的概率也就更高。

1.1 沿面放電

10kV開(kāi)關(guān)柜運(yùn)行過(guò)程中的沿面放電現(xiàn)象是氣體或液體絕緣的接觸面上產(chǎn)生釋放全部電能的現(xiàn)象。10kV開(kāi)關(guān)柜在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)沿面放電現(xiàn)象主要與環(huán)境、傳導(dǎo)物質(zhì)以及交變電流波形、磁場(chǎng)、天氣等有關(guān)。當(dāng)環(huán)境中顆粒物數(shù)量較多、粒徑較大時(shí)10kV開(kāi)關(guān)柜運(yùn)行狀態(tài)就會(huì)受到影響。同時(shí)天氣狀況過(guò)于惡劣也會(huì)導(dǎo)致10kV開(kāi)關(guān)柜出現(xiàn)局部放電的可能性增加。由此可知，10kV開(kāi)關(guān)柜的沿面放電具有較大的不穩(wěn)定性。同時(shí)開(kāi)關(guān)柜在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)沿面放電現(xiàn)象還可能與電纜材質(zhì)、安裝工藝有關(guān)。若電纜安裝質(zhì)量不過(guò)關(guān)，就有可能引起局部放電并導(dǎo)致護(hù)套被燒毀，從而使相連電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)也大受影響[1]。

1.2 電暈放電

也是常見(jiàn)局部放電類(lèi)型。開(kāi)關(guān)柜的電暈放電現(xiàn)象主要與氣體性質(zhì)、氣候條件、天氣狀況以及電壓強(qiáng)弱度等有關(guān)。當(dāng)10kV開(kāi)關(guān)柜套管長(zhǎng)期存在電暈放電問(wèn)題時(shí)套管容易被擊穿，開(kāi)關(guān)柜運(yùn)行狀態(tài)會(huì)受到影響。

1.3 懸浮放電

在10kV開(kāi)關(guān)柜制作或安裝過(guò)程中，若出現(xiàn)工藝不標(biāo)準(zhǔn)等問(wèn)題使開(kāi)關(guān)柜中某純金屬零件受到損壞、造成其不能接地，那么在開(kāi)關(guān)柜運(yùn)行過(guò)程中就容易造成設(shè)備絕緣受損，使設(shè)備出現(xiàn)局部放電現(xiàn)象[2]。懸浮放電嚴(yán)重時(shí)也會(huì)造成套管被擊穿、線(xiàn)路被燒毀，使10kV開(kāi)關(guān)柜以及其他與之相關(guān)聯(lián)的設(shè)備不能正常穩(wěn)定運(yùn)行。

1.4 AE檢測(cè)技術(shù)

當(dāng)10kV開(kāi)關(guān)柜出現(xiàn)局部放電問(wèn)題時(shí)就會(huì)有沖擊振動(dòng)產(chǎn)生。通過(guò)收集、監(jiān)測(cè)設(shè)備產(chǎn)生的振動(dòng)信號(hào)也可獲得開(kāi)關(guān)柜局部放電位置及程度，從而為各項(xiàng)運(yùn)維管理工作提供參考依據(jù)。當(dāng)前比較常見(jiàn)的AE檢測(cè)技術(shù)正是通過(guò)設(shè)備產(chǎn)生的振動(dòng)來(lái)測(cè)量開(kāi)關(guān)柜局部放電信號(hào)。該項(xiàng)技術(shù)主要是通過(guò)超聲波傳感器裝置來(lái)檢測(cè)、收集開(kāi)關(guān)柜局部放電信息并達(dá)到檢測(cè)目的。

1.5 TEV檢測(cè)

1.5.1 檢測(cè)理論

電力系統(tǒng)中的10kV開(kāi)關(guān)柜連接著用電設(shè)備，引起其局部放電問(wèn)題會(huì)直接影響到用電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。若10kV開(kāi)關(guān)柜出現(xiàn)嚴(yán)重的局部放電問(wèn)題，那么用電設(shè)備也就無(wú)法正常穩(wěn)定運(yùn)行，進(jìn)而引起大面積停電，給用電用戶(hù)的正常生活帶來(lái)巨大影響。為此在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中要加強(qiáng)對(duì)其的監(jiān)測(cè)與管理。具體的檢測(cè)理論是：當(dāng)10kV開(kāi)關(guān)柜出現(xiàn)局部放電時(shí)磁場(chǎng)就會(huì)出現(xiàn)變化、同時(shí)變化電場(chǎng)也會(huì)產(chǎn)生，因布局放電而產(chǎn)生的電磁波通過(guò)非屏蔽區(qū)、金屬柜的縫隙等不斷向外輻射。在不斷向外輻射過(guò)程中電磁波與開(kāi)關(guān)柜表面接觸，開(kāi)關(guān)柜金屬外殼上就會(huì)有暫態(tài)對(duì)地電壓產(chǎn)生。通過(guò)對(duì)這一現(xiàn)象的捕捉與分析就掌握10kV開(kāi)關(guān)柜是否出現(xiàn)局部放電現(xiàn)象。

