開(kāi)關(guān)柜局部放電帶電檢測(cè)定位技術(shù)的運(yùn)用

國(guó)網(wǎng)陜西省電力有限公司榆林供電公司 王夢(mèng)琳 韓怡琳

1 局部放電帶電檢測(cè)技術(shù)原理

1.1 局部放電暫態(tài)對(duì)地電壓檢測(cè)原理（TEV）

高壓系統(tǒng)組件結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，在具體加工實(shí)施時(shí)所使用的介質(zhì)多種多樣，包含氣體介質(zhì)、固體介質(zhì)，其中氣體介質(zhì)是SF6，固體介質(zhì)是聚烯烴、硅橡膠、環(huán)氧樹(shù)脂。在具體實(shí)施操作時(shí)固體介質(zhì)的加工工藝會(huì)經(jīng)過(guò)真空澆筑形成一體狀態(tài)。理論上真空澆筑操作時(shí)不會(huì)出現(xiàn)氣泡，但實(shí)際實(shí)施操作時(shí)受外界環(huán)境和工藝因素影響難免會(huì)出現(xiàn)氣泡，會(huì)使局部場(chǎng)強(qiáng)增大，伴隨還會(huì)出現(xiàn)局部放電。在這種放電不斷蔓延和發(fā)展的情況下會(huì)引起絕緣損傷，導(dǎo)致絕緣失介電性能，最終釀成嚴(yán)重的事故。

局部放電在實(shí)施操作時(shí)會(huì)產(chǎn)生各種物理、化學(xué)現(xiàn)象，突出表現(xiàn)為電荷交換、電磁波、聲波、發(fā)熱、發(fā)光、物質(zhì)分解等，在這個(gè)過(guò)程中會(huì)衍生出較多的測(cè)量局部放電方法。通過(guò)放電產(chǎn)生的電磁波會(huì)通過(guò)金屬箱體接縫處或氣體絕緣開(kāi)關(guān)襯墊傳播出去，由此會(huì)產(chǎn)生一個(gè)暫態(tài)電壓，這些電壓會(huì)通過(guò)設(shè)備的金屬箱體外表面?zhèn)鬟f到地下，這些電壓脈沖是暫態(tài)對(duì)地電壓，被稱(chēng)作TEV。

開(kāi)關(guān)柜局部放電帶電檢測(cè)技術(shù)會(huì)使用暫態(tài)對(duì)地電壓的原理去檢測(cè)開(kāi)關(guān)設(shè)備局部放電狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的精準(zhǔn)定位，通過(guò)電容耦合傳感器，在被檢測(cè)設(shè)備接地金屬外殼上開(kāi)展測(cè)量。在實(shí)施檢測(cè)操作時(shí)在技術(shù)的支持下會(huì)測(cè)量出局部放電的數(shù)值，即由于局部放電引起的短暫性電氣脈沖，之后通過(guò)瞬時(shí)電壓脈沖的頻數(shù)和幅值變化反映出每次局部放電活動(dòng)的強(qiáng)弱，由此來(lái)精準(zhǔn)判定出被檢測(cè)設(shè)備的運(yùn)行工況。在檢測(cè)過(guò)程中，需依靠電容耦合探測(cè)器檢測(cè)放電點(diǎn)發(fā)出的電磁波瞬時(shí)脈沖經(jīng)過(guò)時(shí)間來(lái)確定設(shè)備放電點(diǎn)。在檢測(cè)時(shí)檢測(cè)裝置先接收到哪個(gè)通道的觸發(fā)信號(hào)，則說(shuō)明哪只探測(cè)器距離放電點(diǎn)的電氣距離較近。在檢測(cè)操作中脈沖會(huì)按照光速實(shí)施傳播，因此要求其能分辨出較小的時(shí)間差。

