毛 恒

（廈門紅相電力設(shè)備股份有限公司，福建 廈門361001）

0 引言

配電設(shè)備作為電網(wǎng)的重要組成部分，是保證對(duì)終端客戶可靠供電的主要設(shè)備，其運(yùn)行的安全可靠性直接影響到城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。但是，由于配電設(shè)備在惡劣的環(huán)境中運(yùn)行，容易形成絕緣缺陷，進(jìn)而故障頻發(fā)。根據(jù)2005—2010年全國(guó)6～35kV開關(guān)柜事故統(tǒng)計(jì)，絕緣和載流故障引起的總事故占40.2%［1－3］，廣東電網(wǎng)公司對(duì)1992—2002年間開關(guān)設(shè)備故障類型的統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，絕緣與載流性故障的比例甚至高達(dá)66%［4］，可見，由絕緣和接觸不良導(dǎo)致的故障所占比率是很高的，并且在事故潛伏期都可能產(chǎn)生局部放電現(xiàn)象，局部放電的強(qiáng)弱能夠及時(shí)反映絕緣狀態(tài)水平［5］。因此，對(duì)配電設(shè)備局部放電進(jìn)行檢測(cè)來(lái)判斷絕緣狀態(tài)，對(duì)于配電設(shè)備的綜合診斷、前期預(yù)警以及保護(hù)人員和設(shè)備安全具有很大的意義。

配電設(shè)備局部放電檢測(cè)技術(shù)在國(guó)外發(fā)展較早，但目前國(guó)內(nèi)相關(guān)技術(shù)還不夠成熟。傳統(tǒng)的檢測(cè)體系是根據(jù)規(guī)程定期進(jìn)行檢測(cè)，由于設(shè)備存在潛在的不安全期和實(shí)驗(yàn)條件不夠等因素而往往檢測(cè)不到信號(hào)，不能及時(shí)排除隱患，同時(shí)必須停電操作，存在很大的盲目性［6］。為克服預(yù)防性檢修體系的局限性，減少停電，應(yīng)對(duì)配電設(shè)備開展?fàn)顟B(tài)檢修。

從狀態(tài)檢修的實(shí)際意義來(lái)說(shuō)，電力公司目前利用的僅僅是狀態(tài)檢修的手段，而狀態(tài)檢修的目的在于通過局部放電檢測(cè)數(shù)據(jù)的積累及分析發(fā)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)中的異?，F(xiàn)象，并總結(jié)出指導(dǎo)檢修的普遍性規(guī)律。但是，目前國(guó)內(nèi)開關(guān)設(shè)備的狀態(tài)檢修仍存在“重檢測(cè)、輕管理”的現(xiàn)象，以及數(shù)據(jù)安全性較差、分析數(shù)據(jù)來(lái)源不足、檢修策略過于簡(jiǎn)單等缺陷。目前仍然沒有很好地解決現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、管理、分析和應(yīng)用的關(guān)系，亟需加以改進(jìn)和完善。本文提出一個(gè)系統(tǒng)化解決方案，能很好地解決開關(guān)設(shè)備從局放檢測(cè)、數(shù)據(jù)管理、科學(xué)分析、故障定位到應(yīng)用的問題，達(dá)到科學(xué)檢修的目的。

1 局部放電檢測(cè)技術(shù)

高壓開關(guān)柜絕緣性能的劣化會(huì)導(dǎo)致局部放電的產(chǎn)生，局部放電是指電氣設(shè)備絕緣結(jié)構(gòu)中某個(gè)區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)的放電現(xiàn)象，這種放電只是絕緣結(jié)構(gòu)在該區(qū)域內(nèi)局部被破壞，但若局部放電長(zhǎng)期存在，會(huì)不斷侵蝕其周圍的絕緣介質(zhì)，最終可能導(dǎo)致整個(gè)絕緣系統(tǒng)失效，所以局部放電是造成絕緣惡化的主要原因，同時(shí)它也是絕緣惡化的重要征兆和表現(xiàn)形式［7］。目前高壓配電設(shè)備局部放電檢測(cè)運(yùn)用較廣的技術(shù)是暫態(tài)對(duì)地電壓檢測(cè)技術(shù)和超聲波檢測(cè)技術(shù)。