1.5.2 TEV定位檢測(cè)

10kV開(kāi)關(guān)柜在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)局部放電現(xiàn)象時(shí)，帶有電荷的粒子會(huì)快速向不帶電部分移動(dòng)，開(kāi)關(guān)柜的金屬柜就是不帶電物體。帶有電荷的粒子移動(dòng)到金屬柜表面后形成電壓波與電流波，電壓波與電流波在一些因素的作用下向四周輻射發(fā)散出去。在這一過(guò)程中產(chǎn)生電流會(huì)在金屬柜表面做無(wú)序的移動(dòng)發(fā)散，移動(dòng)過(guò)程中如遇到縫隙電流就會(huì)沿著縫隙傳導(dǎo)到金屬柜外側(cè)，并以電磁波的形式在空氣中自由傳導(dǎo)，從而導(dǎo)致金屬柜體表面有暫態(tài)電壓產(chǎn)生，該電壓的波動(dòng)與變化有一定的規(guī)律性，基于這一規(guī)律將檢測(cè)探頭伸入到處于運(yùn)行狀態(tài)開(kāi)關(guān)柜的內(nèi)部，通過(guò)檢測(cè)內(nèi)部各元器件及采集數(shù)據(jù)，就能分析出10kV開(kāi)關(guān)柜是否出現(xiàn)局部放電故障[3]。

在進(jìn)行10kV開(kāi)關(guān)柜局部放電定位檢測(cè)時(shí)主要利用TEV探頭來(lái)完成。TEV探頭主要由PVC及金屬盤(pán)兩大部分組成，其中PVC包裹在探頭的外部起到支撐與保護(hù)金屬盤(pán)的作用，使探頭有良好的絕緣性。在應(yīng)用TEV探頭對(duì)10kV開(kāi)關(guān)柜進(jìn)行就按側(cè)測(cè)量時(shí)，于金屬柜體表面緊貼TEV探頭，利用探頭對(duì)金屬柜體上的暫態(tài)電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行探測(cè)、收集。采集到的數(shù)據(jù)在金屬表盤(pán)上發(fā)生變化并形成感應(yīng)信號(hào)，信號(hào)被經(jīng)過(guò)傳輸處理就能真實(shí)反映出開(kāi)關(guān)柜局部放電信息[4]。

在應(yīng)用TEV技術(shù)對(duì)10kV開(kāi)關(guān)柜局部放電故障位置進(jìn)行定位時(shí)，根據(jù)開(kāi)關(guān)柜所處位置確定傳感器布設(shè)位置（一般兩者間的距離不能超過(guò)300mm）。在放置到合適的位置后采集開(kāi)關(guān)柜運(yùn)行狀態(tài)信息，計(jì)算與分析開(kāi)關(guān)柜局部放電強(qiáng)度，然后對(duì)局部放電信號(hào)到達(dá)兩個(gè)測(cè)試探頭的先后順序進(jìn)行計(jì)算分析，最后就能得到故障的具體位置。要想進(jìn)一步提升定位的精確性，可在開(kāi)關(guān)柜運(yùn)行過(guò)程中多進(jìn)行幾次以上操作。

1.5.3 TEV檢測(cè)注意事項(xiàng)分析

在采用以上技術(shù)進(jìn)行局部放電檢測(cè)時(shí)容易受到各類(lèi)因素的干擾，如電源、電磁輻射及接地系統(tǒng)、元件的放電等。要想獲得精確的檢測(cè)結(jié)果就要采取有效措施對(duì)干擾信號(hào)進(jìn)行屏蔽或區(qū)別，使檢測(cè)結(jié)果更為準(zhǔn)確[5]。此外在對(duì)10kV開(kāi)關(guān)柜局部放電位置進(jìn)行檢測(cè)評(píng)估時(shí)，需對(duì)局部放電影響程度進(jìn)行分析判斷，若局部放電影響程度較輕可將故障定位工作適當(dāng)延后，若故障程度較重需及時(shí)開(kāi)展位置檢測(cè)及故障處理，避免引起大范圍停電。對(duì)處于運(yùn)行狀態(tài)的10kV開(kāi)關(guān)柜進(jìn)行局部放電檢測(cè)時(shí)，需有重點(diǎn)、有目的地進(jìn)行。如結(jié)合以往經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在開(kāi)關(guān)柜側(cè)面板上中下部分、前面板中、下部分易出現(xiàn)放電事故，因而在檢測(cè)過(guò)程中應(yīng)對(duì)這些區(qū)域做重點(diǎn)檢測(cè)。在檢測(cè)時(shí)要使地電波檢測(cè)儀器探頭盡量垂直于開(kāi)關(guān)柜金屬外殼，構(gòu)成電容親和結(jié)構(gòu)對(duì)10kV開(kāi)關(guān)柜因局部放電產(chǎn)生的地電波進(jìn)行檢測(cè)[6]。