1.2 超聲波信號(hào)檢測(cè)原理

在開(kāi)關(guān)柜等電氣設(shè)備出現(xiàn)局部放電時(shí)，對(duì)應(yīng)區(qū)域范圍內(nèi)的分子會(huì)出現(xiàn)劇烈碰撞，在出現(xiàn)碰撞后會(huì)出現(xiàn)一系列脈沖壓力波。超聲波就是一種脈沖壓力波，一般超聲波信號(hào)的運(yùn)作頻率在20kHz以上，在聲電轉(zhuǎn)換器的作用下能對(duì)設(shè)備內(nèi)部的超聲波信號(hào)予以提取，由此來(lái)判定出開(kāi)關(guān)柜的放電情況。從實(shí)際應(yīng)看，超聲波信號(hào)檢測(cè)具有電氣干擾小、不受時(shí)空限制的檢測(cè)特點(diǎn)，十分適合被應(yīng)用在大容量電氣局部放電檢測(cè)中。開(kāi)關(guān)柜局部放電檢測(cè)系統(tǒng)牽扯到壓電傳感器、前置儀表放大設(shè)備、濾波電路、主放大電路、數(shù)字存儲(chǔ)示波器。一次性局部放電產(chǎn)生的超聲波信號(hào)頻率在40kHz左右。

2 開(kāi)關(guān)柜局部放電帶電檢測(cè)定位技術(shù)要點(diǎn)

2.1 開(kāi)關(guān)柜局部放電帶電檢測(cè)的具體意義

當(dāng)前開(kāi)關(guān)柜被廣泛應(yīng)用到電力系統(tǒng)發(fā)電、配電、輸電、電能轉(zhuǎn)換等工作中，在整個(gè)電力企業(yè)發(fā)展過(guò)程中有十分重要的作用。然而在開(kāi)關(guān)柜的檢測(cè)工作中，開(kāi)關(guān)柜局部放電檢測(cè)工作都是在斷電情況下進(jìn)行的，在具體實(shí)施中對(duì)開(kāi)關(guān)柜局部放電帶電檢測(cè)較少。在具體實(shí)施操作時(shí)，開(kāi)關(guān)柜的預(yù)防性實(shí)驗(yàn)周期是六年，在這個(gè)期間范圍內(nèi)相關(guān)人員很難順利落實(shí)開(kāi)關(guān)柜的檢測(cè)工作，在無(wú)法及時(shí)檢驗(yàn)維修開(kāi)關(guān)柜問(wèn)題的情況下很容易使得開(kāi)關(guān)柜出現(xiàn)運(yùn)行故障。

不僅如此，開(kāi)關(guān)柜一般會(huì)被安置在安裝箱內(nèi)部，工作人員無(wú)法在第一時(shí)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)電力設(shè)備的運(yùn)行故障，無(wú)形中對(duì)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行帶來(lái)較大的安全隱患。通過(guò)對(duì)開(kāi)關(guān)柜放電帶實(shí)施檢測(cè)能更為精準(zhǔn)的了解和獲得開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部設(shè)備的放電變化情況，根據(jù)開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部設(shè)備的放電情況來(lái)做好對(duì)應(yīng)的防范措施，從而為電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供重要支持。

2.2 測(cè)量點(diǎn)位置的選取及干擾排除

測(cè)量點(diǎn)位置的選取是開(kāi)展開(kāi)關(guān)柜局部放電帶電檢測(cè)的重要前提，在具體的檢測(cè)工作中，檢測(cè)點(diǎn)的選擇要盡可能避開(kāi)容易出現(xiàn)局部放電的部位，如連接處、穿墻套管、支撐絕緣件、開(kāi)關(guān)刀閘、電纜接頭等。干擾是影響開(kāi)關(guān)柜局部放電帶電檢測(cè)點(diǎn)重要因素，為能提升開(kāi)關(guān)柜局部放電帶電檢測(cè)工作的有效性，需相關(guān)人員采取積極的措施排除外界一切因素的干擾。當(dāng)前，在開(kāi)關(guān)柜局部放電帶電檢測(cè)定位工作中，無(wú)線電廣播發(fā)射、電子管、熒光燈都是潛在的系統(tǒng)干擾源，為能排除外界因素的干擾，可直接關(guān)系一些可控制的干擾源，如室內(nèi)熒光燈、排風(fēng)扇；也可采取積極的措施躲避無(wú)線電以及其他電子設(shè)備的使用時(shí)間。

