開(kāi)關(guān)柜局部放電帶電檢測(cè)定位技術(shù)的應(yīng)用與研究

孔令明,肖云東，劉 娟，曾令甫

（1.濟(jì)寧供電公司，山東 濟(jì)寧 272100；2.山東電力集團(tuán)公司超高壓公司，山東 濟(jì)南 250021）

0 引言

長(zhǎng)期以來(lái)，運(yùn)用預(yù)防性試驗(yàn)來(lái)診斷開(kāi)關(guān)柜內(nèi)設(shè)備的絕緣狀況起到了很好的效果，但由于預(yù)防性試驗(yàn)周期的時(shí)間間隔較長(zhǎng)，不能有效發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在的潛伏性缺陷，且開(kāi)關(guān)柜內(nèi)設(shè)備大都采用環(huán)氧樹(shù)脂型材料作為外絕緣，制造過(guò)程中不可避免地會(huì)殘存少量氣泡，由于開(kāi)關(guān)室內(nèi)環(huán)境因素不一樣，受溫度、潮濕等環(huán)境影響嚴(yán)重，運(yùn)行中會(huì)產(chǎn)生局部放電的可能，導(dǎo)致電氣絕緣強(qiáng)度降低，甚至發(fā)生故障。近年來(lái)許多突發(fā)事故，多是局部放電所致。

隨著用電負(fù)荷的不斷增加，10～35 kV金屬封閉成套開(kāi)關(guān)設(shè)備廣泛應(yīng)用于各個(gè)變電站，這些開(kāi)關(guān)設(shè)備安全可靠的運(yùn)行決定了供電的合格率和可靠性。電氣設(shè)備在長(zhǎng)期運(yùn)行中必然存在著電的、熱的、化學(xué)的及異常狀況下形成的絕緣劣化，經(jīng)公司技術(shù)人員調(diào)查研究，“開(kāi)關(guān)柜局部放電帶電檢測(cè)技術(shù)”主要針對(duì)開(kāi)關(guān)柜局部放電檢測(cè)，該方法在檢測(cè)時(shí)不用嵌入現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)關(guān)設(shè)備，就可直接檢測(cè)，檢測(cè)過(guò)程中不必提供高壓測(cè)試電源、不必停電，可以了解開(kāi)關(guān)柜帶電運(yùn)行下局部放電的狀態(tài)，從而預(yù)先發(fā)現(xiàn)開(kāi)關(guān)柜內(nèi)潛在的故障點(diǎn)，確保現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備持續(xù)、安全、有效地運(yùn)行，提高供電可靠性。

1 局部放電檢測(cè)原理

高壓系統(tǒng)組件結(jié)構(gòu)一般比較復(fù)雜，采用的介質(zhì)也多種多樣，常用的有氣體介質(zhì)（如SF6）、固體介質(zhì)（如聚烯烴、硅橡膠、環(huán)氧樹(shù)脂等）。固體介質(zhì)的工藝上是經(jīng)過(guò)真空澆注成一體的，從理論上講，真空澆注應(yīng)該沒(méi)有氣泡，但實(shí)際上因?yàn)楣に囋颍跐沧r(shí)不可避免地存在氣泡和雜質(zhì)（圖1）。在運(yùn)行中由于這些氣泡的存在將導(dǎo)致局部場(chǎng)強(qiáng)增大、局部放電發(fā)生，這種放電不斷蔓延和發(fā)展，會(huì)引起絕緣的損傷（碳化痕跡或穿孔），如任其發(fā)展，會(huì)導(dǎo)致絕緣喪失介電性能而造成事故。此外，大多數(shù)機(jī)械破壞也會(huì)導(dǎo)致局部放電的產(chǎn)生。

局部放電會(huì)產(chǎn)生各種物理、化學(xué)現(xiàn)象，如電荷交換、電磁波、聲波、發(fā)熱、發(fā)光、產(chǎn)生分解物等，因而可以有很多測(cè)量局部放電的方法。本文討論對(duì)局部放電產(chǎn)生的電磁波的檢測(cè)。

圖1 固體介質(zhì)中的空隙

通過(guò)放電產(chǎn)生的電磁波通過(guò)金屬箱體的接縫處或氣體絕緣開(kāi)關(guān)的襯墊傳播出去，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)暫態(tài)電壓，通過(guò)設(shè)備的金屬箱體外表面而傳到地下，這些電壓脈沖為暫態(tài)對(duì)地電壓，簡(jiǎn)稱(chēng)TEV。