2 基于TEV技術(shù)與智能監(jiān)測(cè)裝置的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)構(gòu)成與功能

10kV開(kāi)關(guān)柜局部放電問(wèn)題會(huì)給相關(guān)電氣設(shè)備及電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)帶來(lái)很大影響，因此對(duì)于開(kāi)關(guān)柜的局部放電問(wèn)題要能采取相應(yīng)措施進(jìn)行在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，通過(guò)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)隨時(shí)掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備潛存的故障隱患并做出預(yù)防與處理，將故障影響降到最低。傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)多屬于停電檢測(cè)技術(shù)，是10kV開(kāi)關(guān)柜在出現(xiàn)局部放電問(wèn)題后再將設(shè)備停電檢查處理，狀態(tài)檢查工作有一定的滯后性，不利用對(duì)各類(lèi)故障的預(yù)防。在現(xiàn)代科技背景下，可結(jié)合TEV及相關(guān)智能監(jiān)測(cè)設(shè)備構(gòu)建在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，利用這一信息化系統(tǒng)對(duì)10kV開(kāi)關(guān)柜進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與防護(hù)，盡可能減少或避免故障的發(fā)生[7]。

同時(shí)，基于TEV技術(shù)與智能監(jiān)測(cè)裝置的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具備遠(yuǎn)程同步檢測(cè)與監(jiān)控10kV開(kāi)關(guān)柜局部信號(hào)的功能，能實(shí)現(xiàn)對(duì)10kV開(kāi)關(guān)柜的有效防護(hù)。該系統(tǒng)主要由幾大模塊構(gòu)成：無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)通訊模塊、智能監(jiān)測(cè)模塊及數(shù)據(jù)處理模塊。系統(tǒng)可對(duì)10kV開(kāi)關(guān)柜運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)到設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，并通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的處理掌握開(kāi)關(guān)柜運(yùn)行狀態(tài)。若開(kāi)關(guān)柜在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)局部放電現(xiàn)象系統(tǒng)可自動(dòng)發(fā)出報(bào)警，從而避免重大故障的產(chǎn)生。在對(duì)10kV開(kāi)關(guān)柜局部放電情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，系統(tǒng)采用的是多通道瞬時(shí)同步檢測(cè)方式，能動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)并真實(shí)反映出各通道的各局部放電信號(hào)大小及波形等特征，從而便于工作人員更準(zhǔn)確、全面且系統(tǒng)的掌握10kV開(kāi)關(guān)柜運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)具體運(yùn)行狀態(tài)采取必要的防護(hù)措施對(duì)各類(lèi)運(yùn)行故障做出有效預(yù)防。這一信息化在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還具有很好的擴(kuò)展能力，同時(shí)預(yù)留有足夠的數(shù)據(jù)通道。在監(jiān)測(cè)過(guò)程中，基于無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)對(duì)10kV開(kāi)關(guān)柜進(jìn)行在線(xiàn)檢測(cè)、故障分析、定位與報(bào)警，為10kV開(kāi)關(guān)柜的正常穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。在10kV開(kāi)關(guān)柜運(yùn)行過(guò)程中，系統(tǒng)中的6個(gè)通道可對(duì)三面開(kāi)關(guān)柜進(jìn)行監(jiān)控，以多通道實(shí)時(shí)同步監(jiān)測(cè)的方式對(duì)系統(tǒng)中10kV開(kāi)關(guān)柜的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并對(duì)各通道內(nèi)各局部放電信號(hào)的波形、大小等特征進(jìn)行同步顯示。

