中國南方電網廣州供電局有限公司 莫文雄 方健 王勁 王勇 欒樂 黃慧紅 覃煜 李盛楠

廣州電網10kV配電設備檢測新技術在狀態(tài)檢修中的研究與應用

中國南方電網廣州供電局有限公司 莫文雄 方健 王勁 王勇 欒樂 黃慧紅 覃煜 李盛楠

目前大型城市配電設備大多采用的計劃檢修模式，而配網運行的電氣設備的狀態(tài)各有差異，工作條件有好有壞，有的到期卻并不需要檢修，而有的雖未到期，卻很可能需要檢修。如何合理安排設備檢修，同時保證配網有較高的可靠性，狀態(tài)檢修為解決當前面臨的問題提供了一個很好的解決辦法。

配網設備；檢測新技術；帶電檢測；振蕩波；狀態(tài)檢修

1 推行狀態(tài)檢修的目的與意義

當設備發(fā)生故障，往往要花費數小時搶修，而且會造成難以估量的停電損失。如何才能盡量避免找故障，就是要走在故障的前面，通過技術檢測手段，識別故障的早期征兆，對故障部位、故障嚴重程度及發(fā)展趨勢做出判斷，從而確定最佳維修時機。實行狀態(tài)檢修的目的是為了延長設備壽命，確保供電可靠性，降低檢修成本，減少檢修風險。

2 狀態(tài)檢修的方法與策略

狀態(tài)檢修是通過對設備狀態(tài)進行監(jiān)測，然后按設備的健康狀態(tài)來安排檢修的一種策略。狀態(tài)檢修分為三個階段：狀態(tài)監(jiān)測、狀態(tài)評價與風險評估、運行檢修策略。

2.1 狀態(tài)監(jiān)測

狀態(tài)監(jiān)測對設備的運行狀態(tài)進行測量、記錄，為設備評估和診斷提供數據支撐，該環(huán)節(jié)是實施狀態(tài)檢修的關鍵。狀態(tài)監(jiān)測技術是一項技術含量高的綜合測試技術，尤其以帶電測試和在線監(jiān)測的技術難度大。帶電測試和在線監(jiān)測技術的推廣應用既需要克服傳感器靈敏度、抗干擾能力等硬件技術，同時也需要積累豐富的數據診斷經驗。

2.2 狀態(tài)評估與風險評估

在狀態(tài)監(jiān)測和巡視維護的基礎上，按照現行管理及方法，開展設備的狀態(tài)評價和風險評估，分析掌握設備的健康狀況和運行風險，為制定監(jiān)測、運行、維護、檢修策略提供科學的依據。

2.3 運行檢修策略

根據設備狀態(tài)評價及風險評估結果制定相應的運行檢修策略，調整設備預試、檢修工作時機和工作重點，有針對性的把有限的資源集中投入到高風險、狀態(tài)差的設備管理上，使設備試驗、巡視、運行維護以及大修技改等設備運行管理工作更具針對性、合理性和有效性。

3 狀態(tài)檢修技術的應用

為做好提前預控，防患于未然，我局全面推廣狀態(tài)監(jiān)測技術，為設備“把好脈”。2010年12月開展對運行設備進行狀態(tài)檢修工作，降低電力設備故障率。在沒有太多經驗的借鑒下不斷改進檢測技術和管理方法，通過一年多的實踐工作取得了良好效果，為廣州亞運會保電線路的打下良好基礎。

3.1 振蕩波電壓法

3.1.1 振蕩波電壓法的原理

圖1 振蕩波電壓法檢測系統(tǒng)示意圖

表1 OWTS-28M系統(tǒng)的技術參數

振蕩波電壓試驗方法的基本思路是利用電纜等值電容與電感線圈的串聯諧振原理，使振蕩電壓在多次極性變換過程中電纜缺陷處會激發(fā)出局部放電信號，通過高頻耦合器測量該信號從而達到檢測目的[11][12]。試驗接線圖如圖1所示，整個試驗回路分為兩個部分：一是直流預充電回路；二是電纜與電感充放電過程，即振蕩過程。這兩個回路之間通過快速關斷開關實現轉換。

3.1.2 主要技術參數

目前，振蕩波電壓法檢測系統(tǒng)有4種常用的類型28kV、60kV、150kV和350kV，分別用來檢測10kV、35kV、110kV及220kV或330kV電壓等級的電纜。本文使用的是28kV電壓等級的產品，表示該系統(tǒng)對電纜的直流充電電壓能夠最高施加到28kV，技術參數如表1所示。按照上述參數，該套系統(tǒng)能夠檢測的10kV電纜長度在125米至5000米之間?？紤]10kV電纜的運行年限、敷設環(huán)境及接頭的制作情況等因素，較理想地檢測范圍一般在3000米以內。并且，當被測電纜較短時，為將振蕩頻率保持在一定范圍，可以在電纜上并聯一個電容。

