胡錫幸，許杰，徐建文

（杭州市電力局，杭州310009）

開關(guān)柜局部放電帶電檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用分析

胡錫幸，許杰，徐建文

（杭州市電力局，杭州310009）

介紹了10～35 kV開關(guān)柜局放帶電檢測(cè)常用的地電波法和超聲波法，分析了這2種方法的優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用的局限性。利用地電波法和超聲波法對(duì)開關(guān)柜局放進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)帶電檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)了多起開關(guān)柜異常故障，取得了一定的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果。同時(shí)指出，對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行數(shù)字信號(hào)分析和建立相應(yīng)數(shù)據(jù)庫是今后工作開展的方向。

開關(guān)柜；局部放電；帶電檢測(cè)；應(yīng)用

目前10～35 kV金屬封閉成套開關(guān)設(shè)備已廣泛應(yīng)用于各個(gè)變電站，開關(guān)柜在長期運(yùn)行過中由于強(qiáng)電場(chǎng)、熱效應(yīng)、灰塵和化學(xué)物質(zhì)等作用，絕緣性能會(huì)不斷惡化，進(jìn)而產(chǎn)生局部放電（簡(jiǎn)稱局放），而局放的累積效應(yīng)會(huì)加速絕緣的惡化使缺陷擴(kuò)大，最后導(dǎo)致絕緣擊穿。

采用停電預(yù)防性試驗(yàn)來檢測(cè)設(shè)備的方法，很難發(fā)現(xiàn)在2次預(yù)防性試驗(yàn)周期之間的潛伏性缺陷，傳統(tǒng)的絕緣試驗(yàn)方法還會(huì)損傷絕緣材料的性能，影響設(shè)備日后的運(yùn)行性能和使用壽命。同時(shí)，停電檢測(cè)影響了供電的可靠性。隨著配電設(shè)備狀態(tài)檢修工作的日漸深入，應(yīng)用在線監(jiān)測(cè)和帶電檢測(cè)技術(shù)已成為預(yù)防設(shè)備故障的有效措施。

局放產(chǎn)生的能量會(huì)以電磁、聲波、氣體等形式發(fā)射，對(duì)這些物理量進(jìn)行檢測(cè)采集是分析局放的有效手段，開關(guān)柜帶電檢測(cè)最實(shí)用的技術(shù)是地電波法和超聲波法。

1 開關(guān)柜帶電檢測(cè)技術(shù)

1.1 地電波法

當(dāng)高壓電氣設(shè)備發(fā)生局部放電時(shí)，產(chǎn)生的電磁波會(huì)沿著金屬內(nèi)表面?zhèn)鞑?。如果金屬?nèi)表面是全封閉的，電磁波被屏蔽，無法在外部檢測(cè)到放電信號(hào)。實(shí)際上，開關(guān)柜不會(huì)是全封閉結(jié)構(gòu)，放電產(chǎn)生的電磁波會(huì)在開口、接縫、蓋板處傳播出去，同時(shí)產(chǎn)生電壓脈沖，通過設(shè)備箱體外表面?zhèn)鞯酱蟮亍＿@些電壓脈沖被命名為TEV（暫態(tài)對(duì)地電壓），使用特制的電容耦合式傳感器可以檢測(cè)到這個(gè)TEV信號(hào)，從而檢測(cè)出放電的幅值和頻率。地電波法檢測(cè)靈敏度較高，但地電壓在空氣中衰減較大。

1.2 超聲波法

在局放過程中，隨著電荷的快速釋放和遷移，放電點(diǎn)周圍的電場(chǎng)力、機(jī)械應(yīng)力與粒子力失去平衡而產(chǎn)生振蕩，從而產(chǎn)生聲波，這種聲波是一種機(jī)械振動(dòng)波。超聲波傳感器利用壓電材料的壓電效應(yīng)，可以檢測(cè)出這些聲波，從而反映局部放電的程度。另外利用多個(gè)超聲傳感器測(cè)得電信號(hào)與聲信號(hào)之間的時(shí)間差，就可以計(jì)算出放電點(diǎn)與傳感器位置的距離，從而起到定位的作用。

超聲波法最大的優(yōu)點(diǎn)是抗干擾能力強(qiáng)，適合于強(qiáng)電場(chǎng)環(huán)境，而且頻帶寬，能夠檢測(cè)電暈、松動(dòng)、懸浮放電等現(xiàn)象。但由于超聲波的波長較短，方向性較強(qiáng)，且在通過兩種材料的邊界時(shí)會(huì)發(fā)生反射或全發(fā)射，在傳播時(shí)易發(fā)生干涉或疊加。因此，超聲波法的檢測(cè)靈敏度往往取決于聲波信號(hào)的傳播介質(zhì)和路徑，在實(shí)際檢測(cè)過程中，需要選擇多個(gè)測(cè)試點(diǎn)，多適用于空氣中的局放檢測(cè)。