2.2 在線(xiàn)監(jiān)測(cè)過(guò)程

在10kV開(kāi)關(guān)柜運(yùn)行過(guò)程中，在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、信號(hào)處理及隔離模塊會(huì)按照一定程序協(xié)議有序運(yùn)作，檢測(cè)傳感器自動(dòng)完成放電信號(hào)采集及傳輸工作，系統(tǒng)的信號(hào)處理模塊在接收到信息后對(duì)各信號(hào)進(jìn)行計(jì)算、分析與整理，并將經(jīng)過(guò)整理后的局部放電信號(hào)發(fā)送到隔離模塊，隔離模塊按照預(yù)設(shè)參數(shù)與程序?qū)?shù)據(jù)采集處理模塊與信號(hào)處理模塊進(jìn)行隔離，使兩大模塊獨(dú)立運(yùn)作、互不影響。通過(guò)該系統(tǒng)對(duì)10kV開(kāi)關(guān)柜進(jìn)行局部放電檢測(cè)，能使各工作人員更及時(shí)、準(zhǔn)確、全面地了解開(kāi)關(guān)柜絕緣情況，從而采取有效措施對(duì)各類(lèi)故障做出預(yù)防。此外也能發(fā)現(xiàn)10kV開(kāi)關(guān)柜在材料、制作工藝以及安裝技術(shù)等方面的問(wèn)題，據(jù)此對(duì)開(kāi)關(guān)柜日后的運(yùn)行狀態(tài)做出預(yù)測(cè)，分析開(kāi)關(guān)柜在運(yùn)行過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)哪種類(lèi)型的局部放電問(wèn)題并提前做出防范，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)各類(lèi)故障的有效防范，讓10kV開(kāi)關(guān)柜的運(yùn)行狀態(tài)得到改善。

2.3 在線(xiàn)監(jiān)測(cè)效果

與其它監(jiān)測(cè)技術(shù)相比，該信息化系統(tǒng)在10kV開(kāi)關(guān)柜局部放電在線(xiàn)監(jiān)測(cè)方面有顯著應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。如在該系統(tǒng)中可根據(jù)具體監(jiān)測(cè)需求對(duì)每一個(gè)TEV通道的報(bào)警值進(jìn)行設(shè)置，可為工作人員直觀展示出10kV開(kāi)關(guān)柜運(yùn)行過(guò)程中的信號(hào)大小、局部放電活動(dòng)的圖形、特征等，便于工作人員在最短時(shí)間內(nèi)確定出開(kāi)關(guān)柜局部放電位置以及原因，進(jìn)而采取針對(duì)性措施對(duì)故障進(jìn)行預(yù)防。此外該在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)也可對(duì)各開(kāi)關(guān)柜在每一個(gè)運(yùn)行階段所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行儲(chǔ)存，讓工作人員的檢查、防護(hù)以及維修等工作更便于開(kāi)展。在10kV開(kāi)關(guān)柜運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)該信息化系統(tǒng)可對(duì)電氣設(shè)備自由金屬顆粒放電情況做出自動(dòng)的監(jiān)測(cè)與判斷，能根據(jù)電氣設(shè)備具體的運(yùn)行數(shù)據(jù)為工作人員給出各種放電發(fā)生的可能性。如懸浮電位體放電、自由金屬顆粒放電、絕緣件內(nèi)部氣體放電等，為工作人員的診斷與防護(hù)提供便利。該系統(tǒng)結(jié)合了TEV技術(shù)以及智能監(jiān)測(cè)裝置，因而功能豐富、性能可靠、實(shí)用性強(qiáng)，有強(qiáng)大的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)功能。合理運(yùn)用這一系統(tǒng)可大大簡(jiǎn)化10kV開(kāi)關(guān)柜局部放電監(jiān)測(cè)工作，提升電氣設(shè)備局部放電監(jiān)測(cè)結(jié)果的科學(xué)性、準(zhǔn)確性，減少10kV開(kāi)關(guān)柜局部放電以及其他故障的發(fā)生，確保10kV開(kāi)關(guān)柜以及電氣系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運(yùn)行。

綜上，10kV開(kāi)關(guān)柜局部放電會(huì)對(duì)開(kāi)關(guān)柜以及相關(guān)電氣設(shè)備產(chǎn)生影響，導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)失穩(wěn)、使用壽命縮短，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成系統(tǒng)癱瘓，引起大面積停電。因此對(duì)于10kV開(kāi)關(guān)柜局部放電問(wèn)題要做好監(jiān)測(cè)與防控，將局部放電的影響降到最低。當(dāng)前適用于10kV開(kāi)關(guān)柜局部放電監(jiān)測(cè)的技術(shù)方法相對(duì)較多，本文分析的TEV技術(shù)以及基于這一技術(shù)的PDAN系統(tǒng)功能豐富，性能穩(wěn)定，可靠性高，在10kV開(kāi)關(guān)柜局部放電監(jiān)測(cè)等方面有著相對(duì)顯著的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。相關(guān)單位可考慮研究、引進(jìn)與應(yīng)用上述技術(shù)方法，從而為電力系統(tǒng)的穩(wěn)定發(fā)展提供保障。