基于案例的變電站開關(guān)柜帶電檢測技術(shù)探索

摘 要：通過分析兩個(gè)關(guān)鍵案例，深入探討了變電站開關(guān)柜帶電檢測技術(shù)的有效應(yīng)用。研究發(fā)現(xiàn)，運(yùn)用先進(jìn)的檢測與定位技術(shù)不僅能有效識別和定位局部放電源頭，而且促進(jìn)了缺陷處理策略的高效實(shí)施。面臨電力系統(tǒng)運(yùn)行中的諸多挑戰(zhàn)時(shí)，采納一個(gè)綜合性的解決方案，不僅有助于解決當(dāng)前的問題，還顯著增強(qiáng)了系統(tǒng)的整體性能與可靠性，從而為電力系統(tǒng)的持續(xù)發(fā)展與技術(shù)創(chuàng)新提供了實(shí)踐基礎(chǔ)和理論參照，引導(dǎo)了電力系統(tǒng)未來的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：開關(guān)柜；帶電檢測；定位分析

中圖分類號：TM591" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " 文章編號：1671-0797（2024）14-0085-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.14.020

0" " 引言

變電站作為電力系統(tǒng)的重要組成部分，承擔(dān)著調(diào)度電力、實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換和分配的關(guān)鍵任務(wù)。開關(guān)柜，作為變電站中不可或缺的設(shè)備，其健康狀態(tài)直接影響到整個(gè)電網(wǎng)的穩(wěn)定性和安全性[1]。局部放電現(xiàn)象作為開關(guān)柜絕緣老化和損壞的早期警示，其監(jiān)測和診斷對預(yù)防電力設(shè)備故障、確保電網(wǎng)可靠運(yùn)行具有至關(guān)重要的作用。

在電力行業(yè)快速發(fā)展的背景下，傳統(tǒng)的維護(hù)方法逐漸無法滿足高效、精確的現(xiàn)代化需求，尤其是在不停電的條件下對設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷方面。帶電檢測技術(shù)，特別是局部放電檢測，其能夠在不中斷設(shè)備運(yùn)行的前提下識別潛在的絕緣問題，因而成為電力系統(tǒng)維護(hù)中的關(guān)鍵技術(shù)。

1" " 開關(guān)柜局放檢測介紹

1.1" " 高壓開關(guān)柜介紹

開關(guān)柜是指按一定的方案將一次設(shè)備、二次設(shè)備組裝而成的成套配電裝置。高壓開關(guān)柜由于在設(shè)計(jì)、制造、安裝和運(yùn)行維護(hù)方面存在著不同程度的問題，因而事故率比較高，同時(shí)污穢、絕緣薄弱、小動物侵入等原因也常引發(fā)事故。開關(guān)柜絕緣事故原因分析主要有以下方面[2]：

1）爬距及空氣間隙不夠；

2）接點(diǎn)容量不足或接觸不良；

3）制造裝配質(zhì)量及工藝不良；

4）環(huán)境條件影響。

1.2" " 開關(guān)柜檢測原理介紹

1.2.1" " 暫態(tài)地電壓（TEV）

1）局部放電發(fā)生時(shí)，放電點(diǎn)產(chǎn)生高頻電流波，并向兩個(gè)方向傳播。

2）受集膚效應(yīng)的影響，電流波僅集中在金屬柜體內(nèi)表面?zhèn)鞑?，而不會直接穿透?/p>

3）在金屬斷開或絕緣連接處，電流波轉(zhuǎn)移至外表面，并以電磁波形式進(jìn)入自由空間。

4）電磁波上升沿碰到金屬外表面，產(chǎn)生暫態(tài)對地電壓[3]。

1.2.2" " 超聲波（Ultrasonic）

1）接觸式超聲波傳感器，貼在電力設(shè)備表面，檢測局放產(chǎn)生的超聲波信號在電力設(shè)備表面金屬板中傳播所感應(yīng)的振動現(xiàn)象。

2）空氣式超聲波傳感器，檢測放電產(chǎn)生的超聲波信號在空氣中傳播時(shí)的振動現(xiàn)象。

1.2.3" " 特高頻（Ultra-High-Frequency，UHF）

電力設(shè)備絕緣體中絕緣強(qiáng)度和擊穿場強(qiáng)都很高，當(dāng)局部放電在很小的范圍內(nèi)發(fā)生時(shí)，擊穿過程很快，產(chǎn)生很陡的脈沖電流，其上升時(shí)間小于1 ns，并激發(fā)頻率高達(dá)數(shù)吉赫茲的電磁波。

1.2.4" " 高頻（HFCT）

當(dāng)電力設(shè)備發(fā)生局部放電時(shí)，通常會在其接地引下線或其他地電位連接線上產(chǎn)生脈沖電流。通過高頻電流傳感器檢測流過接地引下線或其他地電位連接線上的高頻脈沖電流信號，實(shí)現(xiàn)對電力設(shè)備局部放電的帶電檢測。

