李新星，楊海波，韓 濤

（國網(wǎng)山西省電力公司臨汾供電公司，山西 臨汾 041000）

提高TEV法發(fā)現(xiàn)開關柜局部放電缺陷能力的研究

李新星，楊海波，韓 濤

（國網(wǎng)山西省電力公司臨汾供電公司，山西 臨汾 041000）

提出基于暫態(tài)地電壓（TEV）原理的開關柜局部放電檢測已開展多年，仍存在較大幾率的缺陷漏檢。特別是隨著近一段時間臨汾地區(qū)若干起開關柜嚴重事故的發(fā)生，闡述了在實踐中如何更好地應用TEV法成為急需研究的問題。介紹了TEV的產(chǎn)生機理、方法特點，分析了TEV幅值與局部放電源的關系、開關柜表面TEV幅值的分布。同時，從檢測方法、數(shù)據(jù)管理、缺陷判斷等多個方面，探討了TEV法在開關柜局電放電檢測中的具體應用，達到提高發(fā)現(xiàn)缺陷能力的目的。

開關柜；暫態(tài)地電壓；局電放電檢測

為提高供電的可靠性、安全性，10 kV、35 kV金屬封閉式開關柜在電力系統(tǒng)的各個變電站得到廣泛應用。開關柜的可靠性直接決定了用戶供電的可靠性，是城市配網(wǎng)的關鍵設備。

開關柜的數(shù)量眾多且造價較低，因而不可能像變壓器、GIS等設備實現(xiàn)全面、實時的在線監(jiān)測。預防性試驗的周期較長，在兩次試驗間隔之間發(fā)展的缺陷存在很大的安全隱患。隨著供電可靠性的要求不斷提高，通過帶電檢測來監(jiān)視開關柜的運行狀態(tài)越來越重要。

1 局部放電

局部放電是指發(fā)生在電極之間但并未貫穿電極的放電，一般是由于絕緣體內(nèi)部或絕緣表面局部電場特別集中而引起的。這種放電的能量很小，短時的存在不會影響到設備的絕緣。但如果局部放電在運行電壓下不斷地發(fā)生，會產(chǎn)生累積效應，使得設備的絕緣逐漸劣化，局部缺陷不斷擴大，最終導致絕緣擊穿發(fā)生事故。

局部放電主要有以下幾種類型。

a）內(nèi)部放電。絕緣材料內(nèi)部存在氣隙、雜質(zhì)等，使得電場分布不均勻。通常氣隙、雜質(zhì)的介電系數(shù)比絕緣材料低，其分擔的電壓高，在電壓峰值處間歇性擊穿發(fā)生內(nèi)部局部放電。實際的正、負半周放電圖形不是完全對稱的，與放電的電極系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)有關。

b）表面放電。在電場中的介質(zhì)有一平行于表面的場強分量，當這個分量達到擊穿場強時，則可能發(fā)生表面放電，通常出現(xiàn)在導體和介質(zhì)彎角的表面、臟污的絕緣子、套管法蘭等位置。

