開(kāi)關(guān)柜局部放電暫態(tài)對(duì)地電壓檢測(cè)法的研究

靳鍵云

（臨汾供電分公司，山西 臨汾 041000）

0 引言

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)備安全可靠地運(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)行中由于電、熱、化學(xué)等異常形成絕緣劣化，導(dǎo)致電氣絕緣強(qiáng)度降低，甚至發(fā)生故障。為防止開(kāi)關(guān)柜故障的產(chǎn)生，希望能夠了解到運(yùn)行中開(kāi)關(guān)柜內(nèi)的實(shí)際情況，測(cè)試電氣設(shè)備局部放電特征是目前預(yù)防開(kāi)關(guān)柜故障的一種好方法。

開(kāi)關(guān)柜局部放電過(guò)程中會(huì)發(fā)生聲、光、電、熱等各種物理和化學(xué)變化。開(kāi)關(guān)柜局部放電檢測(cè)就是將這些特征作為局部放電檢測(cè)信號(hào)的傳感對(duì)象。目前，國(guó)內(nèi)外傳統(tǒng)的檢測(cè)方法主要包括脈沖電流法、光測(cè)法、超聲波法等[1]。

1 開(kāi)關(guān)柜暫態(tài)對(duì)地電壓檢測(cè)法

暫態(tài)對(duì)地電壓TEV（Transient Earth Voltage）法是通過(guò)檢測(cè)開(kāi)關(guān)柜局部放電在電氣設(shè)備接地金屬外殼上感應(yīng)出電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部的高壓電氣設(shè)備發(fā)生局部放電時(shí)，通過(guò)設(shè)備的金屬箱體外表面而傳到地下去[2]，同時(shí)在金屬外殼上產(chǎn)生一個(gè)暫態(tài)電壓。在設(shè)備外設(shè)置電極，檢測(cè)因局部放電引起的沿外殼流動(dòng)的高頻感應(yīng)電流在金屬外殼上產(chǎn)生的瞬時(shí)電位波動(dòng)就可以實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)柜局部放電暫態(tài)對(duì)地電壓檢測(cè)。局部放電TEV法檢測(cè)原理如圖1所示。

圖1 局部放電TEV法檢測(cè)原理圖

暫態(tài)對(duì)地電壓局部放電檢測(cè)系統(tǒng)主要作用是測(cè)試局部放電的大小及局部放電在一個(gè)測(cè)試周期中的脈沖數(shù)，并實(shí)現(xiàn)局部放電點(diǎn)的定位。它通過(guò)將電容耦合式傳感器放在開(kāi)關(guān)柜接地金屬外殼上檢測(cè)局部放電的幅值及放電的脈沖數(shù)，判斷局部放電的存在與否及大小；采用2個(gè)傳感器，根據(jù)局部放電而產(chǎn)生的暫態(tài)對(duì)地電壓的脈沖波到達(dá)不同位置所需的時(shí)間不同，通過(guò)比較2個(gè)傳感器在不同位置測(cè)得瞬間電壓所到達(dá)的時(shí)間，及比較放電信號(hào)強(qiáng)度大小的方法來(lái)確定局部放電發(fā)生的位置。TEV測(cè)試實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵在于測(cè)試點(diǎn)的選取、現(xiàn)場(chǎng)干擾的排除、數(shù)據(jù)判斷和定位的判斷。

2 TEV法測(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，主要位置如開(kāi)關(guān)柜前面板中部及下部，后面板、側(cè)面板的上部、中部及下部。如果有條件，開(kāi)關(guān)室內(nèi)母線橋架也需進(jìn)行檢測(cè)。

3 TEV法現(xiàn)場(chǎng)干擾排除

開(kāi)關(guān)柜局部放電檢測(cè)受現(xiàn)場(chǎng)局部放電干擾影響較大，采取相應(yīng)措施排除干擾對(duì)確保開(kāi)關(guān)柜局部放電檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性具有重要作用。

3.1 主要干擾源

測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)主要受其他設(shè)備放電及高頻波的干擾較大，母排上振動(dòng)或戶外變壓器上的干擾信號(hào)；架空輸電線路上的干擾信號(hào)；無(wú)線電發(fā)射機(jī)發(fā)出的信號(hào)；各種類型的電子裝置發(fā)出的信號(hào)；有機(jī)械切換電流、帶電刷或其他能夠產(chǎn)生電火花的設(shè)備的信號(hào)；電弧焊、電弧爐、馬達(dá)、發(fā)電機(jī)等；被測(cè)設(shè)備的相鄰位置或自己本身的其他位置還有放電現(xiàn)象發(fā)生；測(cè)量時(shí)探測(cè)器的抖動(dòng)、靜電放電等是主要的干擾來(lái)源。

3.2 干擾排除方法

現(xiàn)場(chǎng)排除干擾的措施主要有：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)線電及其他電子裝置的干擾信號(hào)；利用局部放電檢測(cè)儀的脈沖數(shù)來(lái)判定干擾源，脈沖數(shù)如果大于1 000，可以判斷為干擾信號(hào)；通過(guò)局部放電定位儀雙通道定位模式確定信號(hào)的傳播方向來(lái)確定與被測(cè)設(shè)備相距較遠(yuǎn)的放電干擾源，其中，最為常用、也是最有效的方法是通過(guò)局部放電定位儀雙通道定位模式來(lái)確定干擾信號(hào)。