2" " 案例分析

通過對35 kV一/二分段開關(guān)柜以及10 kV二段甲壓變/避雷器柜的局部放電缺陷進(jìn)行詳細(xì)分析和處理，揭示了帶電檢測技術(shù)如何有效地識別和解決開關(guān)柜的潛在問題，突顯了帶電檢測技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的巨大價(jià)值。這項(xiàng)技術(shù)不僅顯著提升了變電設(shè)備的可靠性，而且在預(yù)防故障發(fā)生、減少意外停電事件方面做出了重要貢獻(xiàn)。

2.1" " 35 kV一/二分段開關(guān)柜局部放電缺陷處理

某35 kV開關(guān)站于2013年5月投運(yùn)，采用金屬鎧裝移開式開關(guān)柜。在例行帶電檢測巡檢時(shí)發(fā)現(xiàn)35 kV電纜有異常高頻信號，進(jìn)一步分析確認(rèn)為金屬性懸浮放電信號，源自一/二分段開關(guān)柜母線穿柜套管處，如圖1所示。

2.1.1" " 現(xiàn)場放電部位分析確認(rèn)

使用PDS-G1500型變電站局部放電檢測與定位系統(tǒng)，通過同源性分析、定相分析和精確定位，確定異常信號源自一/二分段開關(guān)柜母線穿柜套管處。

1）同源性分析：分別將黃、綠、紅傳感器卡接在存在異常信號電纜處，三個(gè)傳感器脈沖信號呈一一對應(yīng)，說明異常信號來自同一個(gè)放電源。

2）異常信號定相分析：分別將黃、綠、紅傳感器分別卡接在35 kV #2號站用變電纜A相、B相、C相，A相傳感器波形起始沿與其他兩相相反，說明異常信號來自A相。

3）異常信號精確定位分析：使用特高頻對電纜上方開關(guān)柜進(jìn)行測試，在35 kV #2號站用變和一/二分段柜發(fā)現(xiàn)異常特高頻信號，一/二分段柜特高頻幅值最大，最大幅值63 dB（圖2），信號具有懸浮放電特征。

4）現(xiàn)場情況分析確認(rèn)：在局放信號定位基礎(chǔ)上，分析現(xiàn)場運(yùn)行方式，確定異常信號具體位置，通過開啟母線室檢查，發(fā)現(xiàn)A相穿墻套管內(nèi)有較為明顯的放電痕跡，將套管拆下后，檢查發(fā)現(xiàn)在A相套管中間部位母排處有一人字形彈簧，彈簧已燒穿變形。確認(rèn)放電點(diǎn)為35 kV一/二分段開關(guān)柜A相母線穿柜套管內(nèi)側(cè)。

2.1.2" " 放電原因分析及改進(jìn)措施

由于人字形等電位彈簧功能落后，彈性回復(fù)能力不佳，開關(guān)柜長時(shí)間運(yùn)行后，彈簧彈性減弱，加之環(huán)境溫度變化導(dǎo)致彈簧與套管內(nèi)壁接觸不良，形成放電。對A、B、C三相穿柜套管進(jìn)行更換，并將等電位彈簧更換為片式彈簧（圖3），這種彈簧彈性系數(shù)高且增大了與套管內(nèi)壁的接觸面積，可大大降低因接觸不良造成放電的可能性。

建議后期開關(guān)柜廠家選擇套管時(shí)選用帶等電位線的套管，采用軟導(dǎo)線替代等電位彈簧，等電位的軟導(dǎo)線一端接在套管內(nèi)部并引出，另一端在套管安裝時(shí)固定于母排，提高了安裝便利性和接觸可靠性。

2.2" " 10 kV二段甲壓變/避雷器柜局部放電缺陷處理

某35 kV變電站，在對10 kV開關(guān)柜進(jìn)行帶電檢測時(shí)發(fā)現(xiàn)特高頻、暫態(tài)地電壓異常信號，結(jié)合G1500數(shù)據(jù)，綜合分析信號具有絕緣放電特征，判斷局放源位于10 kV二段甲壓變/避雷器柜柜前下部位置，如圖4所示。

2.2.1" " 帶電檢測數(shù)據(jù)分析

1）暫態(tài)地電壓檢測數(shù)據(jù)分析。

依據(jù)Q/GDW 11060—2013《交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備暫態(tài)地電壓局部放電帶電測試技術(shù)現(xiàn)場應(yīng)用導(dǎo)則》8.5結(jié)果分析方法[4]：

（1）開關(guān)柜檢測結(jié)果與環(huán)境背景值差值大于20 dB；

（2）開關(guān)柜檢測結(jié)果與歷史數(shù)據(jù)的差值大于20 dB；

（3）本開關(guān)柜檢測結(jié)果與鄰近開關(guān)柜檢測結(jié)果的差值大于20 dB。

結(jié)合表1的數(shù)據(jù)以及不同背景值（空氣背景：4 dB、金屬背景1：7 dB、金屬背景2：9 dB、金屬背景3：8 dB），對10 kV二段甲壓變/避雷器柜進(jìn)行檢測結(jié)果分析，判斷10 kV二段甲壓變/避雷器柜暫態(tài)地電壓檢測存在異常。

