李杏，陳浩

(廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司湛江供電局，廣東 湛江 524000)

1 引言

10kV高壓開關(guān)柜是直接面對用戶的電力設(shè)備，具有是極其重要的地位，其可靠性直接關(guān)系著系統(tǒng)穩(wěn)定性。保證開關(guān)柜安全運行的關(guān)鍵是對開關(guān)柜運行狀態(tài)進行有效監(jiān)測、預(yù)判和合理檢修。開關(guān)柜運行一定年限后，常常會受到溫度、濕度等因素加速老化或因表面污穢出現(xiàn)異常放電現(xiàn)象形成絕緣劣化，導(dǎo)致絕緣強度降低，甚至容易發(fā)生觸點和母排溫度升高，嚴重的導(dǎo)致高壓開關(guān)柜爆炸[1-2]。目前，檢測高壓開關(guān)柜局部放電故障主要有TEV、超聲波、特高頻等方法。這些傳統(tǒng)檢測方法能夠有效的檢測出局放信號，但是對于微小的隱蔽缺陷的定位準確性不高，直接影響著消缺的工作效率。因此，尋找一種既能有效發(fā)現(xiàn)絕緣問題而又不會增加大量重復(fù)操作的檢測手段顯得非常重要。

2 開關(guān)柜局部放電產(chǎn)生的原因

當(dāng)外加電壓在電氣設(shè)備產(chǎn)生一定場強，使絕緣部分區(qū)域發(fā)生放電，但在并未形成固定放電通道的這種放電現(xiàn)象稱為局部放電。主要分為四種：沿面放電、電暈放電、內(nèi)部放電以及懸浮放電。然而，開關(guān)柜的局部放電分為兩種：沿面放電和內(nèi)部放電，據(jù)統(tǒng)計，開關(guān)柜局部放電中沿面放電百分比大[3]。

發(fā)生在絕緣介質(zhì)表面的局部放電稱為沿面放電。沿面放電電壓主要受電壓波形、空氣污穢程度、電場分布情況、介質(zhì)表面狀況和氣候條件等因素的影響[4]。

發(fā)生在固體絕緣介質(zhì)內(nèi)部的局部放電稱為內(nèi)部放電。由于材質(zhì)和工藝等缺陷，使絕緣介質(zhì)內(nèi)部在生產(chǎn)過程中會存有少量雜質(zhì)和氣隙，從而形成絕緣內(nèi)部缺陷。當(dāng)在絕緣介質(zhì)上施加高電壓時，內(nèi)部缺陷就可能發(fā)生局部或重復(fù)性的擊穿。內(nèi)部放電的發(fā)生主要受與氣隙的大小、形狀、位置及氣隙中氣體種類和介質(zhì)本身特性有關(guān)條件的影響。

3 帶電檢測的方法及原理

3.1 TEV檢測技術(shù)

暫態(tài)對地電壓(Transient Earth Voltage)是當(dāng)高壓開關(guān)柜發(fā)生局部放電時，由于存在集膚效應(yīng)作用，放電電量會聚集在與離放電點相近的接地金屬部分，形成電磁波并向各個方向傳播，在金屬斷開或絕緣連接處，放電產(chǎn)生電磁波信號通過金屬箱體連接處傳播到大地，同時在外殼上感應(yīng)出持續(xù)的納秒級的電壓信號。如果開關(guān)柜是全部密封的，則在柜外是無法檢測到放電信號[5]。

TEV檢測技術(shù)對高壓開關(guān)柜的內(nèi)部放電有較強的敏感度，但是需要專業(yè)水平較高、檢測經(jīng)驗豐富的技術(shù)人員，才能有效地發(fā)現(xiàn)在開關(guān)柜內(nèi)的缺陷。其次對背景要求高，若干擾較大時，判斷是否存在有局部放電存在一定的難度。

3.2 超聲波檢測技術(shù)

超聲波法的特點是在現(xiàn)場使用時容易受周圍環(huán)境設(shè)備機械振動或噪聲的影響。超聲波在不同材質(zhì)中傳播，速度和衰減程度不同。在固體中傳播速度很快，衰減也更快，它很難穿透設(shè)備的金屬外殼，所以要求電氣設(shè)備必須存在可以用于檢測的開口或裂縫。再者，超聲波具有很強的方向性，傳感器必須指向局放源才能有較高的靈敏度。

超聲波是需要通過多個不同位置的超聲傳感器所測得的時延，利用空間幾何方法計算出局部放電源的位置，實現(xiàn)局部放電的準確定位。

3.3 紫外成像檢測技術(shù)

高壓設(shè)備放電時，會產(chǎn)生電暈、閃絡(luò)或電弧。電離時，空氣中的正負離子不斷獲得和釋放能量，在釋放能量的過程中，即有紫外線輻射出來。紫外成像技術(shù)就是利用太陽盲區(qū)的紫外線光(240nm～280nm)進行檢測。目前，紫外成像儀可以直觀的判斷和定位運行中的電力設(shè)備電暈放電和表面局部放電特性及其電力設(shè)備外絕緣狀態(tài)和污穢程度，不接觸，可遠距離觀察、檢測，為開展的輸、變電設(shè)備狀態(tài)檢修提供強有力的支撐[6-7]。

