艾 軍，余 煒，吳靈芝

（國網(wǎng)江西省電力有限公司鷹潭供電分公司，江西 鷹潭 335000）

0 引言

國家電網(wǎng)公司在2007年提出，在公司內(nèi)部全面推進(jìn)電網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)檢修管理，把設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)管理作為狀態(tài)檢修體系的重點(diǎn)工作[1]。帶電檢測作為狀態(tài)檢修的主要技術(shù)手段，被廣泛的應(yīng)用于開關(guān)柜局部放電隱患排查工作。隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷增長，社會(huì)的用電量也隨之不斷增加，在變電站的配電和電能轉(zhuǎn)換功能中，開關(guān)柜起到開合、控制和保護(hù)用電設(shè)備的作用，開關(guān)柜的安全穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)電力系統(tǒng)的供電可靠性起著重要的作用。與變電站的室外間隔相比，開關(guān)柜具有結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小的優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也暴露出內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜、散熱性能差等問題，且長期工作環(huán)境處于高溫、高壓、潮濕狀態(tài)，造成開關(guān)柜內(nèi)絕緣受潮、沿面放電和電暈放電等局部放電現(xiàn)象。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，因柜內(nèi)設(shè)備絕緣損壞造成的故障率達(dá)開關(guān)柜總故障的40%[2]。

開關(guān)柜的絕緣設(shè)備從異常到最終發(fā)展成故障，需要經(jīng)歷一個(gè)放電過程。因此通過加強(qiáng)帶電檢測工作，有利于及時(shí)發(fā)現(xiàn)柜內(nèi)的潛伏性放電隱患。

1 開關(guān)柜局部放電檢測技術(shù)

目前，開關(guān)柜局部放電檢測技術(shù)已日漸成熟，其檢測手段主要包括特高頻法、超聲波法、暫態(tài)地電壓法。因?yàn)殚_關(guān)室內(nèi)環(huán)境復(fù)雜、干擾較多，需要結(jié)合多種檢測方法，綜合判斷柜內(nèi)放電類型和部位。局部放電檢測為帶電短時(shí)間內(nèi)檢測，有別于長期連續(xù)的在線監(jiān)測，是發(fā)現(xiàn)設(shè)備潛伏性運(yùn)行隱患的有效手段，是電力設(shè)備安全、穩(wěn)定運(yùn)行的重要保障[3]。

1.1 超聲波檢測技術(shù)

超聲波是指振動(dòng)頻率大于20 kHz的聲波，頻率高、波長短，在一定距離內(nèi)沿直線傳播，具有良好的束射性和方向性。超聲波檢測法分為接觸式和非接觸式，開關(guān)柜帶電局放檢測主要采用非接觸式檢測法，即在開關(guān)柜金屬外殼的縫隙處對(duì)空氣中的聲波進(jìn)行檢測，傳感器頻響寬度一般為35～45kHz。因?yàn)樵摍z測方法與電氣設(shè)備的電氣回路沒有直接聯(lián)系，不會(huì)受到電氣方面的干擾，但容易受高壓室內(nèi)環(huán)境噪聲或設(shè)備機(jī)械振動(dòng)的影響[4]。超聲波檢測模式分為連續(xù)檢測模式、相位檢測模式、脈沖檢測模式、時(shí)域波形檢測模式、特征指數(shù)檢測模式。

1.2 暫態(tài)地電壓檢測技術(shù)

開關(guān)柜發(fā)生局部放電產(chǎn)生電磁波，電磁波在金屬壁形成趨膚效應(yīng)，并向開關(guān)柜表面各個(gè)方向傳播，同時(shí)在金屬表面產(chǎn)生暫態(tài)地電壓，金屬柜體表面產(chǎn)生的暫態(tài)地電壓與局部放電量、放電位置、傳播途徑有關(guān)。利用專用的傳感器對(duì)暫態(tài)地電壓信號(hào)進(jìn)行檢測，從而判斷開關(guān)柜內(nèi)部的局部放電故障，同時(shí)還可以根據(jù)暫態(tài)地電壓信號(hào)到達(dá)不同傳感器的時(shí)間差或幅值對(duì)比進(jìn)行局部放電源定位[5]。暫態(tài)地電壓檢測技術(shù)對(duì)尖端放電模型、電暈放電模型、絕緣子內(nèi)部缺陷模型敏感，對(duì)沿面放電模型、絕緣子表面放電模型不敏感。

1.3 特高頻局部放電檢測技術(shù)

