方來(lái)金

摘要：本文主要介紹了通過(guò)測(cè)量暫態(tài)接地電壓來(lái)檢測(cè)10kV高壓開(kāi)關(guān)柜局部放電的基本原理和常用的檢測(cè)儀器，全面分析了應(yīng)用過(guò)程中存在的主要問(wèn)題，并提出了相應(yīng)的改進(jìn)方案。

關(guān)鍵詞：10kV開(kāi)關(guān)柜;局部放電;地電波

一、引言

常用的檢測(cè)局部放電的方法有超聲波，瞬態(tài)接地電壓和UHF檢測(cè)等技術(shù)，但由于工作原理不同，每種檢測(cè)方法對(duì)各種局部放電類型的判斷靈敏度也不相同，并且易受使用設(shè)備壽命、環(huán)境等因素的影響，導(dǎo)致傳統(tǒng)檢測(cè)中出現(xiàn)盲點(diǎn)。在現(xiàn)有的局部放電研究中，盡管局部放電的檢測(cè)技術(shù)呈現(xiàn)出多樣化的趨勢(shì)，但仍不能完全覆蓋開(kāi)關(guān)設(shè)備的全部情況，尤其是有關(guān)10kV配電網(wǎng)開(kāi)關(guān)設(shè)備的。這些缺陷給配電網(wǎng)絡(luò)開(kāi)關(guān)設(shè)備的日常檢查和維護(hù)帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。本文根據(jù)超聲波，瞬態(tài)接地電壓和UHF的檢測(cè)方法，提出了一種10kV開(kāi)關(guān)柜巡邏和局部放電定位策略。

二、局放機(jī)理與目前的檢測(cè)方法

由于設(shè)備內(nèi)部絕緣中的裂紋，縫隙，氣泡和雜質(zhì)等原因都會(huì)引起開(kāi)關(guān)柜的局部放電，導(dǎo)致缺陷上的電壓超過(guò)極限，然后發(fā)生間歇放電現(xiàn)象，并伴隨著電磁波和聲波產(chǎn)生。

當(dāng)缺陷處發(fā)生局部放電時(shí)將發(fā)生電化學(xué)和熱效應(yīng)。如果持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)將導(dǎo)致局部放電變得更加嚴(yán)重，并引發(fā)事故。局部放電檢測(cè)方法主要有：瞬態(tài)接地電壓法，脈沖電流法，超高頻法和超聲法等。

以上幾種檢測(cè)方法都可以有效檢測(cè)對(duì)局部放電，但仍然存在缺陷。脈沖電流法需要斷電檢測(cè)，不符合帶電檢測(cè)的趨勢(shì)。TEV法易受外界干擾，定位精度較差，更適合定性測(cè)試。超聲波法容易受到外部振動(dòng)的干擾，會(huì)產(chǎn)生誤判的可能性。UHF方法雖然精度高，但對(duì)電暈放電不敏感，設(shè)備的密封程度也會(huì)影響檢測(cè)的結(jié)果，操作也更加復(fù)雜使用較少。

三、10kV開(kāi)關(guān)柜巡視與故障定位策略

（一）10kV開(kāi)關(guān)柜的巡檢策略

10kV開(kāi)關(guān)柜的檢測(cè)方法由局部放電信號(hào)的定性判斷和定量判斷組成。超聲波和TEV檢測(cè)器用于測(cè)量房間的背景信號(hào)以及開(kāi)關(guān)柜和其他設(shè)備的信號(hào)。比較檢測(cè)值，消除背景干擾后，如果設(shè)備的信號(hào)幅值未超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)，則表明設(shè)備沒(méi)有異常;如果信號(hào)幅度超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)，則電氣室中可能存在局部放電。然后，采用“比較法”定量檢測(cè)電氣室中信號(hào)異常的設(shè)備，確定缺陷信號(hào)的來(lái)源，問(wèn)題設(shè)備，缺陷類型和缺陷位置。這也是缺陷位置和類型判斷的關(guān)鍵。最后，對(duì)設(shè)備驚醒檢修并且還要復(fù)檢，如果檢測(cè)值正常，則表明設(shè)備已經(jīng)處于正常工作狀態(tài)。否則，設(shè)備應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行維修。