2）特高頻數(shù)據(jù)分析。

從圖5中特高頻PRPD/PRPS圖譜可以看出，信號最大值64 dB，每周期存在兩簇脈沖信號，脈沖相位較寬，脈沖幅值大小不一。

結(jié)合PDS-G1500型變電站局部放電檢測與定位系統(tǒng)，綜合分析信號具有絕緣放電特征，局放源位于10 kV二段甲壓變/避雷器柜的柜前下部避雷器倉位置（圖4）。

縮短檢測周期，關(guān)注信號發(fā)展趨勢，對10 kV二段甲壓變/避雷器進(jìn)行更換。更換后進(jìn)行帶電檢測，沒有發(fā)現(xiàn)異常信號，測試結(jié)果正常，10 kV二段甲壓變/避雷器柜缺陷處理完畢。

2.2.2" " 處理措施和改進(jìn)建議

結(jié)合停電檢修對10 kV二段甲壓變/避雷器進(jìn)行更換。更換后進(jìn)行帶電檢測，沒有發(fā)現(xiàn)異常信號，測試結(jié)果正常。后續(xù)工作中建議更換老化的絕緣材料，利用更高標(biāo)準(zhǔn)的絕緣產(chǎn)品提升開關(guān)柜的整體絕緣性能，同時(shí)引入定期的監(jiān)測計(jì)劃，以早期識別潛在的絕緣問題。

3" " 綜合分析與建議

通過兩個(gè)案例分析，筆者深入探索了變電站開關(guān)柜帶電檢測技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用，可以看到使用先進(jìn)的檢測與定位技術(shù)能夠有效識別和定位局部放電的源頭。從兩個(gè)案例的分析中，得出兩個(gè)關(guān)鍵結(jié)論：首先，根據(jù)具體需求選擇合適的帶電檢測技術(shù)對保障檢測的準(zhǔn)確性和電力系統(tǒng)的整體安全至關(guān)重要；其次，面臨技術(shù)挑戰(zhàn)、環(huán)境變化和操作問題時(shí)，采取創(chuàng)新方案和及時(shí)的技術(shù)調(diào)整是解決問題的關(guān)鍵。

在后續(xù)的帶電檢測工作中，推薦采用多種檢測技術(shù)相結(jié)合的辦法，可以避免受到單一技術(shù)的限制，以提升檢測效果和準(zhǔn)確性。此外，對于帶電檢測專業(yè)人員，建議定期開展理論知識與技能培訓(xùn)，以不斷提高他們的專業(yè)水平，及時(shí)掌握行業(yè)內(nèi)的最新技術(shù)。同時(shí)，對檢測標(biāo)準(zhǔn)和操作規(guī)程的持續(xù)完善也至關(guān)重要，進(jìn)一步確保檢測工作的規(guī)范化、高效與安全。

4" " 結(jié)束語

在本文探討的兩個(gè)案例中，筆者實(shí)施的解決策略不僅可直接應(yīng)對已識別的問題，還進(jìn)一步對整體維護(hù)計(jì)劃進(jìn)行了深度優(yōu)化。這些策略在提升變電站開關(guān)柜的可靠性與安全性方面起到了決定性的作用。面臨電力系統(tǒng)運(yùn)行中的諸多挑戰(zhàn)時(shí)，采納一個(gè)綜合性的解決方案顯得格外重要。這一方案涵蓋了：

1）多樣化的檢測技術(shù)：采用多種檢測手段，從不同角度監(jiān)測潛在問題。

2）深入的分析手段：通過深入分析，準(zhǔn)確識別問題根源。

3）針對性的技術(shù)優(yōu)化：根據(jù)分析結(jié)果，實(shí)施專門設(shè)計(jì)的優(yōu)化措施。

這種綜合方案不僅有助于解決當(dāng)前的問題，還顯著增強(qiáng)了系統(tǒng)的整體性能與可靠性，從而為電力系統(tǒng)的持續(xù)發(fā)展與技術(shù)創(chuàng)新提供了實(shí)踐基礎(chǔ)和理論參照，引導(dǎo)電力系統(tǒng)未來的發(fā)展趨勢。

隨著科技的飛速進(jìn)步，帶電檢測領(lǐng)域正在迎來一系列創(chuàng)新技術(shù)的蓬勃發(fā)展。尤其是基于人工智能的故障預(yù)測分析和無人機(jī)巡檢技術(shù)，它們正不斷地推動著帶電檢測工作的效率和準(zhǔn)確性向前邁進(jìn)。未來，帶電檢測技術(shù)的進(jìn)步不僅僅停留在新技術(shù)的應(yīng)用上，還需重視與電力系統(tǒng)管理技術(shù)的深度融合。通過構(gòu)建更智能化的電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對變電站狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控與精準(zhǔn)管理，帶電檢測將成為推動電力系統(tǒng)高效、安全運(yùn)行的關(guān)鍵力量。

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收稿日期：2024-03-22

作者簡介：任書燕（1989—），女，山西晉中人，碩士研究生，工程師，研究方向：電氣試驗(yàn)。