特高頻檢測法通過特高頻傳感器測量放電脈沖所激發(fā)的特高頻電磁波，這種電磁波的頻率高達(dá)數(shù)GHZ，特高頻法檢測頻段一般在300 MHz-3 GHz之間[6]。開關(guān)柜一般使用外置式特高頻傳感器在縫隙或者觀察窗的位置進(jìn)行檢測。特高頻檢測法具有檢測靈敏度高、現(xiàn)場抗低頻電暈干擾能力強(qiáng)、可實(shí)現(xiàn)局部放電源定位、便于識(shí)別絕緣缺陷類型等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也容易受環(huán)境中特高頻電磁干擾的影響，因?yàn)樵谔馗哳l檢測頻率范圍內(nèi)可能存在手機(jī)信號(hào)、雷達(dá)信號(hào)、電機(jī)碳刷火花等電磁干擾信號(hào)，這些干擾信號(hào)可能會(huì)影響特高頻檢測的準(zhǔn)確性，并且尚未實(shí)現(xiàn)缺陷劣化程度的量化描述。

2 10kV開關(guān)柜放電檢測

2.1 超聲波檢測情況

2017年11月9日 ，采用PDS-T90型局放測試儀對(duì)某110 kV變電站10 kV開關(guān)柜進(jìn)行超聲波局放檢測，背景噪聲超聲波周期最大值為-10 dB，50 Hz相關(guān)性和100 Hz相關(guān)性為0。檢測到10 kV 924開關(guān)柜后下電纜室能聽到明顯的放電聲，超聲波信號(hào)異常。離924開關(guān)柜電纜室越遠(yuǎn)信號(hào)幅值越小，呈明顯衰減趨勢。924開關(guān)柜超聲波檢測連續(xù)圖譜如圖1所示，周期最大值22 dB，50 Hz相關(guān)性較強(qiáng)，100 Hz相關(guān)性較弱。幅值最大點(diǎn)的位置示意圖如圖2所示。

圖1 超聲波檢測連續(xù)圖譜

圖2 超聲波檢測幅值最大處

然后采用波形和相位模式進(jìn)行檢測，其相應(yīng)圖譜如圖3、圖4所示。

圖3 超聲波檢測波形圖譜

圖4 超聲波檢測相位圖譜

2.2 暫態(tài)地電壓檢測情況

通過對(duì)10 kV 924開關(guān)柜及其相鄰開關(guān)柜進(jìn)行暫態(tài)地電壓檢測，背景幅值為9 dB，暫態(tài)地電壓測試數(shù)據(jù)如表1所示，檢測結(jié)果表明，10 kV 924開關(guān)柜及其相鄰開關(guān)柜測試數(shù)據(jù)變化不大，與背景值差值在0-5 dB之間，未發(fā)現(xiàn)任何地電壓異常信號(hào)。

表1 暫態(tài)地電壓檢測數(shù)據(jù)

2.3 綜合分析

本次采用了超聲波、暫態(tài)地電壓、特高頻三種檢測方法對(duì)開關(guān)柜進(jìn)行局部放電檢測，因特高頻檢測法沒有檢測到明顯的特征圖譜，故本文中沒有列出特高頻局放測試圖譜。根據(jù)超聲波和暫態(tài)地電壓檢測結(jié)果，初步判斷924開關(guān)柜后下電纜室存在沿面放電。

3 開關(guān)柜停電檢查及分析處理

3.1 停電檢查情況

對(duì)10 kV 924開關(guān)柜進(jìn)行停電檢查，打開后柜門發(fā)現(xiàn)B相電纜外絕緣因放電有明顯殘缺凹陷，并有碳化痕跡，如圖5、圖6所示。從現(xiàn)場的情況初步判斷，出線電纜ABC三相距離太近，電纜表面積塵較厚，且最近天氣以陰、雨天為主，開關(guān)柜密封不嚴(yán)導(dǎo)致室內(nèi)濕氣進(jìn)入柜內(nèi)，并在電纜表面凝結(jié)成水珠。在高電壓的持續(xù)作用下，最終造成電纜表面沿面放電。

圖5 開關(guān)柜電纜室圖片

圖6 有明顯放電痕跡的電纜

3.2 原因分析

凝露會(huì)對(duì)設(shè)備絕緣性能造成很大的損害，而開關(guān)柜內(nèi)的溫度和濕度對(duì)凝露的形成起著決定性作用，正常情況下開關(guān)柜內(nèi)濕度應(yīng)該控制在30%～60%之間。10～11月，本地區(qū)以陰、雨天氣為主，高壓室內(nèi)的濕度超過了80%，老式的開關(guān)柜密封效果差，水汽進(jìn)入開關(guān)柜中，在電纜表面凝結(jié)成結(jié)晶水，引起沿面放電，另外水汽在柜內(nèi)強(qiáng)電磁場以及電纜尖端放電過程中被電解成氫離子跟氧離子，氧離子在化學(xué)反應(yīng)的作用下與氧氣生成臭氧，致使開關(guān)柜內(nèi)的絕緣設(shè)備處于臭氧環(huán)境中，致使設(shè)備絕緣性能進(jìn)一步下降。