（二）缺陷定位與類型的判定

配電開(kāi)關(guān)柜的結(jié)構(gòu)比變電站開(kāi)關(guān)柜的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單得多，可以用比較法快速且精準(zhǔn)的判斷局部放電定位和類型。首先，對(duì)開(kāi)關(guān)柜建立空間直角坐標(biāo)系，確定故障信號(hào)源是否在開(kāi)關(guān)柜內(nèi)。手持式UHF檢測(cè)器沿著縱軸逐漸遠(yuǎn)離被測(cè)設(shè)備，畫(huà)出UHF信號(hào)幅度和距離之間的關(guān)系。如果信號(hào)幅度隨著距離的增加而逐漸減小，則表示信號(hào)源在開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部，否則在外部。第三，對(duì)于故障位于機(jī)柜內(nèi)部的情況，同理，用手持式UHF檢測(cè)器沿水平軸水平移動(dòng)，并繪制UHF信號(hào)幅度與距離的關(guān)系圖以找出最大信號(hào)幅度相應(yīng)的故障開(kāi)關(guān)設(shè)備。第四，將檢測(cè)器放在有缺陷的開(kāi)關(guān)設(shè)備的另一側(cè)，并沿垂直軸從下到上移動(dòng)手持式檢測(cè)器，并繪制UHF信號(hào)幅度與距離的關(guān)系圖。找出對(duì)應(yīng)最大信號(hào)幅度的開(kāi)關(guān)柜高度，然后確定開(kāi)關(guān)柜缺陷的具體位置。最后，將UHF信號(hào)最強(qiáng)時(shí)的檢測(cè)圖案與典型缺陷圖案進(jìn)行比較，以判斷缺陷類型。根據(jù)缺陷類型的初步判斷，推斷出可能存在缺陷的零件，并進(jìn)一步確定缺陷的位置。

四、現(xiàn)場(chǎng)案例分析

（一）案例背景與檢修方案

曾經(jīng)發(fā)生過(guò)運(yùn)維人員對(duì)綜合機(jī)房進(jìn)行檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)機(jī)房?jī)?nèi)開(kāi)關(guān)柜的超聲數(shù)據(jù)有時(shí)正常，有時(shí)卻超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)。 運(yùn)維人員根據(jù)實(shí)際情況制定了故障排查計(jì)劃：步驟1，確定信號(hào)源，明確異常信號(hào)源是背景干擾，變壓器或開(kāi)關(guān)柜。 步驟2，使用“比較法”定位局部放電源異常; 步驟3，通過(guò)比較異常信號(hào)最強(qiáng)時(shí)的UHF圖和典型缺陷圖，確定放電位置和放電類型; 步驟4，通過(guò)實(shí)踐給出設(shè)備維護(hù)意見(jiàn)，進(jìn)行維護(hù)和重新檢查，并確認(rèn)設(shè)備工作正常。

（二） 異常信號(hào)源的定位

操作人員消除背景環(huán)境干擾后，變壓器的超聲值正常，但開(kāi)關(guān)柜的超聲值異常。分析可知，開(kāi)關(guān)柜中存在明顯的異常信號(hào)。然后對(duì)開(kāi)關(guān)柜建立空間直角坐標(biāo)系，并使用“比較法”進(jìn)行檢測(cè)。為了便于分析信號(hào)衰減，定義了衰減系數(shù)，并對(duì)特定軸上所有檢測(cè)到的信號(hào)進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化。隨著測(cè)試儀器與開(kāi)關(guān)柜之間距離的增加，UHF衰減系數(shù)呈下降趨勢(shì)。結(jié)果表明，局部放電信號(hào)源確實(shí)位于開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部。衰減系數(shù)在1.5個(gè)單位長(zhǎng)度（即開(kāi)關(guān)柜的長(zhǎng)度）處取最大值。此時(shí)，由于對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)設(shè)備為G02開(kāi)關(guān)設(shè)備，因此判斷為放電信號(hào)來(lái)自內(nèi)部。最后，以開(kāi)關(guān)柜為測(cè)試對(duì)象，使用“垂直比較法”實(shí)現(xiàn)信號(hào)源的最終定位，可以得出結(jié)論，衰減系數(shù)在機(jī)柜中間達(dá)到了稍低的峰值，因此，局部放電信號(hào)源可能來(lái)自G02開(kāi)關(guān)柜的組織室或電纜室的內(nèi)部。