3.1.3 局部放電定位原理

振蕩過程中，利用行波法對局放信號進行定位。測試一條長度為l的電纜，假設在距測試端x處發(fā)生局部放電，脈沖沿電纜向兩個相反方向傳播，其中一個脈沖經過時間t1到達測試端；另一個脈沖向測試對端傳播，在電纜末端發(fā)生反射，之后再向測試端傳播，經過時間t2到達測試端，如圖2所示。根據兩個脈沖到達測試端的時間差，可計算局部放電發(fā)生位置，即∶

式中，v為電纜中的波速。

圖2 脈沖反射法原理示意圖

脈沖反射法在10kV電纜找故障中被廣泛采用，所以這種方法很容易被操作人員掌握，非常方便現場推廣使用。準確尋找入射波和放射波是提高局部放電定位準確性的關鍵。一般原則是入射波幅值大于放射波，入射波上升沿更加陡而反射波脈沖更寬。

自2012年底開始，共完成測試任務總數為1094回線路，其中684條舊電纜，410條新電纜，發(fā)現局放電纜線路89條。這些電纜存在的的缺陷都得到驗證并都得到了及時修復，并在修復后通過了局放測試，成功為大型城市配網的安全可靠供電排除了隱患。

案例：技術人員利用振蕩波電壓法對我局某條出線電纜進行交接試驗檢查時發(fā)現距離測試端142米左右位置存在集中性的局部放電現象，位置正好是中間接頭所在處，并且局部放電視在放電量幅值分別達到了280pC、135pC、275pC，具體分析結果如圖3所示，由于幅值并不是特別高，我局選擇1年后復測觀測局部放電的發(fā)展趨勢。第二次檢測結果再次表明在距離測試端142米左右位置存在集中性放電現象，局部放電視在放電量幅值分別達到了1500pC、0pC、1650pC，結果如圖4所示，根據相關經驗需要對該條電纜施行檢修。

我局隨后立即對該電纜接頭進行解體分析，具體的解體分析情況如圖4所示，同時也驗證了振蕩波試驗的分析結果。

發(fā)現壓接處打磨工藝控制不足，表面有毛刺，在運行中會產生局部放電，如圖5所示；

三相銅屏蔽表面有明顯銹蝕，其中一相的熱縮管與主絕緣界面存在氣隙，如圖7所示。

3.1.4 應用小結

(1)電纜振蕩波技術可以有效檢測出10kV配電電纜的各種局部缺陷并對其進行準確定位，可以促進安裝工藝的提高和避免電纜因長期運行逐漸劣化引起突發(fā)性事故的發(fā)生。

圖3 第一次電纜局部放電檢查結果

(2)通過該項技術的測試，發(fā)現了很多電纜缺陷，其原因主要是安裝工藝粗糙、受潮和用錯材料等幾個方面。

圖4 第二次復測電纜局部放電檢查結果

3.2 局放帶電(超聲波及地電波)檢測技術的應用

10kV高壓環(huán)網柜是向用戶供電的最直接的設備，其運行可靠性直接關系到供電質量和供電可靠性。由于近年來環(huán)網柜故障經常發(fā)生，迫切需要對開關柜絕緣狀態(tài)檢測方法進行研究。帶電局部放電檢測主要采用非嵌入式局部放電檢測方法。該方法主要通過檢測局部放電所發(fā)出的電磁波和超聲波來實現局部放電的非嵌入式檢測。

3.2.1 超聲波檢測技術

局部放電的聲發(fā)射檢測技術：用儀器探測、記錄、分析聲發(fā)射信號和利用聲發(fā)射信號推斷聲發(fā)射源的技術稱為聲發(fā)射檢測技術。聲發(fā)射檢測技術是一種新興的無損檢測技術，基本原理如圖8所示。

3.2.2 地電波（TEV）檢測技術

TEV的產生及檢測原理：絕緣結構中若存在局部電場較高（場強分布不均勻），或因制造工藝不完善、運行中絕緣有機物分解、固體絕緣受機械力作用發(fā)生開裂等原因形成缺陷，運行中的這些部位就容易出現絕緣擊穿、發(fā)生局部放電，這個過程中產生的高頻信號就會傳輸到設備外層，形成暫態(tài)對地電壓，簡稱TEV。我們可以通過特制的電容耦合探測器捕捉這個TEV信號（測量方法見圖9），從而得出局部放電的幅值（dB）和放電脈沖頻率。

