配電設(shè)備狀態(tài)檢修技術(shù)分析

鄭州祥和集團(tuán)電氣設(shè)備有限公司 鞏魯洪

為保證配電網(wǎng)運(yùn)行的安全性，在電網(wǎng)日常運(yùn)行之余還應(yīng)當(dāng)對(duì)配電設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行及時(shí)檢修，從而保證電網(wǎng)的運(yùn)行質(zhì)量，提高電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。帶電檢測(cè)技術(shù)作為一種重要的檢測(cè)方法，對(duì)于提升電網(wǎng)的安全性和穩(wěn)定性具有重要意義。

1 帶電檢測(cè)技術(shù)

是指當(dāng)電網(wǎng)仍然有電流通過(guò)時(shí)對(duì)配電設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行檢修的一種檢測(cè)方法，能最大限度保證配電設(shè)備運(yùn)行的連續(xù)性，最大限度降低在檢修過(guò)程中可能造成的損失[1]。帶電檢測(cè)技術(shù)利用特定的儀表裝置來(lái)完成，在檢測(cè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)配電設(shè)備狀態(tài)存在的潛在隱患并及時(shí)糾正，同時(shí)還可檢測(cè)其絕緣體的使用壽命，這能幫助電網(wǎng)管理人員掌握配電設(shè)備的運(yùn)行質(zhì)量。就配電設(shè)備而言，在其運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中很容易出現(xiàn)局部放電，這一現(xiàn)象的出現(xiàn)一般可能是由于設(shè)備內(nèi)存在雜質(zhì)或周邊環(huán)境存在濕度過(guò)大等問(wèn)題，因此在帶電檢測(cè)過(guò)程中應(yīng)要對(duì)于局部放電現(xiàn)象予以關(guān)注，降低發(fā)生突發(fā)安全事故的可能性，提高電網(wǎng)的運(yùn)行安全。

帶電檢測(cè)技術(shù)能使配電設(shè)備在帶電情況下檢測(cè)出可能存在的潛在問(wèn)題，從而保證設(shè)備不會(huì)因停電而造成經(jīng)濟(jì)損失或聲譽(yù)損失。帶電檢測(cè)技術(shù)在配電設(shè)備狀態(tài)檢修當(dāng)中的應(yīng)用能有效提升配電設(shè)備的安全性能將設(shè)備檢修與設(shè)備運(yùn)行之間的矛盾解決了。

圖1 配電設(shè)備檢修過(guò)程

2 配電設(shè)備狀態(tài)檢修方法及技術(shù)

2.1 局部放電原理

在配電設(shè)備狀態(tài)檢修過(guò)程中需明白的兩種檢修方法其中之一便是局部放電原理，局部放電是指絕緣體中只有局部區(qū)域放電，而電壓之間的導(dǎo)體并沒(méi)有被貫穿，一般來(lái)說(shuō)局部放電主要分為4個(gè)流程：第一個(gè)流程是出現(xiàn)離子化現(xiàn)象，這一現(xiàn)象及原理在于原子帶電；第二階段是氣體放電階段，當(dāng)電子崩潰時(shí)電流會(huì)出現(xiàn)氣體流通現(xiàn)象；第三流程為局部放電現(xiàn)象的出現(xiàn)，對(duì)于局部放電現(xiàn)象及原理的解釋可理解為未達(dá)到不同電極時(shí)電極橋落之間的放電；第四階段變?yōu)閮?nèi)部放電以及尖端放電等現(xiàn)象［2］。一般來(lái)說(shuō)就配電設(shè)備而言，局部放電現(xiàn)象的出現(xiàn)很有可能導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)嚴(yán)重故障，由于局部放電現(xiàn)象產(chǎn)生的原因不盡相同，因此在實(shí)際狀態(tài)檢修過(guò)程當(dāng)中，所采用的檢測(cè)技術(shù)也會(huì)相應(yīng)有所區(qū)別。