開(kāi)關(guān)柜局部放電帶電檢測(cè)定位技術(shù)，采用暫態(tài)對(duì)地電壓的原理來(lái)對(duì)開(kāi)關(guān)設(shè)備局部放電狀況進(jìn)行檢測(cè)、測(cè)量及定位，通過(guò)電容耦合式傳感器在被檢設(shè)備的接地金屬外殼上進(jìn)行探測(cè)及測(cè)量。檢測(cè)由于局部放電而引起短暫的電氣脈沖，可測(cè)出局部放電的幅值。

使用兩只電容耦合傳感器檢測(cè)，通過(guò)時(shí)間差法來(lái)確定放電活動(dòng)的位置，原理是比較電磁波到達(dá)每只傳感器所需要的時(shí)間（圖2）。系統(tǒng)指示哪個(gè)傳感器先被觸發(fā)，表明哪只探測(cè)器離放電點(diǎn)的電氣距離較近。采用時(shí)間差法來(lái)確定放電點(diǎn)的方法在本質(zhì)上優(yōu)于采用比較信號(hào)強(qiáng)度來(lái)確定放電點(diǎn)的方法，因?yàn)殡姶挪ǖ亩啻畏瓷淇赡茉斐煞禍y(cè)量結(jié)果不正常。

圖2 時(shí)間差法確定局放點(diǎn)

2 技術(shù)的應(yīng)用

2.1 引起開(kāi)關(guān)柜局部放電的主要原因

爬距及空氣間隙不夠；制造質(zhì)量及工藝不良；接點(diǎn)容量不足或接觸不良；環(huán)境條件的影響；雷電過(guò)電壓造成開(kāi)關(guān)柜閃絡(luò)。

2.2 測(cè)試點(diǎn)的選取

測(cè)試過(guò)程中選擇局部放電容易發(fā)生的位置進(jìn)行檢測(cè)，如母排（連接處、穿墻套管，支撐絕緣件）、開(kāi)關(guān)刀閘，電纜接頭等位置。如有條件，應(yīng)對(duì)開(kāi)關(guān)室內(nèi)母線橋架進(jìn)行檢測(cè)。

2.3 干擾及干擾的排除

潛在的干擾源之一是無(wú)線電廣播發(fā)射機(jī)，該技術(shù)的檢測(cè)帶寬為3～60 MHz，因此，無(wú)線電廣播發(fā)射機(jī)的信號(hào)頻率不可避免地也在裝置測(cè)量范圍之間，當(dāng)無(wú)線電廣播發(fā)射機(jī)離開(kāi)關(guān)室距離實(shí)在太近或功率太強(qiáng)時(shí)，會(huì)對(duì)檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生一定的影響。

寬頻段的噪聲是由各種類(lèi)型的電子裝備發(fā)出的，包括遙感儀器、計(jì)算機(jī)、控制器、逆變器和電源，另一種干擾源是有機(jī)械切換電流或有電刷或其它類(lèi)似產(chǎn)生電火花的設(shè)備，其它干擾源包括放電電子管、熒光燈、電流回路接觸不良等。

還有一種干擾源是被測(cè)設(shè)備相鄰位置或自己本身的其它地方還有放電活動(dòng)發(fā)生。例如正在進(jìn)行電纜終端箱放電試驗(yàn)的電纜本身在幾米遠(yuǎn)的地方內(nèi)部又發(fā)生放電活動(dòng)；正在進(jìn)行內(nèi)部放電檢測(cè)的電纜絕緣層本身外部出現(xiàn)放電；正在進(jìn)行試驗(yàn)的設(shè)備上方的導(dǎo)線（可能是更高電壓等級(jí)）出現(xiàn)放電。

區(qū)分干擾有多種辦法。例如，關(guān)閉干擾源，如一些室內(nèi)的排風(fēng)扇等；采用不同的時(shí)間進(jìn)行測(cè)試，避開(kāi)無(wú)線電及其它電子裝置的干擾信號(hào)；也可用雙傳感器測(cè)量模式找出信號(hào)傳播方向來(lái)確定與被測(cè)設(shè)備相距較遠(yuǎn)的放電干擾源。遠(yuǎn)處的干擾信號(hào)還可從比較傳感器在不同位置測(cè)得的信號(hào)變化區(qū)分出來(lái)，如果在某個(gè)位置測(cè)得很強(qiáng)的信號(hào)而稍微換個(gè)地方信號(hào)就立即減弱很多，這說(shuō)明附近不遠(yuǎn)處存在放電活動(dòng)，而在設(shè)備上各個(gè)位置測(cè)得的讀數(shù)均差別不大，說(shuō)明放電點(diǎn)（活動(dòng)可能較強(qiáng)）的位置離得較遠(yuǎn)。