2.3 測(cè)試方法

開(kāi)關(guān)柜局部放電帶電檢測(cè)所使用設(shè)備包含便攜局部放電測(cè)試儀MiniTEV、局部放電定位儀PDLI兩個(gè)類(lèi)型。在具體實(shí)施操作的時(shí)候，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試人員會(huì)利用便攜帶電檢測(cè)儀器設(shè)備來(lái)對(duì)變電站內(nèi)所有的開(kāi)關(guān)柜實(shí)施初步測(cè)量，如果測(cè)量結(jié)果出現(xiàn)了問(wèn)題則說(shuō)明設(shè)備中可能出現(xiàn)了局部放電，這個(gè)時(shí)候就需要相關(guān)人員使用定位儀來(lái)對(duì)放電點(diǎn)實(shí)施必要的定位分析，通過(guò)定位分析來(lái)找到放電源所在的位置，之后根據(jù)開(kāi)關(guān)柜內(nèi)存在的故障設(shè)備類(lèi)型和設(shè)備出現(xiàn)故障的嚴(yán)重程度來(lái)采取對(duì)應(yīng)的預(yù)防措施。

經(jīng)過(guò)一系列的研究操作證明，開(kāi)關(guān)柜TEV測(cè)量信號(hào)大小會(huì)和不同電壓等級(jí)、不同測(cè)量位置存在關(guān)聯(lián)，在確定檢測(cè)位置之前要注重評(píng)估信號(hào)可能經(jīng)過(guò)的路徑，對(duì)設(shè)備的各個(gè)組成單元開(kāi)展單獨(dú)測(cè)量，將檢測(cè)點(diǎn)確定在可能出現(xiàn)信號(hào)的位置。在實(shí)施操作的時(shí)候，為了能夠全面的覆蓋開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部的設(shè)備，可選擇開(kāi)關(guān)柜正面中間、下部以及背面的上中小部位來(lái)作為重要檢測(cè)點(diǎn)，在實(shí)施檢測(cè)的時(shí)候要盡可能的靠近觀察窗等局部放置信號(hào)以及容易出現(xiàn)泄漏的金屬面板上。

變電站的周?chē)赡軙?huì)出現(xiàn)干擾信號(hào)，期間開(kāi)關(guān)室內(nèi)的輔助性設(shè)備如電子鎮(zhèn)流器照明系統(tǒng)、半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件調(diào)壓充電系統(tǒng)、載波通信設(shè)備等也會(huì)產(chǎn)生干擾信號(hào)。為此，在實(shí)施開(kāi)關(guān)柜局部檢測(cè)之前需要對(duì)室內(nèi)背景信號(hào)進(jìn)行測(cè)試，將測(cè)試結(jié)果作為基準(zhǔn)評(píng)估閾值，借助這個(gè)閾值去排除和區(qū)分干擾信號(hào)。

3 開(kāi)關(guān)柜局部放電帶電檢測(cè)定位技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用分析

對(duì)某供電公司110kV變電站內(nèi)部運(yùn)行的10kV開(kāi)關(guān)柜開(kāi)展局部放電檢測(cè)，在實(shí)施檢測(cè)的時(shí)候會(huì)使用到變電站的一個(gè)開(kāi)關(guān)室，這個(gè)時(shí)候包含30面的開(kāi)關(guān)柜。

3.1 開(kāi)關(guān)柜局部放電帶電檢測(cè)定位技術(shù)的應(yīng)用情況

該地區(qū)在2020年4月的時(shí)候引入了開(kāi)關(guān)柜帶電檢測(cè)技術(shù)，相關(guān)人員對(duì)管轄區(qū)域范圍內(nèi)的10kV、35kV開(kāi)關(guān)柜開(kāi)展了大量的局放局部現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試技術(shù)，在局部現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的基礎(chǔ)上打造出了開(kāi)關(guān)柜局部帶電檢測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)。經(jīng)過(guò)對(duì)開(kāi)關(guān)柜局部帶電檢測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)深入分析之后可發(fā)現(xiàn)，開(kāi)關(guān)柜局部放電脈沖數(shù)值的變化幅度在30db以下，在這個(gè)期間，超過(guò)30db開(kāi)關(guān)柜在各個(gè)變電站所占的比例不會(huì)超過(guò)10%，且設(shè)備上測(cè)試的信號(hào)除了個(gè)別的情況之外，信號(hào)和背景信號(hào)之間的差值會(huì)低于10db。.