2.2 配電設(shè)備檢測(cè)原理

在進(jìn)行配電設(shè)備檢測(cè)的過(guò)程當(dāng)中，一定要按照相應(yīng)的檢測(cè)原則來(lái)進(jìn)行，由于實(shí)際檢修過(guò)程當(dāng)中設(shè)備所出現(xiàn)的局部放電現(xiàn)象不盡相同，因此針對(duì)不同類型的局部放電現(xiàn)象，也應(yīng)當(dāng)要采取相應(yīng)的原則來(lái)進(jìn)行檢測(cè)。一般來(lái)說(shuō)較為常見(jiàn)的將其主要分為4種類型，包括有光學(xué)、化學(xué)、電氣以及機(jī)械類型［3］。不同的放電類型所對(duì)應(yīng)的物理效應(yīng)也不盡相同，例如光學(xué)類型，其所對(duì)應(yīng)的物理效應(yīng)為光，而化學(xué)內(nèi)所對(duì)應(yīng)的為熱度。在實(shí)際設(shè)備狀態(tài)檢修過(guò)程當(dāng)中，所使用的檢測(cè)方法也不盡相同，例如電氣類型其所使用的檢測(cè)方法大多是高頻檢測(cè)以及局部放電檢測(cè)方法，而機(jī)械類型一般是采用聲音和光聲光譜檢測(cè)技術(shù)。在實(shí)際設(shè)備狀態(tài)檢修過(guò)程中，只有選擇正確的設(shè)備狀態(tài)檢修方案才能保證檢測(cè)質(zhì)量。

2.3 紅外測(cè)溫技術(shù)

紅外側(cè)檢測(cè)技術(shù)也被稱之為輻射性紅外線。紅外側(cè)帶電檢測(cè)技術(shù)及工作原理，是利用紅外線的自身功能來(lái)進(jìn)行的物體在受到輻射之后將會(huì)產(chǎn)生一定的能量，這將會(huì)引起物體表面溫度的改變，而紅外線檢測(cè)技術(shù)也正是利用這一特性來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度的判別，從而發(fā)現(xiàn)配電設(shè)備可能存在的問(wèn)題。在實(shí)際檢測(cè)工作中發(fā)現(xiàn)這些技術(shù)對(duì)當(dāng)下的檢修要求來(lái)說(shuō)是完全能夠滿足的，紅外線檢測(cè)技術(shù)能充分實(shí)現(xiàn)不取樣的狀態(tài)下對(duì)于故障可能存在位置和程度進(jìn)行一個(gè)評(píng)估，從而能夠幫助檢修人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)在配電設(shè)備檢修過(guò)程中可能存在的問(wèn)題。利用紅外側(cè)帶電檢測(cè)技術(shù)，能夠大規(guī)模地對(duì)區(qū)域內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)于一些電流會(huì)導(dǎo)致設(shè)備溫度升高的情況尤為適用，能夠幫助檢修人員提高檢修效率。

在實(shí)際工作當(dāng)中，某配電室具有一臺(tái)控制變壓器，其主要功能在于提供高壓配電柜高壓斷路器的控制回路電源。正常情況下其二次電壓為220V，當(dāng)夏季來(lái)臨后，隨著周圍環(huán)境溫度的升高變壓器的溫度也會(huì)進(jìn)一步上升，最高時(shí)能達(dá)到50度左右，由于溫度的升高，將會(huì)在很大程度上導(dǎo)致變壓器可能出現(xiàn)短路爆炸等安全事故，因此該配電室也十分重視對(duì)于變壓器的檢修工作。利用紅外測(cè)溫儀能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于變壓器的快速測(cè)定，在檢修人員進(jìn)行檢測(cè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)變壓器表面溫度達(dá)到90度，色澤也產(chǎn)生了一些變化，因此根據(jù)這些特性可初步判定該變壓器輸入的第一次電壓高于原本設(shè)定的100V［4］。在停電狀態(tài)下對(duì)變壓器利用兆歐表進(jìn)行阻撓絕緣測(cè)試，根據(jù)測(cè)試結(jié)果顯示變壓器發(fā)熱的原因是由于阻撓絕緣電阻破損導(dǎo)致的。