2.4 檢測(cè)結(jié)果的分析

縱向分析法：是對(duì)同一設(shè)備不同時(shí)間的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析，從而比較分析得出設(shè)備的運(yùn)行狀況，周期性的對(duì)開(kāi)關(guān)室內(nèi)開(kāi)關(guān)柜進(jìn)行檢測(cè)，并將每次檢測(cè)的結(jié)果存檔備份，以便分析不同時(shí)間內(nèi)設(shè)備局部放電狀態(tài)的變化，從而判斷設(shè)備的運(yùn)行狀況。

橫向分析法：是對(duì)同一個(gè)開(kāi)關(guān)室內(nèi)同類(lèi)設(shè)備的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行比較，當(dāng)同類(lèi)型的某一設(shè)備個(gè)體的測(cè)試結(jié)果比其它同類(lèi)設(shè)備的測(cè)試果及現(xiàn)場(chǎng)背景值均大時(shí)，就可以認(rèn)為此設(shè)備存在缺陷的可能性。

數(shù)據(jù)判斷法：根據(jù)大量的實(shí)驗(yàn)以及現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)試經(jīng)驗(yàn)，得出以下判斷數(shù)據(jù)供檢測(cè)人員使用。

1）當(dāng)發(fā)現(xiàn)開(kāi)關(guān)室內(nèi)背景值與測(cè)試值都在20 dB以下時(shí)，表示沒(méi)有發(fā)現(xiàn)信號(hào)源，開(kāi)關(guān)設(shè)備正常，下月再次進(jìn)行巡檢。

2）如果開(kāi)關(guān)室內(nèi)，測(cè)試值和背景值都在20～30 dB以上，表示發(fā)現(xiàn)有信號(hào)源，應(yīng)對(duì)該開(kāi)關(guān)室加強(qiáng)關(guān)注，縮短檢測(cè)周期，觀察信號(hào)的發(fā)展趨勢(shì)。

3）如果開(kāi)關(guān)室內(nèi)背景值在20 dB以下，而某幾個(gè)開(kāi)關(guān)柜的測(cè)試值大于背景值20～25 dB，檢測(cè)人員應(yīng)使用定位技術(shù)來(lái)對(duì)放電位置進(jìn)行定位，并采取一定的處理措施。

4）如果開(kāi)關(guān)室內(nèi)，測(cè)試值和背景值都在30 dB以上，且并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)在某個(gè)開(kāi)關(guān)柜上出現(xiàn)峰值，應(yīng)使用定位技術(shù)來(lái)判斷放電信號(hào)的來(lái)源，如檢測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)放電信號(hào)是從開(kāi)關(guān)柜上傳來(lái)，而不是外界的干擾信號(hào)，那么需要對(duì)存在問(wèn)題的開(kāi)關(guān)柜采取一定的處理措施。

5）所有被清掃或被檢修的開(kāi)關(guān)柜，在清掃或檢修完后，應(yīng)再次對(duì)該開(kāi)關(guān)室進(jìn)行檢測(cè)。

2.5 定位結(jié)果的判斷

定位過(guò)程中，首先在開(kāi)關(guān)柜的橫向進(jìn)行定位，當(dāng)兩個(gè)傳感器的定位指示燈同時(shí)亮的時(shí)候，說(shuō)明放電位置在兩個(gè)傳感器的中線上，同理，我們?cè)陂_(kāi)關(guān)柜的縱向進(jìn)行定位，同樣確定一根中線，兩根中線的交點(diǎn)，就是局部放電的具體位置。

3 檢測(cè)實(shí)例

采用該技術(shù)分別對(duì)7個(gè)110kV變電站內(nèi)10 kV和35 kV開(kāi)關(guān)柜進(jìn)行檢測(cè)。

3.1 測(cè)試結(jié)果正常

參考放電幅值不大于20 dB的判斷依據(jù)，絕大部分開(kāi)關(guān)柜的測(cè)試數(shù)據(jù)均在此范圍內(nèi)，說(shuō)明局部放電現(xiàn)象不明顯，開(kāi)關(guān)柜屬正常運(yùn)行范圍，見(jiàn)表1。

表1 35 kV 501開(kāi)關(guān)柜局部放電測(cè)試數(shù)據(jù)