1.3 現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)合測(cè)試技術(shù)

地電波和超聲波這兩種方法各有利弊，在應(yīng)用中都存在著一定的局限性。單獨(dú)對(duì)某一信號(hào)檢測(cè)分析往往無法全面對(duì)局放現(xiàn)象進(jìn)行描述，因此需要聯(lián)合多種檢測(cè)方法進(jìn)行檢測(cè)。目前，在實(shí)際應(yīng)用中較常采用以地電波檢測(cè)為主導(dǎo)，超聲波檢測(cè)為輔的聲-電聯(lián)合檢測(cè)模式。

利用聯(lián)合檢測(cè)模式對(duì)10～35 kV開關(guān)柜進(jìn)行局放檢測(cè)時(shí)，首先選用地電波法進(jìn)行檢測(cè)。因地電波法檢測(cè)易受現(xiàn)場(chǎng)干擾影響，所以測(cè)量前必須做好干擾排除措施，如關(guān)閉開關(guān)室內(nèi)的排風(fēng)扇、采用不同時(shí)間進(jìn)行測(cè)試、利用地電波法的脈沖數(shù)（2 s內(nèi)）判定干擾源等[2]。測(cè)量開始前，應(yīng)以開關(guān)室內(nèi)空氣及前后金屬門測(cè)試平均值為背景信號(hào)的參考值。測(cè)試過程中應(yīng)選擇局放容易發(fā)生的位置，如母排、開關(guān)閘刀、電纜接頭等作為測(cè)試點(diǎn)，或選擇每一面開關(guān)柜的上、中、下部分以及開關(guān)柜兩個(gè)側(cè)面作為測(cè)試點(diǎn)。

對(duì)于地電波法檢測(cè)結(jié)果異?；蚱渌嬖谝伤品烹姷拈_關(guān)柜，可利用超聲波法進(jìn)一步確認(rèn)，使用這種方法前將探頭朝向空氣讀取背景噪聲值。測(cè)試時(shí)，將傳感器對(duì)準(zhǔn)每個(gè)開關(guān)柜的縫隙通道接受信號(hào)，耳機(jī)中所聽到的放電聲就是超聲波信號(hào)。

按照國內(nèi)外的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，地電波法的檢測(cè)值超過20 dB或超聲波法的檢測(cè)值超過6 dB時(shí)應(yīng)引起注意，同時(shí)應(yīng)與開關(guān)柜的背景讀數(shù)進(jìn)行比對(duì)[3]。但這只是對(duì)局放現(xiàn)象的定性判斷，實(shí)際應(yīng)用中需利用縱向分析法、橫向分析法、閾值比較等方法[4]對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，才能獲得正確的判斷。

2 實(shí)際測(cè)試分析

案例1：某變電站35 kV開關(guān)室兩個(gè)位置相鄰的開關(guān)柜“1號(hào)主變35 kV開關(guān)”與“35 kVⅠ段母線避雷器”有異常聲響。對(duì)這兩個(gè)開關(guān)柜開展了局放帶電測(cè)試，測(cè)試點(diǎn)位置如圖1所示，測(cè)試方式和數(shù)據(jù)如表1所示。

圖1 柜后測(cè)試點(diǎn)位置分布

表1 局放測(cè)試數(shù)據(jù)

測(cè)試數(shù)據(jù)表明1號(hào)主變35 kV開關(guān)柜柜后位置①處的TEV值最高為46 dBmV，超聲值也最高，為54 dB。而35 kVⅠ段母線避雷器開關(guān)柜柜后位置①處的TEV值最高為47 dBmV，超聲值也最高，為48 dB。而位置③處的TEV值為44 dBmV，超聲值為46 dB，也偏高，且均高于1號(hào)主變35 kV開關(guān)柜柜后的位置②、③、④。

隨后，用超聲波法對(duì)開關(guān)柜局放部位進(jìn)行定位。首先對(duì)1號(hào)主變35 kV開關(guān)柜柜后的位置①和③進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)放電更靠近位置①處，再對(duì)35 kVⅠ段母線避雷器開關(guān)柜柜后的位置①和③進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)放電更靠近位置③處。

通過現(xiàn)場(chǎng)分析，初步認(rèn)為1號(hào)主變35 kV開關(guān)柜母線穿柜套管處存在因接觸不良導(dǎo)致的懸浮電位放電現(xiàn)象，而35 kVⅠ段母線避雷器開關(guān)柜放電測(cè)量值略大，可能是由于母線端部電場(chǎng)分布均勻性較中部差而造成的。

