云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司昆明供電局 楊 珊

現(xiàn)階段在國內(nèi)外高壓開關(guān)柜局部放電檢測常用的有脈沖電流法、光測法、紅外檢測法、化學(xué)檢測法及瞬時對地電壓法等，其中最廣泛使用的是脈沖電流法及超聲波檢測法。各種電器設(shè)備在使用過程中會形成絕緣劣化，勢必會致使電壓變大、絕緣強(qiáng)度大大降低，嚴(yán)重時會誘發(fā)開關(guān)柜的爆炸，此時在內(nèi)部產(chǎn)生放電現(xiàn)象，是導(dǎo)致十千伏開關(guān)柜設(shè)備絕緣劣化發(fā)生故障的主要因素。

在配網(wǎng)開關(guān)柜設(shè)備運作過程中，應(yīng)采取有效方式加大局部放電帶電檢測，超聲波檢測法應(yīng)運而生。通過使用超聲波檢測能有效對開關(guān)柜狀態(tài)、運作情況進(jìn)行在線監(jiān)測，提高電力系統(tǒng)供電可靠性。嚴(yán)格按照國家電網(wǎng)公司頒布的電力設(shè)備帶電檢測技術(shù)規(guī)范通知進(jìn)行開關(guān)柜的檢查。針對異常問題及時解決，有效縮短測量周期，做好數(shù)據(jù)保存和對比工作。

1 超聲波檢測法檢測開關(guān)柜內(nèi)部局部放電理論闡述

1.1 超聲波檢測法

當(dāng)開關(guān)柜在工作時出現(xiàn)放電現(xiàn)象，可用超聲波檢測法進(jìn)行無損帶電檢測，放電信號可通過行波的方式進(jìn)行傳播。當(dāng)它傳輸?shù)皆O(shè)備外殼上時將超聲波傳感器貼在外殼上接收信號，能有效檢測到開關(guān)柜放電信號的大小、頻率特點等，在進(jìn)行超聲波檢測法使用時要考慮到受電器干擾的影響，進(jìn)行在線監(jiān)測到精準(zhǔn)定位。尤其是對實驗電源、實驗環(huán)境要重點檢查，檢測對象的靈敏程度。超聲波在開關(guān)內(nèi)傳播時，如發(fā)生故障會進(jìn)行多次的反射和折射，在使用時主要是為定性判斷是否出現(xiàn)局部放電信號。該系統(tǒng)在運作時離不開壓電晶體，它是超聲波檢測系統(tǒng)的傳感器，能將聲信號轉(zhuǎn)化。此時傳輸?shù)墓庑盘柾ㄟ^一系列光電元件進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將其變?yōu)殡娦盘?，信號放大后會在示波器上進(jìn)行顯示。

在測量局部放電時使用的儀器多采取60～300kHz，也會受到傳播衰減因素的影響出現(xiàn)采集信號過于微弱。為全面提高傳感器工作效率，現(xiàn)階段的集成元件朝著低噪聲放大器、光纖方向發(fā)展，能提高超聲波檢測的靈敏程度。通過采用超聲波檢測法檢測開關(guān)柜內(nèi)部缺陷，能有效檢測到局部放電信號的存在，而且還能對信號進(jìn)行分析，判斷設(shè)備的損害程度，為人員修理奠定強(qiáng)力的基礎(chǔ)。

1.2 開關(guān)柜內(nèi)部局部放電

絕緣和載流故障都和開關(guān)柜局部放電有著密切聯(lián)系，局部放電是設(shè)備故障的主要特征，也是造成絕緣劣化的原因之一。局部放電檢測是實現(xiàn)狀態(tài)檢測的有效技術(shù)手段，局部放電是指電力設(shè)備中絕緣部分被擊穿的電器放電能夠發(fā)生在導(dǎo)體附近，也可發(fā)生在其他區(qū)域內(nèi)部。局部放電主要發(fā)生在絕緣體內(nèi)部的放電，而表面內(nèi)部放電則是發(fā)生在絕緣體表面的放電，此時設(shè)備在運作過程中也可能會出現(xiàn)電暈，它主要發(fā)生在被氣體包圍的導(dǎo)體附件的放電。