c）電暈放電。在電場極不均勻的情況下，導體表面的電場強度達到氣體的擊穿場強時發(fā)生放電，出現(xiàn)在高壓電極邊緣、尖端等位置。

d）懸浮電位放電。高壓設備導體間連接不良形成電位差，或高壓電極與低壓電極之間的電壓超過兩者之間絕緣材料的擊穿電壓。

局部放電是一種復雜的物理過程，除電荷的轉(zhuǎn)移和電能的損耗之外，還會產(chǎn)生電磁輻射、聲音、超聲波、光、熱、氣體等。

2 暫態(tài)地電壓（TEV）原理

開關柜內(nèi)部發(fā)生局部放電時，會產(chǎn)生電磁波，帶電粒子會沿各個方向由帶電體向非帶電體（柜體）快速遷移，在非帶電體上產(chǎn)生高頻電流脈沖。如果開關柜是連續(xù)的金屬體，受集膚效應的影響，電流脈沖會集中在金屬柜體的內(nèi)表面，而不能穿透。但實際中，開關柜是不連續(xù)的，電流脈沖通過金屬柜體的縫隙或孔洞由內(nèi)表面轉(zhuǎn)移到外表面，并以電磁波的形式向自由空間傳播，且在接地的金屬外殼上產(chǎn)生暫態(tài)地電壓 TEV（Transient Earth Voltage）。TEV在柜體表面振蕩衰減，幅值在幾個毫伏至幾伏的范圍內(nèi)，且存在時間很短，一般只有幾個納秒的上升時間。正常狀態(tài)時柜體表面各處的TEV幅值不同（見圖1）。

圖1 暫態(tài)地電壓TEV原理圖

TEV法在1974年由英國的Dr.John.Reeves首次提出，通過檢測開關柜外表面上的暫態(tài)地電壓來檢測內(nèi)部的放電現(xiàn)象，該技術在國內(nèi)、外得到了廣泛的應用。

3 TEV分布特性

開關柜內(nèi)發(fā)生局部放電時，柜體表面TEV幅值的分布滿足以下兩點[1-3]。

a）TEV信號的幅值隨著測試點與局部放電源的距離的增大而減小。

b）TEV信號的幅值隨著測試點與與柜體縫隙距離的減小而增大。并且，后者的影響大于前者。開關柜的中心點處發(fā)生局部放電時，測試點如圖2所示，“4”、“6”TEV幅值較大，“2”、“8”次之，“5”最小且與正常狀態(tài)時的值接近。由于開關柜結(jié)構(gòu)、故障點位置的影響，電磁波傳播過程中會反射和折射，實際情況要更復雜。

TEV信號沿著開關柜表面?zhèn)鞑r會產(chǎn)生較明顯的時延特征[1-3]，通過布置多個傳感器，可對放電源進行定位。如圖2所示，在開關柜上部發(fā)生局部放電時，區(qū)域“3”、“6”、“9”測得的TEV信號有明顯的先后順序。被測設備內(nèi)因局部放電而產(chǎn)生電流脈沖到達不同位置所需的時間不受反射波的影響。因此，通過比較2只探測器在不同位置測得TEV信號所到達的時間，相對于比較TEV幅值的方法能更有效地確定放電源。

TEV信號的幅值與局部放電源脈沖的幅值成正比[2-3]，隨其脈沖寬度的增加而迅速減小，隨其脈沖頻率的增加而增大。因此，TEV法對脈沖變化速度較快的內(nèi)部放電比較敏感，而對放電頻譜較低的表面放電不敏感。可采用超聲波與TEV法相聯(lián)合的聲—電檢測法[4-5]，來更好地監(jiān)測各種類型的局部放電。

圖2 檢測位置示意圖

4 檢測方法

TEV信號的幅值可從測試儀器上直接讀取，對操作人員要求不高，適合進行開關柜運行狀態(tài)監(jiān)測的普查工作。實際中為更好地發(fā)現(xiàn)缺陷，采集科學、有效的測試值，需要對柜體表面多個固定點進行測試且測試位置靠近開關柜縫隙。開關柜正面，可選取如圖2所示區(qū)域“2”、“8”；側(cè)面與背面可根據(jù)實際情況選擇。

檢測之前應首先在金屬門等處檢測背景噪聲。測量得到的TEV信號的幅值是外部空間電磁干擾與局部放電共同作用的結(jié)果，實際值與實測值并不相等。不能以實測值代替實際值，也不能簡單地以實測值減去背景噪聲代替實際值。實測值與背景噪聲值之間的差值越大，則實測值越接近于實際值。