在興關(guān)變測(cè)試過(guò)程中出現(xiàn)了特殊的情況，站內(nèi)局部放脈沖測(cè)試幅度超過(guò)了30db的開(kāi)關(guān)柜數(shù)量達(dá)到了21.9%，最大幅度數(shù)值達(dá)到了36db。通過(guò)仔細(xì)的分析觀察會(huì)發(fā)現(xiàn)，興關(guān)變10kV開(kāi)關(guān)柜測(cè)量脈沖頻數(shù)在2400個(gè)到3600個(gè)之間，背景放電脈沖的頻數(shù)超過(guò)了1500個(gè)，其他變電站的脈沖數(shù)量在50個(gè)以下。

3.2 測(cè)試規(guī)則和標(biāo)準(zhǔn)的制定

伴隨開(kāi)關(guān)柜局部帶電工作的深入發(fā)展下，結(jié)合大量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和國(guó)外經(jīng)驗(yàn)判定發(fā)現(xiàn)，整個(gè)地區(qū)制定出滿足實(shí)際需要的《開(kāi)關(guān)柜局部放電測(cè)試導(dǎo)則》，在這個(gè)規(guī)范的支持下能幫助相關(guān)人員更好判定設(shè)備的運(yùn)行情況。

3.3 通過(guò)開(kāi)關(guān)柜局放檢測(cè)成功避免的事故

案例一。在變電站常規(guī)巡查時(shí)發(fā)現(xiàn)35kV型為ZN90-40.5/1250多個(gè)開(kāi)關(guān)柜出現(xiàn)了異常的聲音，但很難判斷發(fā)生故障的具體位置，也無(wú)法查明問(wèn)題是否由放電引起。經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)柜局放帶電測(cè)試后發(fā)現(xiàn)整個(gè)35kV開(kāi)關(guān)室背景分?jǐn)?shù)貝較高，柜內(nèi)穿板套管處達(dá)到最高的狀態(tài)，由此將故障確定為柜內(nèi)穿板套管內(nèi)放電產(chǎn)生異常的聲響。后來(lái)經(jīng)過(guò)一系列的檢查之后發(fā)現(xiàn)，開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部絕緣支撐部分是因受潮所引起的放電，在對(duì)母線實(shí)施耐壓檢查后發(fā)現(xiàn)，耐壓數(shù)值為30kV。

表1 開(kāi)關(guān)柜局部放電檢測(cè)周期和基本標(biāo)準(zhǔn)

案例二。使用開(kāi)關(guān)柜局部放電帶電檢測(cè)某個(gè)10kV開(kāi)關(guān)柜時(shí)發(fā)現(xiàn)，其分貝數(shù)值能夠達(dá)到28db。臨近開(kāi)關(guān)柜僅為6db，故障定位置后初步判斷這個(gè)柜內(nèi)的電纜存在局放。在此基礎(chǔ)上開(kāi)展一系列的檢測(cè)會(huì)發(fā)現(xiàn)，粗糙的工藝是導(dǎo)致電纜終端半導(dǎo)體失去了涂層，加上應(yīng)力控制錐不均勻收縮，電纜終端很容易出現(xiàn)空穴放電的問(wèn)題。

3.4 項(xiàng)目開(kāi)展的效益

開(kāi)關(guān)柜局部放電帶電測(cè)試是國(guó)外新技術(shù)形式，公司一般會(huì)在冬季的時(shí)候?qū)F6氣體實(shí)施補(bǔ)充，但是在溫度不斷降低的情況下，斷路器中的SF6氣體壓力會(huì)接近報(bào)警壓力，為此，在系統(tǒng)運(yùn)作的時(shí)候需要對(duì)其補(bǔ)氣處理。但是從實(shí)際操作上來(lái)看，補(bǔ)氣的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)以下幾個(gè)情況：?jiǎn)T工在很深的積雪中使用導(dǎo)管將氣瓶和設(shè)備連接在一起，在設(shè)備連接在一起之后實(shí)施充氣。這個(gè)時(shí)候積雪、空氣會(huì)和其他雜質(zhì)密切聯(lián)系在一起，之后會(huì)和SF6氣體一同進(jìn)入到開(kāi)關(guān)體的內(nèi)部。

SF6氣體本身是一個(gè)沒(méi)有顏色、沒(méi)有氣味、沒(méi)有毒害、不會(huì)燃燒、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的物質(zhì)。但是SF6氣體中包含比較多的水分，在200攝氏度以上的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)水解的表現(xiàn)。