（三）設(shè)備檢修與復(fù)檢

通過(guò)對(duì)設(shè)備生成的頻譜進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)異常信號(hào)頻譜包含大量的100Hz的局部放電信號(hào)，表明該局部放電信號(hào)在工頻周期內(nèi)具有對(duì)稱性。與典型的缺陷圖案相比，可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)表面金屬尖端放電且絕緣表面發(fā)生蠕變時(shí)，測(cè)得的圖案更接近PRPD圖案。在考慮了開(kāi)關(guān)設(shè)備的結(jié)構(gòu)之后，初步判斷它是電纜接頭中產(chǎn)生的缺陷。機(jī)房停電后，打開(kāi)開(kāi)關(guān)柜，檢查柜體絕緣端子表面是否有明顯的蠕變放電，發(fā)現(xiàn)均衡球表面上有放電痕跡。因此可以制定了維護(hù)計(jì)劃，包括：電纜接線頭螺栓的擰緊，導(dǎo)體的表面拋光，絕緣表面的清潔，以及在絕緣表面上噴涂絕緣漆等。

五、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)分析不同檢測(cè)方案的適用范圍，整合多種檢測(cè)方案的優(yōu)點(diǎn)，制定聯(lián)合的檢測(cè)方案。將檢測(cè)的柜體建立直角坐標(biāo)系，通過(guò)在每個(gè)坐標(biāo)軸上檢測(cè)故障信號(hào)的幅度達(dá)到縮小局部放電源范圍的目的，快速定位故障。實(shí)驗(yàn)證明該該方案在檢測(cè)開(kāi)關(guān)柜缺陷方面取得了良好的效果。與傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)柜巡邏和局部放電定位方法相比，局部放電的定位無(wú)需增加設(shè)備即可實(shí)現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]閆江寶，周雷，張長(zhǎng)勝，等.TEV局放儀性能測(cè)評(píng)研究[J].電力科學(xué)與工程，2018，34（7）：74-78.

[2]黃濤，黃烜城，魏海增，等.電廠開(kāi)關(guān)柜局部放電振動(dòng)信號(hào)降噪方法研究[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2018，46（19）：109-116.

[3]潘岐澤，楊芳，楊志.12kV高壓開(kāi)關(guān)柜受潮凝露機(jī)理及防治關(guān)鍵技術(shù)探討[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2019，47（5）：160-172.

[4]苗愛(ài)敏，鄒勛，李鵬，等.環(huán)網(wǎng)柜故障監(jiān)測(cè)方法綜述[J].電氣應(yīng)用，2017，36（20）：64-70.

[5]閆江寶，周雷，張長(zhǎng)勝，等.TEV局放儀性能測(cè)評(píng)研究[J].電力科學(xué)與工程，2018，34（7）：74-78.

[6]寧宇，熊俊.高壓開(kāi)關(guān)柜局部放電地電波幅值的經(jīng)驗(yàn)累計(jì)分布特性[J].高壓電器，2019，55（2）：77-84.

[7]陶詩(shī)洋，張學(xué)哲，段大鵬，等.開(kāi)關(guān)柜絕緣缺陷暫態(tài)地電壓檢測(cè)技術(shù)研究[J].高壓電器，2017，53（10）：215-221.

[8]張彥，陸笑天，黃佳駿，等.聯(lián)合檢測(cè)法在開(kāi)關(guān)柜局放檢測(cè)定位中的實(shí)際應(yīng)用分析[J].高壓電器，2019，55（2）：245-250.

[9]曾雄杰，劉旭明，黃文武，等.超聲波局放監(jiān)測(cè)在GIS耐壓局放試驗(yàn)中的應(yīng)用[J].中國(guó)電力，2014，47（8）：13-20.

[10]楊凱，樊真，張認(rèn)成，等.采用高階累積量的環(huán)網(wǎng)柜局部放電在線檢測(cè)[J].華僑大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2016，37（1）：21-26.