檢測過程中，可能遇到照明燈、空調(diào)、驅(qū)鼠器、保護屏柜等的影響，要采取聲—電聯(lián)合檢測、關閉干擾源等方法，區(qū)分局部放電與干擾。

5 分析方法

帶電檢測是推進開關柜狀態(tài)化檢修的重要內(nèi)容，必須重檢測、更重管理。數(shù)據(jù)的管理很重要，不是簡單的“是”與“否”兩個結(jié)論，規(guī)律、缺陷隱藏長期、連續(xù)的測試數(shù)據(jù)當中，主要有以下幾種分析方法。

a）橫向分析。對同一個配電室內(nèi)的開關柜的同次檢測結(jié)果進行對比分析。對比的開關柜之間廠家、型號多數(shù)相同，所處的電磁環(huán)境基本相同，當某一開關柜的檢測結(jié)果明顯偏離總體平均水平時，則初步可以認為此設備存在缺陷的可能性較大。

b）趨勢分析。對同一個開關柜不同時期的測試結(jié)果進行分析，開關柜的絕緣水平不會發(fā)生突發(fā)性的惡化，絕緣劣化是一個緩慢累積的過程，間隔較短的TEV測量數(shù)據(jù)不會出現(xiàn)大的躍變，變化量圍繞平均水平上下波動。當若干次連續(xù)檢測數(shù)據(jù)偏離平均水平較大時，可認為此設備存在缺陷的可能性較大。

c）閥值分析。通過將檢測數(shù)據(jù)與局部放電狀態(tài)判斷閾值進行比較，可以初步判斷開關柜目前的運行狀況。國網(wǎng)公司《電力設備帶電檢測技術規(guī)范》對開關柜暫態(tài)地電壓檢測項目中規(guī)定，相對值（被測量設備數(shù)值與環(huán)境數(shù)值差）小于20 dB時正常，相對值大于20 dB時異常，對異常情況可開展長時間在線監(jiān)測?？茖W的閾值應綜合考慮開關類型、運行年限、環(huán)境條件、制造水平等方面。過高的閾值，會導致開關柜檢修不足；過低的閾值，會導致檢修次數(shù)、費用、人員大量增加，降低供電可靠性。需要根據(jù)實際情況，結(jié)合國網(wǎng)相關規(guī)定，通過廣泛、長期的數(shù)據(jù)積累，逐漸修訂、完善適合自身特點的判斷閾值。

目前，臨汾地區(qū)的檢測數(shù)據(jù)管理是一個薄弱環(huán)節(jié)，延用紙質(zhì)報表和報告，數(shù)據(jù)的利用率低下。應從做好狀態(tài)檢修工作的實際需求出發(fā)，建立專用的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。

6 數(shù)據(jù)管理

數(shù)據(jù)管理主要包括兩方面的內(nèi)容。

6.1 檢測數(shù)據(jù)的正確性

a）不同廠家、不同型號的檢測儀器對同一對象的測量結(jié)果可能存在差異，為使得歷史數(shù)據(jù)具有可比較性，盡量不要更換檢測儀，或者應明確新、舊檢測儀之間的這種差異。

b）檢測過程中，可能由于儀器、檢測方法、干擾等的原因，對同一檢測位置的多次測量值相差較大。因此，應對同一檢測位置進行多次測量，取穩(wěn)定的若干次檢測值的平均值為該檢測位置的測量值。

6.2 檢測數(shù)據(jù)的分析

充分利用Excel等工具，如圖3所示，對一個初步開發(fā)的數(shù)據(jù)管理、分析系統(tǒng)進行介紹。

圖3 數(shù)據(jù)管理、分析系統(tǒng)

a)閥值分析。按表格的格式輸入數(shù)據(jù)后，若測量值減去環(huán)境讀數(shù)大于20，則自動標記為紅色，例如2014年03月21日，10號測試點（1號主變401前上）的測量值42，與環(huán)境計數(shù)22的差值為20。

b)趨勢分析。對每個測量點的歷史數(shù)據(jù)，采用最小二乘法進行線性擬合，并自動標記斜率最大的3個測量點，即增長趨勢最明顯的3個測量點，同時可匯制相應的趨勢圖。10號測試點，從2008年至2014年的增長趨勢較明顯，存在缺陷的可能性大，如圖4所示。