現(xiàn)階段影響設(shè)備局部放電的因素主要有運行狀態(tài)、設(shè)備原因以及環(huán)境因。運行狀態(tài)易受惡劣天氣、遭受雷擊、諧波畸變產(chǎn)生的影響；設(shè)備自身的原因可能是由于絕緣材料并不均勻、內(nèi)部存在空洞或是雜質(zhì)絕緣體，表面出現(xiàn)凸出部位強(qiáng)度不高；環(huán)境因素的影響。在過于潮濕或是過于炎熱的區(qū)域也可能引發(fā)局部放電，在開關(guān)柜電纜接頭處出現(xiàn)嚴(yán)重的銹蝕。

2 開關(guān)柜內(nèi)部局部放電檢測的意義

現(xiàn)階段加大開關(guān)柜內(nèi)部局部放電檢測能有效維護(hù)高壓開關(guān)柜，正常運作高壓開關(guān)柜是確保城市配電網(wǎng)運行的基礎(chǔ)設(shè)施。開關(guān)柜設(shè)備可靠性和用戶供電可靠性間有密切聯(lián)系，在進(jìn)行開關(guān)柜局部放電檢測時要以提高設(shè)備可靠性、穩(wěn)定性為主。開關(guān)柜在使用過程中，由于其數(shù)量眾多，不可能像傳統(tǒng)的高壓變壓器一樣使用在線檢測技術(shù)，無形中會加大監(jiān)測設(shè)備的成本。開關(guān)柜設(shè)備故障一旦引發(fā)會造成嚴(yán)重的后果，導(dǎo)致供電中斷，嚴(yán)重影響電網(wǎng)供電的可靠性，甚至?xí)l(fā)嚴(yán)重火災(zāi)，造成重大經(jīng)濟(jì)損失。

一般開關(guān)柜在運作時可能會發(fā)生以下故障：拒動故障主要是由于機(jī)構(gòu)內(nèi)部機(jī)械原因產(chǎn)生；誤動故障是因二次控制回路產(chǎn)生；絕緣故障主要是由于缺陷、爬電、閃絡(luò)產(chǎn)生；開關(guān)與關(guān)合故障會受到多種因素的影響，載流故障主要是由于外部接觸不良產(chǎn)生的，也會受到外力的重?fù)簦赡苁怯捎诩庸すに嚥涣籍a(chǎn)生故障。其中絕緣故障與載流故障高達(dá)開關(guān)柜故障類型的60%以上。因此在發(fā)生局部放電時需對聲信號、電信號進(jìn)行控制。聲信號主要分為非接觸式超聲波檢測法、接觸式超聲波檢測法[1]。

在系統(tǒng)局部放電時，放電周圍的電場應(yīng)力、介質(zhì)應(yīng)力、粒子力處于相對平衡狀態(tài)。開關(guān)柜局部發(fā)生放電是一種迅速電荷釋放或遷移的過程，導(dǎo)致釋放點周圍電場應(yīng)力、機(jī)械應(yīng)力及粒子力迅速地失去平衡導(dǎo)致震蕩。此外，機(jī)械應(yīng)力與粒子力快速震蕩，致使放電點周圍介質(zhì)出現(xiàn)震動、進(jìn)而產(chǎn)生聲波信號。換句話說，放電強(qiáng)度大小和電廠應(yīng)力、機(jī)械應(yīng)力及粒子力三者間有密切聯(lián)系，也能直接決定震動的程度及聲波的相度。對于同種放電過程，振動幅度和介質(zhì)的彈性系數(shù)有密切聯(lián)系，振動和聲波的傳播都是有損耗的，傳播途徑差異會影響放電強(qiáng)度和聲波響度間的比例。電纜絕緣內(nèi)部放電會導(dǎo)致震動幅度過小，很難使用超聲波的方法進(jìn)行測量，而絕緣子母排導(dǎo)致的表面放電會誘發(fā)振動幅值過大，可使用超聲波方法進(jìn)行測量[2]。

對開關(guān)柜內(nèi)部局部放電會激發(fā)電磁波信號，電磁波通過空氣通道從開關(guān)柜柜體縫隙或從觀察窗中進(jìn)行傳播，將特高頻電磁波檢測傳感器的位置放在縫隙處進(jìn)行觀察，通過儀器顯示數(shù)值對開關(guān)柜局部放電進(jìn)行檢測。開關(guān)柜的所有檢查應(yīng)至少包括三個檢測點，分別為上部、中部及底部。