2.4 超聲波檢測(cè)技術(shù)

當(dāng)局部放電現(xiàn)象沒(méi)有出現(xiàn)時(shí)，在被檢測(cè)對(duì)象周圍其電場(chǎng)應(yīng)力和粒子力都會(huì)保持一個(gè)相對(duì)均衡的狀態(tài)，也正因如此，當(dāng)出現(xiàn)局部放電現(xiàn)象后這種均衡狀態(tài)將會(huì)被打破，隨之而來(lái)的也會(huì)導(dǎo)致電荷的遷移，正負(fù)電荷中和之后所產(chǎn)生的電流脈沖將會(huì)導(dǎo)致升溫膨脹現(xiàn)象的出現(xiàn)。升溫膨脹現(xiàn)象出現(xiàn)后，當(dāng)有電流通過(guò)時(shí)平衡狀態(tài)將會(huì)恢復(fù)，但此時(shí)局部放電區(qū)域的體積也會(huì)因此而產(chǎn)生一定影響導(dǎo)致介質(zhì)的緊密狀況發(fā)生改變，電場(chǎng)應(yīng)力將會(huì)產(chǎn)生劇烈震蕩，發(fā)出20～200kHz的超聲波，而這也為超聲波檢測(cè)技術(shù)提供了條件。

在實(shí)際操作過(guò)程當(dāng)中進(jìn)行超聲波檢測(cè)時(shí)，為保證檢測(cè)的實(shí)際效果應(yīng)利用超聲耦合劑附著在傳感器的測(cè)量表面，目的是最大限度降低傳感器和被檢測(cè)設(shè)備間空隙的影響。就實(shí)際工作而言，在某地區(qū)一條10kV的線路在進(jìn)行日常檢修過(guò)程中，相關(guān)檢修人員利用超聲波巡檢儀進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)放電聲音位于8號(hào)桿下引線連接部分，經(jīng)診斷可能是由于松動(dòng)而導(dǎo)致的放電聲音，迅速在放電區(qū)域進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)該部位劣化度達(dá)到97，工作人員對(duì)其進(jìn)行緊急維修，維修工作完成之后利用WUD巡檢儀進(jìn)行復(fù)檢，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題已經(jīng)得到解決。

2.5 暫態(tài)的電壓檢測(cè)技術(shù)

此種技術(shù)方法是充分利用某些地方出現(xiàn)局部放電現(xiàn)象后會(huì)產(chǎn)生電磁波現(xiàn)象來(lái)實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)出現(xiàn)電磁波后電子途徑設(shè)備會(huì)因金屬體和接地體的緣故而出現(xiàn)暫態(tài)電壓脈沖。當(dāng)出現(xiàn)局部放電現(xiàn)象后電子將會(huì)高速移動(dòng)，而電子在進(jìn)行移動(dòng)的過(guò)程中都是由帶電體向非帶電體移動(dòng)，受到趨膚效應(yīng)的影響，在放電點(diǎn)將會(huì)出現(xiàn)電磁波信號(hào)并向著兩端延伸。這種電磁波信號(hào)并不會(huì)出現(xiàn)滲透現(xiàn)象。對(duì)于這種檢測(cè)技術(shù)而言，在檢測(cè)的過(guò)程中憑籍的是檢測(cè)人員對(duì)于局部放電所產(chǎn)生的暫態(tài)地電壓進(jìn)行準(zhǔn)確定位和分析。為保證在檢測(cè)過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)的偏差，應(yīng)當(dāng)要保證各個(gè)站所使用的設(shè)備為同一個(gè)。在檢測(cè)過(guò)程中當(dāng)出現(xiàn)異常狀況后應(yīng)開展動(dòng)態(tài)檢測(cè)，從而降低誤差發(fā)生的可能性，同時(shí)也為檢測(cè)人員發(fā)現(xiàn)隱藏的問(wèn)題提供充足的數(shù)據(jù)支撐。