本項(xiàng)目在消化和吸收國(guó)內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)和成熟經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過技術(shù)創(chuàng)新，基于暫態(tài)對(duì)地電壓和超聲波檢測(cè)技術(shù)的綜合應(yīng)用，構(gòu)建了一個(gè)閉環(huán)式配電設(shè)備局部放電綜合管理系統(tǒng)。

2 配電設(shè)備局部放電綜合管理系統(tǒng)

2.1 綜合管理系統(tǒng)組織架構(gòu)

該綜合管理系統(tǒng)包括檢測(cè)設(shè)備、綜合管理系統(tǒng)兩大部分，其中檢測(cè)設(shè)備包含局部放電巡檢設(shè)備和局部放電定位設(shè)備，實(shí)現(xiàn)配電設(shè)備局部放電的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和故障點(diǎn)定位；綜合管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)檢測(cè)設(shè)備檢測(cè)的局部放電數(shù)據(jù)的集中管理、分析和應(yīng)用。系統(tǒng)組織架構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)組織架構(gòu)

2.2 綜合管理系統(tǒng)工作流程

運(yùn)維部門根據(jù)所轄區(qū)域配電設(shè)備情況，在綜合管理系統(tǒng)中建立相應(yīng)變電站和設(shè)備的臺(tái)賬信息，不僅可以對(duì)所有設(shè)備的廠家、型號(hào)、投運(yùn)年限、使用情況進(jìn)行系統(tǒng)的管理，還可以根據(jù)下達(dá)的檢測(cè)任務(wù)將相應(yīng)的站臺(tái)信息直接下載到局部放電檢測(cè)終端中，該檢測(cè)終端進(jìn)行配電設(shè)備的局部放電檢測(cè)，檢測(cè)獲得的數(shù)據(jù)再上傳到后臺(tái)綜合管理系統(tǒng)，并通過數(shù)據(jù)庫(kù)的導(dǎo)入和導(dǎo)出進(jìn)行檢測(cè)數(shù)據(jù)和分析結(jié)果的共享和交流，通過趨勢(shì)分析、橫向分析、閾值比較分析、統(tǒng)計(jì)分析等分析算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，如果分析結(jié)果異常，可使用局部放電定位儀對(duì)設(shè)備故障點(diǎn)進(jìn)行定位，從而實(shí)現(xiàn)了配電設(shè)備局部放電檢測(cè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、匯總、共享、分析、定位和應(yīng)用的高度統(tǒng)一，并根據(jù)綜合分析結(jié)果為用戶提供基本的輔助決策建議。系統(tǒng)工作流程如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)工作流程

該系統(tǒng)保障了檢測(cè)數(shù)據(jù)管理的安全性和規(guī)范性，通過集中與共享檢測(cè)數(shù)據(jù)滿足了進(jìn)行配電設(shè)備狀態(tài)分析對(duì)數(shù)據(jù)充足性、廣泛性的要求；應(yīng)用各種分析方式了解開關(guān)設(shè)備的局部放電情況，應(yīng)用有效的狀態(tài)分析模型從檢測(cè)數(shù)據(jù)中總結(jié)開關(guān)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，經(jīng)過長(zhǎng)期大量數(shù)據(jù)積累，總結(jié)分析結(jié)果，還可形成一套標(biāo)準(zhǔn)或?qū)t，指導(dǎo)開關(guān)設(shè)備進(jìn)行有效的狀態(tài)檢修。

3 局部放電的分析技術(shù)

本項(xiàng)目通過研究國(guó)內(nèi)外流行的狀態(tài)檢修數(shù)據(jù)分析方法，利用趨勢(shì)分析技術(shù)、橫向分析技術(shù)、閾值比較技術(shù)、故障概率統(tǒng)計(jì)技術(shù)、綜合分析技術(shù)等對(duì)開關(guān)柜的局部放電檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行智能化分析［8］。通過多種分析結(jié)果綜合評(píng)判檢測(cè)對(duì)象的絕緣狀態(tài)，判斷絕緣故障，并利用輔助決策模型給出相應(yīng)的輔助決策建議。