3 超聲波檢測法檢測開關(guān)柜內(nèi)部局部放電實例

3.1 檢測與分析判斷

在進(jìn)行開關(guān)柜局部放電檢測與分析判斷過程中，需要對68B開關(guān)柜背包柜中段進(jìn)行超聲波局放檢測。放電檢測發(fā)現(xiàn)有明顯的信號，采用超聲波局部放電測試法進(jìn)行開關(guān)柜局部放電測試，這時主變10千伏側(cè)68B開關(guān)柜后柜的信號明顯大于其他柜。在進(jìn)行不同測試點信號幅值比較時，發(fā)現(xiàn)信號最大點為68B開關(guān)柜背包柜中段，此時幅度值在150毫伏左右（圖1），此時需針對超聲波信號的相應(yīng)特征進(jìn)行分布。通過進(jìn)行反復(fù)對比發(fā)現(xiàn)開關(guān)柜超聲波信號幅值和相位特征分析，懷疑68B開關(guān)柜內(nèi)部有懸浮電位的放電，由于放電幅度較大需及時對68B開關(guān)柜進(jìn)行停電[3]。

圖1 68B開關(guān)柜超聲波相位圖譜（相位℃）

3.2 缺陷開關(guān)柜檢查與處理

在進(jìn)行開關(guān)柜檢查與處理時需對68B開關(guān)柜進(jìn)行停電處理，現(xiàn)場分析過程中發(fā)現(xiàn)等電位線脫落是由于廠家工藝控制不良產(chǎn)生的。在進(jìn)行接線端子制作時導(dǎo)致接線端子和導(dǎo)線壓接出現(xiàn)不良，造成設(shè)備振動信號脫落，現(xiàn)場需重新制作等電位線進(jìn)行安裝，確保線路恢復(fù)正常。在進(jìn)行超聲波檢測法應(yīng)用時需重點管控系統(tǒng)內(nèi)的局部放電信號，針對不同缺陷類型進(jìn)行分析，進(jìn)而考慮到超聲波信號的不同特征，不管是時域的波形圖還是頻域分析圖等，都需使用此種特點進(jìn)行內(nèi)部缺陷的模式識別工作，需分別比較被測設(shè)備不同點超聲波局部的幅值進(jìn)行故障定位，通過超聲波圖譜進(jìn)行局部信號的相位幅值的分析判斷故障類型[4]。

3.3 局部放電檢測策略

在開關(guān)柜內(nèi)部局部放電故障探析時使用超聲波檢測方法，能改變傳統(tǒng)單一運用某種檢測方法存在的不足，全面客觀真實地反映被檢測設(shè)備的運行狀態(tài)，避免存在的失誤和判斷。使用不同的檢測方式、通過相關(guān)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的測試對比，才能有效地對設(shè)備運行情況進(jìn)行客觀評估，從而做出科學(xué)的判斷。首先，在進(jìn)行局部檢測數(shù)據(jù)分析時，要做好沿面放電模型、瓷絕緣子表面放電模型及開裂瓷絕緣子內(nèi)部放電模型的構(gòu)建工作。超聲波對不同放電模型檢測效果是不同的，不同放電模型主要是利用使用超聲波檢測是否有效，使用電磁檢測是否敏感進(jìn)行分析。在進(jìn)行局部檢測時，局部放電數(shù)據(jù)分析技術(shù)并不是簡單地回答是或不是，應(yīng)鎖定目標(biāo)，在海量數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)異常，及時找到解決問題的方式，將信息轉(zhuǎn)換成知識，將檢測技術(shù)更好地轉(zhuǎn)化為診斷技術(shù)[5]。

在當(dāng)下的高壓開關(guān)局部放電數(shù)據(jù)分析時需遵循以下原則：居于任何檢測技術(shù)的數(shù)據(jù)都是真實有用的；基于任何檢測技術(shù)的數(shù)據(jù)都有一定的局限性，并不是所有檢測技術(shù)都可使用在不同的故障檢測中；規(guī)律隱藏在長期連續(xù)的檢測實驗數(shù)據(jù)中，只有不斷的總結(jié)規(guī)律、提高人員的實踐技能，才能找到隱藏在測試數(shù)據(jù)中的問題，更好地進(jìn)行局部放電檢測；在進(jìn)行故障檢修時不僅要把握已有的規(guī)律、還需對現(xiàn)有規(guī)律進(jìn)行不斷的完善和補(bǔ)充，找到超聲波檢測法在檢測開關(guān)柜內(nèi)部局部放電故障存在的問題并不斷的補(bǔ)充[6]。