就某配電室為例，當(dāng)檢修人員對(duì)開關(guān)柜進(jìn)行日常隱患的排查時(shí)，利用暫態(tài)地電壓檢測(cè)法開展工作，經(jīng)過(guò)測(cè)量后發(fā)現(xiàn)開關(guān)柜的放電測(cè)量結(jié)果為0，某開關(guān)柜局部放電測(cè)試值55dB。檢測(cè)人員在檢測(cè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)存在有較為明顯的放電聲，由此推斷得出初步結(jié)論：在開關(guān)柜中存在局部有害放電。工作人員借助定位儀對(duì)于放電位置進(jìn)行了確定，即柜內(nèi)套管位置，該部位放電測(cè)試值65dB。在對(duì)該部位進(jìn)行修理后問(wèn)題得到順利解決。

3 基于健康狀態(tài)評(píng)估的配電設(shè)備實(shí)時(shí)故障率模型

為進(jìn)一步提高配電設(shè)備狀態(tài)的檢測(cè)效果，模擬建設(shè)出基于健康狀態(tài)的實(shí)施評(píng)估故障模型，傳統(tǒng)評(píng)估模型通過(guò)對(duì)于歷史數(shù)據(jù)的分析來(lái)確定可能發(fā)生的潛在風(fēng)險(xiǎn)，但是這種評(píng)估方法仍不準(zhǔn)確，不能確切反應(yīng)配電器的實(shí)時(shí)效果。就配電設(shè)備而言，在實(shí)際使用過(guò)程中對(duì)其影響最大的應(yīng)當(dāng)是健康狀態(tài)。也正因此基于健康狀態(tài)建立起如下模型：通過(guò)對(duì)于配電器各個(gè)部分進(jìn)行綜合評(píng)分之后，根據(jù)評(píng)分狀態(tài)來(lái)確定各個(gè)部分的健康狀態(tài)H（0～100），將配電器的健康狀態(tài)分為四大類，包括有正常、注意、異常、嚴(yán)重狀態(tài)。其中，H值達(dá)到85分以上屬于正常，當(dāng)位于75～85分之間時(shí)為注意狀態(tài)，60分以下屬于嚴(yán)重狀態(tài)［5］。

就配電變壓器為例，整體健康狀態(tài)應(yīng)是由各部分的健康狀態(tài)共同決定的，包括有繞組、鐵芯等部件，而各個(gè)部分的健康狀態(tài)在某種程度上又是受到負(fù)載率、繞組溫度等指標(biāo)來(lái)實(shí)現(xiàn)。除了動(dòng)態(tài)指標(biāo)，運(yùn)行年限、負(fù)荷等靜態(tài)指標(biāo)也會(huì)造成影響。因此應(yīng)對(duì)各個(gè)部件進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，在得到各個(gè)部分的健康狀態(tài)后擬得出如下實(shí)時(shí)健康指數(shù)如下：，式中ωj為配電設(shè)備各個(gè)部分權(quán)重，Xj為各個(gè)部分的得分值，j為配電設(shè)備部件數(shù)量。

據(jù)此可得出實(shí)時(shí)故障率和實(shí)時(shí)健康指數(shù)λ=KeCH，公式λ為實(shí)時(shí)故障率，K為比例系數(shù)，C為曲率系數(shù)。由于考慮到在同一地區(qū)所使用的設(shè)備為同一個(gè)，因此可以對(duì)于常用故障率λe，利用最小值對(duì)于K和C值進(jìn)行求解，再結(jié)合上式得出健康狀態(tài)下的實(shí)時(shí)故障率。

綜上，配電設(shè)備狀態(tài)檢修技術(shù)的有效應(yīng)用能幫助實(shí)現(xiàn)配電系統(tǒng)的高效檢修，及時(shí)發(fā)現(xiàn)在運(yùn)行過(guò)程中所可能存在的問(wèn)題，降低損失、提高電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，具體的檢修方法應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況來(lái)進(jìn)行選擇。