3.2 間歇放電

在不同的時(shí)間段內(nèi)，對(duì)110 kV某變電站10 kV 9120柜進(jìn)行局部放電測(cè)試，得到表2～4所示數(shù)據(jù)。

表2 10 kV 9120開(kāi)關(guān)柜局部放電測(cè)試數(shù)據(jù)

表3 10 kV 9120開(kāi)關(guān)柜局部放電測(cè)試數(shù)據(jù)

表4 10 kV 9120開(kāi)關(guān)柜局部放電測(cè)試數(shù)據(jù)

通過(guò)數(shù)據(jù)，我們可以初步判斷為10 kV 9120柜內(nèi)設(shè)備存在局部放電，且放電幅值比較大，采用定位技術(shù)對(duì)放電點(diǎn)進(jìn)行定位，最終確定電纜處有局部放電現(xiàn)象，并進(jìn)行重點(diǎn)檢查試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)電纜終端頭受潮導(dǎo)致電暈放電。

3.3 永久性放電

對(duì)110 kV某變電站10 kV 9502開(kāi)關(guān)柜進(jìn)行局部放電檢測(cè)，得到如表5中的數(shù)據(jù)。

表5 10 kV 9502開(kāi)關(guān)柜局部放電測(cè)試數(shù)據(jù)

通過(guò)數(shù)據(jù)，可以初步判斷為10 kV 9502柜內(nèi)設(shè)備存在局部放電,且存在很?chē)?yán)重的絕緣缺陷，采用定位技術(shù)對(duì)放電點(diǎn)進(jìn)行定位，發(fā)現(xiàn)放電源位于該柜母排處，后檢查發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)安裝人員進(jìn)行安裝時(shí)忘記上母排的螺帽，在銅鋁過(guò)度板周?chē)霈F(xiàn)間隙放電（藍(lán)色電弧光），圖3所示。

圖3 母排未上螺母處

4 結(jié)語(yǔ)

應(yīng)用開(kāi)關(guān)柜局部放電檢測(cè)儀，采用局部放電TEV檢測(cè)方法和時(shí)間差定位方法，對(duì)開(kāi)關(guān)柜局放缺陷的檢測(cè)是有效的，是一種實(shí)用而又方便的檢測(cè)技術(shù)。由于對(duì)開(kāi)關(guān)柜局部放電和缺陷的分析尚處于積累資料階段，對(duì)電力設(shè)備的缺陷定性需結(jié)合其它檢測(cè)或試驗(yàn)手段綜合分析判斷，因此開(kāi)關(guān)柜局部放電定位儀的推廣應(yīng)用還需要進(jìn)行如下工作，以取得更大的成果：

1）結(jié)合變電站設(shè)備狀態(tài)檢修工作，進(jìn)一步加大開(kāi)關(guān)柜局部放電檢測(cè)的設(shè)備量，通過(guò)大量的數(shù)據(jù)積累和分析，并結(jié)合其它檢測(cè)和試驗(yàn)加強(qiáng)分析，提高開(kāi)關(guān)柜局部放電檢測(cè)的應(yīng)用水平。

2）制定開(kāi)關(guān)柜局部放電檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用手冊(cè)，為現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作提供指導(dǎo)性文件，繼續(xù)豐富電氣設(shè)備局部放電檢測(cè)的判斷依據(jù)，便于一線人員對(duì)結(jié)果進(jìn)行綜合分析判斷，及時(shí)發(fā)現(xiàn)缺陷。

3）對(duì)開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部局部放電進(jìn)行檢測(cè)診斷，提高開(kāi)關(guān)柜在線檢測(cè)能力，開(kāi)展數(shù)據(jù)分析整理工作，采用同類(lèi)比較判斷法、檔案分析判斷法等多種方法，對(duì)局部放電檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行評(píng)估診斷，為開(kāi)關(guān)柜的運(yùn)行狀態(tài)提供診斷數(shù)據(jù)，為狀態(tài)檢修提供依據(jù)。

4）通過(guò)對(duì)開(kāi)關(guān)柜局部放電檢測(cè)儀的應(yīng)用，為預(yù)防性試驗(yàn)的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)充，從而預(yù)先發(fā)現(xiàn)開(kāi)關(guān)柜內(nèi)潛在的故障點(diǎn)，確保現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備持續(xù)、安全、有效地運(yùn)行，提高供電可靠性。

［1］GB/T7354-2003/IEC 60270：2000局部放電測(cè)量.

［2］DL417-2006電力設(shè)備局部放電現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量導(dǎo)則.

［3］DL/T596-1996電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程.