3.3 缺陷處理

搶修人員將B相電纜頭拆掉，重新制作了一個(gè)新的電纜頭（圖7所示），同時(shí)采用熱縮絕緣護(hù)套對(duì)ABC三相電纜進(jìn)行加固處理，恢復(fù)正常送電30 min后再對(duì)該開關(guān)柜進(jìn)行局放檢測，測試結(jié)果顯示正常，放電現(xiàn)象消失。

圖7 更換后的電纜室照片

4 開關(guān)柜放電預(yù)防措施

4.1 隔離防潮

采取有效措施，防止并及時(shí)排出電纜溝內(nèi)積水，在電纜進(jìn)入開關(guān)柜的孔洞處使用阻燃材料進(jìn)行嚴(yán)密的封堵，以防溝內(nèi)水汽進(jìn)入開關(guān)柜內(nèi)。在高壓室內(nèi)安裝除濕裝置，如除濕機(jī)、空調(diào)、排風(fēng)機(jī)等其他有效手段，使高壓室內(nèi)的濕度控制合理的范圍內(nèi)，同時(shí)還可以在開關(guān)柜內(nèi)放置硅膠干燥劑，并及時(shí)予以更換。

4.2 采用新工藝和新材料

根據(jù)變電站所處的地質(zhì)和氣候條件，在設(shè)計(jì)階段，可以適當(dāng)提升高壓室的地基標(biāo)高，地面基礎(chǔ)越高，對(duì)阻止地下水和水蒸氣進(jìn)入電纜溝的效果就越明顯，從而達(dá)到控制開關(guān)柜內(nèi)濕度的目的。提高開關(guān)柜外殼的隔熱性能，柜內(nèi)凝露往往是因?yàn)楣駜?nèi)外溫差所致，可以通過改善柜體外殼的隔熱性能來減小內(nèi)外溫差，從而有效地降低凝露形成的概率。同時(shí)還可以在電纜孔洞處使用絕熱材料。

4.3 加強(qiáng)運(yùn)維管理

運(yùn)維人員應(yīng)定期對(duì)開關(guān)柜進(jìn)行局放檢測，并結(jié)合天氣情況，在多雨、空氣濕度大的季節(jié)增加檢測頻率，以期盡早發(fā)現(xiàn)開關(guān)柜內(nèi)的潛伏性放電隱患，同時(shí)對(duì)發(fā)現(xiàn)有放電隱患的開關(guān)柜制定針對(duì)性處理措施。開展逢停必掃工作，利用設(shè)備停電檢修的機(jī)會(huì)，及時(shí)清除柜內(nèi)設(shè)備表面附著的積塵，同時(shí)在絕緣擋板上補(bǔ)涂防污閃涂料或?qū)⑵溥M(jìn)行更換，及時(shí)恢復(fù)設(shè)備的外絕緣，防止設(shè)備間發(fā)生放電故障。

5 結(jié)束語

我省每年在夏季時(shí)候出現(xiàn)用電高峰，且處于多雨季節(jié)，空氣濕度大，開關(guān)柜容易受環(huán)境影響受潮，導(dǎo)致開關(guān)柜發(fā)生絕緣故障頻率增大。因此，應(yīng)從設(shè)計(jì)、安裝以及運(yùn)維等環(huán)節(jié)入手，采取有效措施解決開關(guān)柜防潮問題，同時(shí)還應(yīng)加強(qiáng)局部放電帶電檢測工作，及早發(fā)現(xiàn)柜內(nèi)早期放電缺陷，從源頭上消除隱患，為電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行保駕護(hù)航。

參考文獻(xiàn)：

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[3]李軍浩，韓旭濤，劉澤輝，等.電氣設(shè)備局部放電檢測技術(shù)述評(píng)[J].高電壓技術(shù)，2015，41（8）∶2583-2601.

[4]Q-GDW 11059.1-2013氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備局部放電帶電測試技術(shù)現(xiàn)場應(yīng)用導(dǎo)則第1部分超聲波法[S].

[5]馮波，肖代波，李毅，等.暫態(tài)地電壓和超聲法用于開關(guān)柜不同濕度PD檢測研究[J].高壓電氣，2015，51（4）∶67-71.

[6]Q-GDW 11059.1-2013氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備局部放電帶電測試技術(shù)現(xiàn)場應(yīng)用導(dǎo)則第2部分特高頻法[S].