4 典型案例

4.1 現(xiàn)場局放測試

某變電站10kV高壓室共有44面開關(guān)柜，在2019年12月14日，試驗人員采用UltraTEV Plus+便攜式聲電波局部放電檢測儀對該高壓室的開關(guān)柜進行TEV和超聲波聯(lián)合檢測，檢測結(jié)果發(fā)現(xiàn)莫村線F06開關(guān)柜和上蒙線F09開關(guān)柜TEV幅值正常，F(xiàn)06、F09開關(guān)柜處可聽到放電的“嘶嘶”聲，在左右相鄰的F05開關(guān)柜、F07開關(guān)柜、F08開關(guān)柜、F10開關(guān)柜沒有聽到明顯的放電聲。隨后2020年01月20日試驗人員再次復(fù)測，兩次檢測數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 F06、F09開關(guān)柜TEV和超聲檢測數(shù)據(jù)

結(jié)合現(xiàn)場作業(yè)標(biāo)準和兩次檢測數(shù)據(jù)，如表1所示，判斷F06開關(guān)柜和F09開關(guān)柜柜后中附近的超聲值超標(biāo)，設(shè)備存在明顯的放電，需將其停電進行檢查處理。

4.2 停電檢查與分析

考慮到長期工頻電壓下開關(guān)柜局部放電的積累效應(yīng)、創(chuàng)傷效應(yīng)，2020年01月24日，F(xiàn)06、F09開關(guān)柜進行停電檢查，檢修人員檢查兩面柜中部位的設(shè)備外觀，并未發(fā)現(xiàn)明顯放電痕跡。試驗人員對其設(shè)備各斷口進行絕緣試驗，判斷斷口上、斷口下、斷口和整組的絕緣性能，其絕緣試驗數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 F06、F09開關(guān)柜絕緣試驗數(shù)據(jù)

試驗結(jié)果表明：F06、F09開關(guān)的斷口上、斷口、斷口下、整組的絕緣值總體都偏低。檢修人員對其設(shè)備進行酒精清抹等處理后，并分別對其進行交流耐壓試驗。試驗過程中，耐壓裝置的電流表、電壓表指示無明顯變化，試驗結(jié)果為交流耐壓試驗通過。從結(jié)果分析，經(jīng)過常規(guī)性的絕緣試驗檢查，并不能準確確定局部放電的位置。

4.3 基于紫外檢測技術(shù)的局放定位

圖1是某變電站10kV部分運行圖，將10kV莫村線F06開關(guān)、10kV上蒙線F09開關(guān)合上，斷開F061、F091、F064、F094刀閘，斷開F06B0、F09B0、F0640、F0940刀閘，分別從F064、F094刀閘加入kV試驗電壓，模擬正常運行時開關(guān)承受的電壓情況。

圖1 某變電站10kV部分運行圖

根據(jù)圖2可知，試驗電壓試驗電源由自藕調(diào)壓器輸出后接到試驗變壓器，試驗變壓器輸出kV的試驗電壓分別接入F06、F09開關(guān)A相、B相、C相，保持足夠的安全距離，采用CoroCAM 504紫外成像儀對其進行檢測放電量的情況，如圖2～圖4。

圖2 模擬開關(guān)運行情況原理圖

圖3 F06開關(guān)A相紫外定位圖譜

圖4 F06開關(guān)B相紫外定位圖譜

從紫外檢測圖中可以看出，F(xiàn)06開關(guān)A相、B相真空泡下端的支撐絕緣子附件存在集中的噪點，光子計數(shù)量達到519、696，F(xiàn)09開關(guān)柜C相真空泡上端與絕緣護套之間存在集中的噪點光子計數(shù)達到252，存在嚴重的放電現(xiàn)象。

圖5 F09開關(guān)C相紫外定位圖譜

4.4 解體檢查

根據(jù)紫外檢測定位圖譜，耐壓試驗結(jié)束后檢修人員分別對F06、F09開關(guān)柜相關(guān)部位進行解體檢查。

F06開關(guān)柜：拆除F06開關(guān)A相、B相真空泡下端的支撐絕緣子，發(fā)現(xiàn)A相、B相支撐絕緣子上面有小范圍的裂紋，存在輕微的放電痕跡，并測量其絕緣電阻值為22MΩ、7MΩ。

F09開關(guān)柜：拆開F09開關(guān)C相真空泡上端的絕緣護套，發(fā)現(xiàn)F09開關(guān)柜C相絕緣護套的內(nèi)側(cè)靠外端有少量毛刺。

處理方案：檢修人員對F06開關(guān)A相、B相真空泡下端的支撐絕緣子進行更換，對F09開關(guān)C相絕緣護套內(nèi)側(cè)毛刺進行打磨處理，并檢查了另外相同位置支撐絕緣子和絕緣護套，未發(fā)現(xiàn)此類情況，懷疑是個別絕緣子和絕緣護套在制造時的工藝問題造成的絕緣缺陷。

5 結(jié)論

(1)紫外成像技術(shù)作為一種新型的電氣設(shè)備帶電檢測方法，可有效檢測到因缺陷或故障導(dǎo)致的變電站開關(guān)柜局部放電現(xiàn)象，適用于電氣設(shè)備的絕緣狀態(tài)評估；

(2)在開關(guān)柜局部放電故障定位診斷時應(yīng)用紫外成像技術(shù)，能夠成功實現(xiàn)微小的隱蔽缺陷精準定位，從而高效的指導(dǎo)檢修工作的開展。

紫外成像技術(shù)也存在有一定的局限性，檢測時需要裝設(shè)專業(yè)檢測窗口，且對有些內(nèi)部缺陷的檢測存在不靈敏性。在工程實際中，非常有必要結(jié)合其他檢測方法如超聲波、超高頻等進行聯(lián)合檢測才能取得較好的效果。