圖4 開關柜10號測試點的趨勢圖

c)橫向分析。篩選“前中”位置的測量點，對一排開關柜相同位置的測量值進行橫向分析。

7 案例分析

220 kV某變電站35 kV 1號站用變開關柜，至2014年12月投運滿1年，共進行了2次開關柜暫態(tài)地電壓測試，均未見異常。

規(guī)范檢測方法與數(shù)據(jù)管理后，進行故障靈敏檢測點的定點測試。2015年06月發(fā)現(xiàn)檢測數(shù)據(jù)異常，數(shù)值高達46 dB，存在間歇性放電，30 s內(nèi)放電5～7次。經(jīng)停電檢查，發(fā)現(xiàn)A相母線鋁排與支持瓷瓶未安裝緊固螺栓，懸浮電位放電。該缺陷從投運開始就存在,原因為開關柜驗收不合格，可能使母線在短路電流作用下不滿足動穩(wěn)定性的要求，加裝緊固螺栓處理后，檢測數(shù)據(jù)正常。

8 總結(jié)

開關柜TEV法是一種重要的局部放電帶電檢測技術，具有很好的應用前景，要在配套儀器、人員素質(zhì)、檢測方法、數(shù)據(jù)管理、分析判斷等方面不斷地探索。同時，綜合超聲波、超高頻等方法，監(jiān)測開關柜的運行狀態(tài)，提高供電可靠性。

[1]陳慶祺，張偉平.開關柜局部放電暫態(tài)地電壓的分析特性研究 [J].高壓電器，2012，48（10）：88-93.

[2]葉海峰，錢勇.基于暫態(tài)地電壓的開關柜局部放電仿真研究[J].高壓電器，2013，49（7）：13-17.

[3]王有元，李寅偉.開關柜局部放電暫態(tài)地電壓傳播特性的仿真分析 [J].高電壓技術，2011，37（7）：1683-1688.

[4]陸忠，朱衛(wèi)東.多種局部放電檢測手段診斷開關柜放電缺陷[J].高壓電器，2012，48（6）：94-98.

[5]章濤，王俊波.10 kV開關柜局部放電檢測技術研究與應用[J].高壓電器，2013，48（10）：100-104.

The Research of Im proving the Ability of Discovering Partial Discharge Defect of Switchgears Based on TEV

LIXinxing,YANG Haibo,HAN Tao

(State Grid Linfen Power Supply Company of SEPC,Linfen,Shanxi 041000,China)

Partial discharge detection of switchgears based on transient earth voltage (TEV) has been carried out for many years.However, there are still a large probability of undetected defects. Especially with the recent occurrence of several serious accidents in Linfen, how to better apply TEV becomes an urgent research point. This paper describes the mechanism of TEV and methodological characteristics. The relationship between TEV amplitude and the partial discharge source, and the distribution of TEV amplitude are analyzed. This paper discusses specific application of TEV from the aspects of detection methods, data management and defect judgment,which has achieved the purpose of improving the defect discovery capabilities.

switchgears; TEV; partial discharge detection

TM591

A

1671-0320（2016）02-0034-005

2015-11-17，

2015-01-19

李新星（1985），男，山西臨汾人，2011年畢業(yè)于太原理工大學電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)，碩士，工程師，從事電力設備高壓試驗工作；

楊海波（1968），男，山西臨汾人，2006年畢業(yè)于太原電力高等專科學校電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)，工程師，從事電力設備狀態(tài)檢修工作；

韓 濤（1983），男，山西霍州人，2006年畢業(yè)于太原理工大學電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)，碩士，工程師，從事電力設備狀態(tài)檢修工作。