4 TEV法放電類型的識(shí)別

不同類型的局部放電活動(dòng)有不同的特性，為了幫助確定放電的類型，系統(tǒng)裝置的通道均設(shè)有信號(hào)輸出。每當(dāng)通道檢測(cè)到一次放電活動(dòng)即在輸出端產(chǎn)生一個(gè)5 V且持續(xù)10 ms的數(shù)字脈沖。輸出脈沖可用普通示波器跟蹤顯示。示波器掃描時(shí)間調(diào)到2 ms/格或5 ms/格，選擇單軌跡掃描方式，就可顯示出疊加后的放電活動(dòng)與高壓系統(tǒng)相位之間的關(guān)系?？梢允褂孟到y(tǒng)做有針對(duì)性的測(cè)量。

5 TEV檢測(cè)法定位原理

通過(guò)局部放電定位儀2個(gè)傳感器檢測(cè)放電點(diǎn)發(fā)出的電磁波瞬間脈沖所經(jīng)過(guò)的時(shí)間來(lái)確定放電活動(dòng)的位置，原理是采用比較電磁脈沖分別到達(dá)每只探測(cè)器所需要的時(shí)間，系統(tǒng)指示哪個(gè)通道先被觸發(fā)，進(jìn)而表明哪只探測(cè)器離放電點(diǎn)的電氣距離較近。

檢測(cè)過(guò)程中，在開(kāi)關(guān)柜的橫向進(jìn)行定位，當(dāng)兩個(gè)通道指示燈同時(shí)亮的時(shí)候，說(shuō)明放電位置在2個(gè)傳感器的中線上；同理，在開(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。

6 開(kāi)關(guān)柜局部放電TEV檢測(cè)分析方法

開(kāi)關(guān)柜局部放電TEV檢測(cè)法主要采用以下三種方法來(lái)判斷開(kāi)關(guān)柜是否存在局部放電現(xiàn)象。

6.1 縱向分析法

縱向分析法就是對(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。需要周期性地對(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，以便于分析不同時(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。

6.2 橫向分析法

橫向比較法就是對(duì)同一個(gè)開(kāi)關(guān)室內(nèi)同類設(shè)備的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行比較，當(dāng)同類型的某一設(shè)備個(gè)體的測(cè)試結(jié)果比其他同類設(shè)備的測(cè)試結(jié)果及現(xiàn)場(chǎng)背景值均大時(shí)，就可以認(rèn)為此設(shè)備有存在缺陷的可能性。這種方法也稱為繪制曲線法，是最為常用的一種方法。

6.3 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。

a）當(dāng)發(fā)現(xiàn)開(kāi)關(guān)室內(nèi)背景值與測(cè)試值都在15 dB以下時(shí)，表示開(kāi)關(guān)設(shè)備正常，下次再進(jìn)行巡檢。

b）如果開(kāi)關(guān)室內(nèi)背景值在15 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，且脈沖數(shù)在1 000以下，檢測(cè)人員應(yīng)對(duì)放電位置進(jìn)行定位，并采取一定的處理措施。

c）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)使用局部放電定位儀雙通道定位模式來(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。

d）如果開(kāi)關(guān)室內(nèi)，測(cè)試值和背景值都在30 dB以上，且測(cè)試值大于背景值15 dB以上，應(yīng)對(duì)放電位置進(jìn)行定位，并采取一定的處理措施。

e）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)再次使用局部放電檢測(cè)儀對(duì)該開(kāi)關(guān)室進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果可以跟清掃前進(jìn)行比較，衡量設(shè)備監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性，并提出測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)未來(lái)開(kāi)關(guān)柜例行維護(hù)工作的指導(dǎo)意義，如縮短或延長(zhǎng)開(kāi)關(guān)柜的維護(hù)周期。

2010年12月27日—31日，共對(duì)臨汾供電分公司管轄的12個(gè)220 kV、2個(gè)110 kV共計(jì)14個(gè)變電站的210面開(kāi)關(guān)柜進(jìn)行了局部放電暫態(tài)對(duì)地電壓檢測(cè)。下面以張禮變電站為例進(jìn)行闡述，張禮220 kV變電站共測(cè)試了17面35 kV開(kāi)關(guān)柜，測(cè)試圖譜如圖2所示。

7 檢測(cè)實(shí)例

圖2 張禮220 kV變電站開(kāi)關(guān)柜局部放電檢測(cè)圖譜

從圖2可以看到，356開(kāi)關(guān)柜后側(cè)的暫態(tài)地電壓檢測(cè)數(shù)據(jù)偏大，最大幅值為40 dB。在該柜的后部靠側(cè)壁C相，可聽(tīng)到放電聲，判斷具有局部放電現(xiàn)象。而其附近開(kāi)關(guān)柜測(cè)試幅值也較大，很可能是受其影響。343開(kāi)關(guān)柜在該柜后部帶電顯示器上部右側(cè)存在超聲信號(hào)幅值3 dB，可能是受帶電顯示裝置的影響。

8 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)開(kāi)關(guān)柜局部放電TEV法檢測(cè)的研究與應(yīng)用，可隨時(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的安全狀態(tài)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的絕緣狀況做出判斷，預(yù)先發(fā)現(xiàn)開(kāi)關(guān)柜內(nèi)潛在的故障點(diǎn)，針對(duì)局部放電程度科學(xué)地采取預(yù)防措施，避免設(shè)備故障的出現(xiàn)。確?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備持續(xù)、安全、有效地運(yùn)行。

［1］ 李景祿.高壓電氣設(shè)備試驗(yàn)與狀態(tài)診斷［M］.北京：中國(guó)水利水電出版社，2008：57-149.

［2］ 喬進(jìn)朝，王進(jìn)鎖，樊毅.開(kāi)關(guān)柜非嵌入式局部放電在線檢測(cè)定位研究［J］.山西電力，2008（5）：24-27.