同時(shí)，斷路器在分合閘操作的時(shí)候電弧瞬間能夠達(dá)到的溫度在5000攝氏度到10000攝氏度之間，在水解操作的時(shí)候，HF具有較強(qiáng)的腐蝕性，在遭遇水分的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)H2S03這種具有腐蝕性的氣體，這些氣體的出現(xiàn)會(huì)嚴(yán)重腐蝕斷路器本體內(nèi)部的金屬材質(zhì)，與此同時(shí)還會(huì)伴隨出現(xiàn)其他關(guān)聯(lián)的有毒有害氣體。SF6斷路器在經(jīng)過(guò)多年的運(yùn)行之后，其本體內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生更多的有毒有害的物質(zhì)。在這個(gè)期間，員工在對(duì)SF6斷路器開(kāi)展泄壓檢測(cè)的時(shí)候，一定需要采取積極的措施來(lái)防范出現(xiàn)人身傷亡事故。

在設(shè)備運(yùn)作的過(guò)程當(dāng)中，水分不僅僅會(huì)引起一系列的化學(xué)腐蝕，而且還會(huì)對(duì)斷路器的絕緣產(chǎn)生危害。在這個(gè)期間，水分一般會(huì)以氣態(tài)的形式和SF6的氣體混合在一起。在環(huán)境溫度降低到某一個(gè)溫度時(shí)候，水分就會(huì)凝結(jié)成露水附加在斷路器的內(nèi)壁，這個(gè)時(shí)候絕緣表面在出現(xiàn)閃絡(luò)之后就會(huì)誘發(fā)一系列的事故。

3.5 充氣時(shí)對(duì)水分以及其他雜質(zhì)的控制

在對(duì)斷路器本體開(kāi)展充氣施工的時(shí)候會(huì)使用導(dǎo)管連接SF6氣瓶，之后打開(kāi)閥門(mén)來(lái)對(duì)SF6的氣體進(jìn)行控制，將導(dǎo)管內(nèi)部的空氣和水分清理干凈，在導(dǎo)管內(nèi)部充滿SF6氣體之后連接斷路器的補(bǔ)氣門(mén)對(duì)其實(shí)施補(bǔ)氣操作，這個(gè)時(shí)候還可在SF6氣瓶?jī)?nèi)部和斷路器的補(bǔ)氣之間安裝吸附劑，目的是能夠充分吸收SF6氣體中的水分。在實(shí)施充氣操作的時(shí)候要按照以上的步驟來(lái)打開(kāi)閥門(mén)，使得導(dǎo)管內(nèi)部充滿SF6氣體，這樣操作的目的是防范空氣中的水分進(jìn)入到斷路器的內(nèi)部，由此來(lái)降低SF6氣體純度，最終保障SF6氣體絕緣性能。

3.6 報(bào)警和閉鎖壓力的優(yōu)化

一些斷路器的閉鎖壓力試驗(yàn)以及參數(shù)設(shè)定不符合地區(qū)的實(shí)際情況，針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，需要原本的生產(chǎn)廠家采取積極的措施去調(diào)整繼電器的報(bào)警和閉鎖壓力參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)密度繼電器的溫度補(bǔ)償，通過(guò)溫度補(bǔ)償，使得密度繼電器在SF6氣體泄漏的時(shí)候不受干擾。

在經(jīng)過(guò)優(yōu)化之后，開(kāi)關(guān)柜帶電檢測(cè)項(xiàng)目呈現(xiàn)出以下的特點(diǎn)：

第一，能夠在不停電情況下對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備局部放電狀況實(shí)施監(jiān)測(cè)，由此能夠減少設(shè)備的停電檢修時(shí)間，全面提升設(shè)備供電的安全性、穩(wěn)定性。

第二，試驗(yàn)周期短暫，在設(shè)備運(yùn)行的時(shí)候能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)開(kāi)關(guān)潛在的故障點(diǎn)，由此來(lái)幫助相關(guān)人員更好的判斷設(shè)備的運(yùn)行情況，借助完善的技術(shù)監(jiān)督手段來(lái)保障設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。

第三，打造完善的開(kāi)關(guān)柜局放電檢測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)，在充分利用現(xiàn)有資源的情況下來(lái)為設(shè)備的維修提供支持。