4 結(jié)語

單一的結(jié)果并不代表設(shè)備是否存在故障，僅屬于一種可能性。統(tǒng)計診斷技術(shù)在使用過程中是一種更為開放循環(huán)的過程，需進(jìn)行廣泛的現(xiàn)場測試。在進(jìn)行局部檢測數(shù)據(jù)分析時也可使用橫向分析技術(shù)，考慮到三項測試數(shù)據(jù)的比較、鄰近開關(guān)柜測試數(shù)據(jù)比較、同類型開關(guān)設(shè)備測試數(shù)據(jù)比較，橫向分析法在進(jìn)行解讀時離不開儀器設(shè)備。其測試信號強(qiáng)度通常是以數(shù)值的形式進(jìn)行顯示，可顯示每個周期的脈沖數(shù)、嚴(yán)重程度及內(nèi)部放電的最大水平，而超聲波信號既可通過數(shù)值顯示也可通過聲音進(jìn)行探測。

在使用超聲波檢測法檢測開關(guān)柜內(nèi)局電故障時，需對開關(guān)柜局部放電檢測周期進(jìn)行控制，嚴(yán)格按照國家電力設(shè)備帶電檢測技術(shù)規(guī)范的通知進(jìn)行檢測，在設(shè)備投入半年到一年的時間內(nèi)、或是在投運后，針對有異常但不嚴(yán)重的問題盡量縮短檢測周期，做好數(shù)據(jù)的保存工作，方便后期的對比，在最大范圍內(nèi)解決問題。如再進(jìn)行檢測過程是處在每年的高峰期，應(yīng)提前開展超聲波局部放電檢測。除外，開關(guān)柜局部放電檢測如出現(xiàn)異常。對非接觸式超聲波檢測來說需測量相對值。如小于8dB系統(tǒng)沒有存在異常聲響，則判斷開關(guān)柜局部放電檢測結(jié)果正常，如處于8～15dB間則表明系統(tǒng)存在異常，如大于15dB則判斷為局部放電檢測結(jié)果存在嚴(yán)重缺陷。

綜上所述，在進(jìn)行超聲波檢測法檢測開關(guān)柜內(nèi)部局部放電故障時可全面管控開關(guān)柜的檢修狀態(tài)，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，加大開關(guān)柜在線檢測、找出有針對性的問題，避免盲目地求全、求細(xì)、求精，把握實用性原則。尤其是絕緣與載流故障發(fā)生時，此兩種故障在開關(guān)柜故障中所占比例較大，進(jìn)行局部放電檢測具有一定的現(xiàn)實意義。聲電聯(lián)合檢測是開關(guān)柜局部放電檢測的最佳選擇，通過趨勢對比、橫向分析以及統(tǒng)計分析等多種方式，確定各方面的信息才能充分發(fā)揮超聲波檢測方法的最佳效用。檢測技術(shù)僅是幫助開關(guān)柜狀態(tài)維修的一種技術(shù)方式，而局部放電技術(shù)則是狀態(tài)檢修的核心內(nèi)容。狀態(tài)檢修分析技術(shù)回答的不單是或否的問題，它通過一系列的技術(shù)手段為故障設(shè)備提供更加有效的方式。

此外，如開關(guān)柜在進(jìn)行安裝檢修維護(hù)過程中發(fā)現(xiàn)到未倒角、未去毛刺、螺栓選擇不當(dāng)會存在尖端放電，這容易和相間絕緣擋板接觸不良，引發(fā)嚴(yán)重的絕緣破壞。此時在進(jìn)行開關(guān)柜局部放電預(yù)防過程中需加大高壓室的密封工作，除排風(fēng)扇外應(yīng)將高壓室全部通風(fēng)口封死，加裝自動啟動裝置門。封閉開關(guān)柜后及時清理夾縫中的存水，避免電纜絕緣夾層浸入水[7]。在潮濕環(huán)境中還需添加風(fēng)扇，避免潮氣通過地下室進(jìn)入到電纜，降低地下空氣的相對濕度。