停電檢查后發(fā)現(xiàn)：1號(hào)主變35 kV開關(guān)柜母線穿柜套管壓簧與穿柜套管內(nèi)壁的鋁質(zhì)屏蔽層未很好連接，A相套管中的絕緣墊圈有一定變形，如圖2、圖3所示。經(jīng)分析認(rèn)為，在安裝母線導(dǎo)電桿時(shí)絕緣墊圈變形，變形的墊圈將壓簧一端頂起，使壓簧與鋁質(zhì)屏蔽層間接觸不良，造成懸浮電位放電。

圖2 壓簧與穿柜套管內(nèi)壁的鋁質(zhì)屏蔽層接觸不良

圖3 套管絕緣墊圈變形

案例2：某變電站10 kV開關(guān)室內(nèi)有噪聲，故進(jìn)行地電波法和超聲法帶電檢測(cè)。測(cè)試結(jié)果表明，所有開關(guān)柜TEV測(cè)量值與背景值基本相同，屬于合格范圍內(nèi)。站內(nèi)某開關(guān)柜超聲測(cè)量值明顯大于其他開關(guān)柜超聲測(cè)量值，且開關(guān)柜背部所測(cè)得的超聲值比前部更高，初步判斷聲響可能是由開關(guān)柜背部面板松動(dòng)引發(fā)機(jī)械震動(dòng)而引起。

對(duì)開關(guān)柜進(jìn)行停電檢修，打開該開關(guān)柜背部面板，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部的隔離板上有幾顆螺釘已經(jīng)缺失，且開關(guān)柜背部面板打開時(shí)伴有強(qiáng)烈的機(jī)械振動(dòng)噪聲，具體如圖4所示。對(duì)該開關(guān)柜重新裝上螺釘，并擰緊固定后，地電波和超聲波檢測(cè)結(jié)果恢復(fù)正常。

圖4 背板螺釘缺失

上述2個(gè)案例表明，單獨(dú)使用一種方法并不能準(zhǔn)確、全面反映局放的實(shí)際情況，有時(shí)甚至?xí)`判斷。地電波法和超聲波法的聯(lián)合檢測(cè)能夠更加準(zhǔn)確地反應(yīng)客觀現(xiàn)象，提高檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確度和可信度。

3 結(jié)語

地電波法和超聲波法的聯(lián)合帶電檢測(cè)方法能夠準(zhǔn)確地反應(yīng)開關(guān)柜的潛在故障，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果較好。超聲波法在實(shí)際過程中甚至能夠檢測(cè)到地電波法發(fā)現(xiàn)不了的缺陷，特別是異常主要表現(xiàn)為柜體內(nèi)部機(jī)械振動(dòng)時(shí)，超聲波法更具優(yōu)勢(shì)。

目前開關(guān)柜局放和缺陷分析尚處于積累資料階段，且現(xiàn)有的檢測(cè)技術(shù)仍然無法準(zhǔn)確地判斷故障類型和故障程度，因此有必要研究開關(guān)柜局放綜合管理和數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、歸納、分類，對(duì)放電類型和故障類型進(jìn)行模式識(shí)別，綜合評(píng)價(jià)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，并由此建立專家數(shù)據(jù)庫，為設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)的推廣奠定基礎(chǔ)。

[1]楊超，張霖.開關(guān)柜局部放電帶電檢測(cè)技術(shù)的運(yùn)用[J].電氣開關(guān)，2011（5）∶6-11.

[2]孔令明，肖云東，劉娟，等.開關(guān)柜局部放電帶電檢測(cè)定位技術(shù)的應(yīng)用與研究[J].山東電力技術(shù)，2010（6）∶5-8.

[3]陳剛.聲電波檢測(cè)儀在10 kV開關(guān)柜局放檢測(cè)中的應(yīng)用[J].電工技術(shù).2010（7）∶67-68.

[4]龐驍剛.開關(guān)柜局部放電原因分析與處理[J].云南電力技術(shù)，2011，39（4）∶56-57，79.

（本文編輯：楊勇）

Research on Live Detection Technology for Partial Discharge of Switch Cabinet

HU Xi-xin，XU Jie，XU Jian-wen
（Hangzhou Electric Power Bureau，Hangzhou 310009，China）

The paper introduces geoelectricity method and supersonic method commonly used for live detection on partial discharge of 10～35 kV switch cabinets，and it analyzes merits and demerits of the two methods and the limitation of application.By use of geoelectricity method and supersonic method for field live detection on partial discharge of switch cabinets，many faults of switch cabinets are detected,and the field application effect has been achieved.The paper indicates the development orientation of digital detection result analysis by digital signal and database establishment in the future.

switch cabinet；PD；live detection；application

TM835.4

：B

：1007-1881（2013）07-0012-03

2013-02-20

胡錫幸（1982-），女，浙江慈溪人，博士，工程師，從事高壓試驗(yàn)及狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)工作。