該檢測采用超聲波及地電波技術，能夠在帶電狀態(tài)下進行短時的在線監(jiān)測，只在需要進行設備缺陷、故障的綜合診斷時才進行停電試驗。在一次檢測過程中，發(fā)現我局重大保供電環(huán)網柜存在缺陷。

根據與新加坡電網公司對標結果來看,狀態(tài)監(jiān)測十分務實，開展開關柜地電波局部放電測試、開關柜超聲波局部放電測試，實踐證明對發(fā)現開關柜內部的絕緣故障有較好的效果，監(jiān)測效果好，投入產出率高。使用該技術已經發(fā)現了我局多起缺陷案例，本文列舉了其中1起，并將定位過程進行了說明。

2013年4月1日，溫度28℃，濕度為70%，技術人員利用TEV Plus+和Ultra 9000對我局某個電房內的開關柜進行狀態(tài)檢測，測試結果嚴重超標，通過比較檢測基本能夠確認放電源來自開關內部，現場有明顯放電聲和臭氧氣味。

2013年4月2日至2013年4月9日之間，技術人員利用PDM03對所有運行中的開關柜進行了為期7天的在線監(jiān)測。根據PDM03局放定位檢測儀的使用方法，在環(huán)網柜不同地點安裝8個傳感器，通過其監(jiān)測局放位置，結合后期軟件分析，發(fā)現檢測點G10柜上面母排處的TEV幅值最大。

圖5 壓接處打磨工藝控制不足

圖7 銅屏蔽表面有銅綠

監(jiān)測結束后對環(huán)網柜內部進行停電檢查發(fā)現：（1）開關柜內銅排壓帽發(fā)現有凝露并形成了較多的水珠，開關柜的母排及接地銅排上均發(fā)現了銅綠，說明了開關柜受潮氣影響較嚴重。（2）現場發(fā)現開關柜上部積污較嚴重，說明了開關柜也受污穢的影響。（3）現場發(fā)出了大部分開關的主絕緣已發(fā)生較嚴重的燒蝕，這可能已經傷及了開關主絕緣的絕緣性能。根據開關柜停電的檢查結果，建議更換開關柜，同時也驗證了帶電監(jiān)測的準確性，現場解體情況如圖10所示。

3.2.3 應用小結

(1)帶電測試技術已經發(fā)揮越來越大的作用，成為配網設備技術監(jiān)督的有效手段，為延長配網設備預試時間、提高供電可靠性提供了非常有效的技術基礎。

(2)通過開展帶電檢測后，發(fā)現了很多缺陷，其原因主要是安裝工藝粗糙、設備老化及潮濕等幾個方面。

(3)繼續(xù)開展10kV開關柜局部放電的帶電檢測工作，積累更加豐富的現場測試數據和經驗，爭取完成開關柜絕緣狀態(tài)檢修模式轉變。

圖8 聲發(fā)射檢測技術的基本原理

圖9 地電波檢測示意圖

圖10 停電檢修圖

四、結論

綜上所述,狀態(tài)檢修是根據設備運行狀況而適時進行的預知性檢修, “該修必修，修必修好”是狀態(tài)檢修的特點。狀態(tài)檢修既不是出了問題才檢修,也不是想什么時候檢修才檢修,而是依據狀態(tài)檢測,對設備的檢修項目、執(zhí)行時間進行動態(tài)調整,其結果可能是延長也可能是縮短。通過逐步積累狀態(tài)分析經驗，建立并完善適用于廣州配網的管理標準及技術標準。

狀態(tài)檢修的幾點建議：

(1)狀態(tài)檢修要求生產技術人員有全面的專業(yè)知識、獨立的判斷能力、能掌握設備狀態(tài)檢修監(jiān)測和故障分析的手段,能綜合評價設備的健康狀況,并參與檢修決策，因此需加強配電運行人員的技術及技能培訓。

(2)當全面展開狀態(tài)檢測后，將獲得狀態(tài)特征及設備的信息，就需一個平臺保存及分析數據，使運行人員能實時掌握設備健康情況。建議建立配電線路綜合在線監(jiān)測平臺，包括電纜監(jiān)測、環(huán)網柜在線監(jiān)測、線路運行環(huán)境在線監(jiān)測等。

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