3.1 趨勢(shì)分析

趨勢(shì)分析假定某一開關(guān)柜的絕緣水平不會(huì)發(fā)生突發(fā)性惡化，連續(xù)性的局部放電檢測(cè)數(shù)據(jù)也不會(huì)出現(xiàn)大的躍變，即變化量基本保持穩(wěn)定，且圍繞平均水平上下波動(dòng)。因此，可以通過分析某次局部放電檢測(cè)數(shù)據(jù)偏離平均水平的變化程度來(lái)判斷該設(shè)備是否存在絕緣缺陷及缺陷嚴(yán)重程度。具體的分析過程應(yīng)按如下步驟進(jìn)行：

（2）當(dāng)平均值的偏移量≥10%時(shí)，應(yīng)先進(jìn)行干擾判斷，如不是干擾則應(yīng)列入危險(xiǎn)等級(jí)。趨勢(shì)分析需要基于一定的連續(xù)檢測(cè)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量越大，時(shí)間間隔越短，分析結(jié)果越準(zhǔn)確。

3.2 橫向分析

橫向分析法是對(duì)同一個(gè)站室內(nèi)所有配電設(shè)備的同一次測(cè)試結(jié)果進(jìn)行比較，當(dāng)某一或某幾個(gè)配電設(shè)備的測(cè)試結(jié)果比其他配電設(shè)備的測(cè)試結(jié)果及現(xiàn)場(chǎng)背景值均大時(shí)，就可以判斷此配電設(shè)備有存在缺陷的可能性。具體按以下步驟進(jìn)行：

（2）對(duì)于最大值偏移量參考表1內(nèi)容進(jìn)行分析。

表1 最大值偏移量判斷標(biāo)準(zhǔn)

3.3 閾值比較分析

根據(jù)局部放電檢測(cè)設(shè)備測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，并給出“正?！?、“關(guān)注”、“預(yù)警”、“檢修”等多種輔助決策建議。

3.3.1 超聲波閾值比較方法

在超聲波檢測(cè)時(shí)應(yīng)先使用聲音判別，再使用閾值比較判別。具體超聲波閾值比較判別依據(jù)如表2所示，其中P 為開關(guān)柜超聲波巡檢測(cè)試值。

表2 超聲波閾值比較判別依據(jù)

3.3.2 TEV 閾值比較方法

在TEV 檢測(cè)時(shí)，應(yīng)先測(cè)試站室內(nèi)的背景噪聲值，背景噪聲應(yīng)在金屬門、金屬柵等金屬制品上檢測(cè)，每個(gè)站室內(nèi)建議至少檢測(cè)3個(gè)位置的背景噪聲值，并取平均值作為背景信號(hào)的參考值。具體閾值比較判別依據(jù)如表3所示，其中A 為現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的背景噪聲值，P 為開關(guān)柜暫態(tài)地電壓巡檢測(cè)試值。

表3 TEV閾值比較判別依據(jù)

3.3.3 TEV 定位的判斷

利用同一放電源到不同探測(cè)器的時(shí)間差，用兩個(gè)探測(cè)器對(duì)局部放電點(diǎn)進(jìn)行定位。首先在開關(guān)柜的橫向進(jìn)行定位，當(dāng)兩個(gè)傳感器同時(shí)觸發(fā)時(shí)，說(shuō)明放電位置在兩個(gè)傳感器的中線上。同理，在開關(guān)柜的縱向進(jìn)行定位，同樣確定一條中線，兩條中線的交點(diǎn)就是局部放電的具體位置。

3.4 統(tǒng)計(jì)分析

該分析是以電力公司所有的配電設(shè)備為統(tǒng)計(jì)樣本，對(duì)各個(gè)變電站不同電壓等級(jí)開關(guān)柜一定時(shí)間段內(nèi)的整體運(yùn)行情況進(jìn)行概率分布計(jì)算，得到其典型統(tǒng)計(jì)參數(shù)，并結(jié)合假設(shè)一定的概率分布模型，計(jì)算與故障概率值對(duì)應(yīng)的放電水平，即放電判斷閾值。統(tǒng)計(jì)分析首先需要開展廣泛的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，以獲取足夠的統(tǒng)計(jì)樣本，根據(jù)電力公司的具體條件選擇合理的正常設(shè)備概率，據(jù)此可以大致判斷具體設(shè)備的絕緣狀態(tài)。

3.5 綜合分析

對(duì)開關(guān)柜局部放電的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，不能單一地以某一種分析技術(shù)來(lái)判斷設(shè)備是否存在故障，而應(yīng)綜合各種分析技術(shù)，進(jìn)行綜合判斷分析，對(duì)檢測(cè)的數(shù)據(jù)要進(jìn)行收集、匯總、分析，再加以應(yīng)用，并需遵循以下原則：基于任何檢測(cè)技術(shù)的數(shù)據(jù)都是有用的，基于任何檢測(cè)技術(shù)的數(shù)據(jù)都有其局限性，規(guī)律隱藏在長(zhǎng)期、連續(xù)的測(cè)試數(shù)據(jù)當(dāng)中，實(shí)施狀態(tài)檢修，既需要充分利用現(xiàn)有的規(guī)律，更需要對(duì)現(xiàn)有規(guī)律的持續(xù)完善和補(bǔ)充。

4 系統(tǒng)應(yīng)用

2013年我公司應(yīng)用該系統(tǒng)對(duì)某配變站進(jìn)行了常規(guī)局部放電檢測(cè)，并利用后臺(tái)管理軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，同時(shí)采用局部放電定位儀進(jìn)行定位，根據(jù)結(jié)果提供了初步的狀態(tài)檢修輔助決策建議。

在對(duì)某配電站進(jìn)行局放檢測(cè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)整個(gè)35kV 開關(guān)柜室背景值較高，但很難判斷出站內(nèi)是否放電及其位置，使用該設(shè)備對(duì)站內(nèi)的所有開關(guān)柜設(shè)備普測(cè)一遍，發(fā)現(xiàn)35kV ZS5開關(guān)柜的值更高，并且用超聲波耳機(jī)聲音監(jiān)測(cè)，其內(nèi)部放電聲音明顯，可聽見“噼、啪”聲，然后再將該站所有開關(guān)設(shè)備測(cè)試數(shù)據(jù)導(dǎo)入后臺(tái)管理軟件進(jìn)行橫向分析，分析結(jié)果如圖3所示，發(fā)現(xiàn)該開關(guān)柜兩側(cè)的測(cè)試值逐步下降，綜合分析后，初步確定為該柜存在放電缺陷。

圖3 TEV測(cè)試結(jié)果橫向分析圖

后經(jīng)采用局部放電定位儀進(jìn)行定位，發(fā)現(xiàn)該柜子有明顯放電，建議檢修。檢修發(fā)現(xiàn)的確是該柜子穿板套管內(nèi)均壓環(huán)彈片因接觸不良產(chǎn)生放電，如圖4所示，可見放電痕跡明顯，取下彈片后，測(cè)試值明顯減小。

5 結(jié)語(yǔ)

圖4 痕跡明顯的彈片

配電設(shè)備絕緣故障檢測(cè)定位與綜合管理系統(tǒng)創(chuàng)造性地將配電設(shè)備局部放電檢測(cè)、定位、存儲(chǔ)、管理與分析應(yīng)用整合在一起，其有效應(yīng)用有利于及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備潛在的運(yùn)行隱患，采取有效的防控措施，降低事故發(fā)生概率；有利于科學(xué)地進(jìn)行檢修需求決策，將極大地保障配電設(shè)備的安全性與可靠性。通過該項(xiàng)目能根據(jù)配電設(shè)備的絕緣狀況制定合理的檢修策略，從而避免周期性停電檢修造成的經(jīng)濟(jì)損失，大大提高電力公司的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

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