變電站高壓開關(guān)柜絕緣性能檢測(cè)與故障診斷技術(shù)探究

馬柯明

摘 要：變電站開關(guān)柜絕緣性能會(huì)影響其功能的安全、可靠發(fā)揮，以往的絕緣測(cè)試需要很長(zhǎng)時(shí)間，而且也難以找到真正的問題。對(duì)此有必要引入全新的絕緣性能檢測(cè)與故障診斷技術(shù)。本文分析了TEV技術(shù)在高壓開關(guān)柜絕緣性能測(cè)試中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：變電站；高壓開關(guān)柜；絕緣性能；檢測(cè)；故障診斷

中圖分類號(hào)：TM63 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

要想達(dá)到電氣設(shè)備故障檢測(cè)與診斷的安全、合理與高效，就要加強(qiáng)對(duì)其絕緣性能檢測(cè)，為設(shè)備創(chuàng)造一個(gè)安全合理的運(yùn)行環(huán)境。眾多的工作經(jīng)驗(yàn)表明，電力系統(tǒng)各項(xiàng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，多源自絕緣故障，絕緣故障會(huì)引發(fā)電氣設(shè)備絕緣性能下降，從而出現(xiàn)多種故障問題。對(duì)此，需要掌握開關(guān)柜絕緣性能檢測(cè)與故障診斷技術(shù)，以此來提高故障檢測(cè)工作效率，帶來預(yù)期的檢測(cè)效果。

一、超聲波與TEV檢測(cè)技術(shù)

開關(guān)柜絕緣性能的變質(zhì)可能造成局部放電問題，逐漸的效應(yīng)雷擊可能導(dǎo)致絕緣介電性能慢慢發(fā)生變質(zhì)、受損，甚至出現(xiàn)絕緣擊穿問題。

1.超聲波檢測(cè)技術(shù)。局部放電伴隨著一定量電荷的放出與轉(zhuǎn)移，一旦出現(xiàn)局部放電，其附近電場(chǎng)應(yīng)力、機(jī)械應(yīng)力以及粒子等都將走向非平衡，從而出現(xiàn)震蕩，動(dòng)態(tài)變化等問題，也能引發(fā)附近介質(zhì)的擾動(dòng)現(xiàn)象。局部放電的初始現(xiàn)象為：出現(xiàn)較弱的火光，此時(shí)所釋放能量較小，隨之將出現(xiàn)相對(duì)激烈的電弧放電。經(jīng)科學(xué)研究證實(shí)忽略空氣密度以及聲速情況下，聲壓的平方同聲能量間呈正相關(guān)，對(duì)此可以通過超聲波信號(hào)的聲壓變化代表局部放電釋放能量的變化，對(duì)應(yīng)能夠測(cè)得放電高低。

2. TEV檢測(cè)技術(shù)。局部放電所帶來的電磁波，將途徑金屬箱體接縫位置逐漸向外傳輸，對(duì)應(yīng)會(huì)出現(xiàn)一個(gè)暫態(tài)電壓。TEV檢測(cè)原理為：當(dāng)高壓開關(guān)柜對(duì)地絕緣處出現(xiàn)局部放電，導(dǎo)電系統(tǒng)和接地金屬中間則將出現(xiàn)一些電容放電量，但是較小，放電持續(xù)較短，對(duì)應(yīng)的放電量通常達(dá)到1000pC，而且一般要達(dá)到10ns，對(duì)應(yīng)出現(xiàn)100mA電流。電氣特點(diǎn)一般受分布電容等影響。對(duì)此，應(yīng)該將其視作金屬板，縫隙和地面中間的距離就是傳輸線。具體如圖1所示。局放時(shí)，電磁波自放電點(diǎn)朝著外部傳輸，此時(shí)放電電流值和電磁波電壓之間有密切關(guān)系，在忽略損耗情況下，阻抗需要按照下面公式計(jì)算：Z0=

Z0——阻抗，L——傳輸線自感，C——傳輸線電容。

經(jīng)實(shí)驗(yàn)得出，局放所出現(xiàn)的TEV信號(hào)，和局放激烈度和放電點(diǎn)的距離等存在密切關(guān)聯(lián)，這樣就能夠借助特定的探測(cè)設(shè)備來加以探測(cè)，憑借對(duì)局放TEV信號(hào)的檢測(cè)，能夠?qū)崿F(xiàn)開關(guān)柜中設(shè)備局放的測(cè)試，也能對(duì)應(yīng)鎖定局放位置。

二、開關(guān)柜絕緣性能檢測(cè)與故障診斷系統(tǒng)的應(yīng)用

高壓開關(guān)柜絕緣度下降的成因來自于多方面，例如：絕緣體質(zhì)量不達(dá)標(biāo)、空氣間隙不達(dá)標(biāo)，外界環(huán)境的不良干擾等，同時(shí)，由于遭受雷擊過電壓的不良影響等，都可能影響開關(guān)柜絕緣性能。開關(guān)柜安裝在配網(wǎng)系統(tǒng)，要承受多方電壓，可能面臨多重威脅，對(duì)此，有必要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)絕緣性能檢測(cè)與診斷系統(tǒng)。此系統(tǒng)主要應(yīng)用對(duì)比性檢測(cè)技術(shù)，也就是通過對(duì)比單個(gè)開關(guān)柜和之前已經(jīng)得出的檢測(cè)數(shù)據(jù)、以及同類開關(guān)柜的檢測(cè)數(shù)據(jù)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)較大超出合理范圍，意味著其出現(xiàn)了放電現(xiàn)象，從而預(yù)測(cè)出故障問題。檢測(cè)過程中必須認(rèn)真記下設(shè)備故障的具體信息，從而為放電的研判提供依據(jù)。診斷系統(tǒng)的構(gòu)造圖如圖2所示。

故障診斷系統(tǒng)大體包括三大子系統(tǒng)，具體是指：被測(cè)設(shè)備、傳感器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，通常位于主機(jī)部分，故障處理與診斷系統(tǒng)主要依靠PC軟件，通常位于主控室。

實(shí)踐應(yīng)用：某220kV變電站，經(jīng)檢測(cè)得出開關(guān)柜后方局部放電檢測(cè)值超出常規(guī)數(shù)值，達(dá)到31dB，放電處于開關(guān)柜后方左下部。將設(shè)備斷開電力電源供應(yīng)，對(duì)應(yīng)核對(duì)開關(guān)柜，分析其局放現(xiàn)象，經(jīng)檢查得出開關(guān)柜面板左下方出現(xiàn)問題，具體問題為：C相電纜頭處的螺絲出現(xiàn)變松現(xiàn)象，從而出現(xiàn)了局部放電現(xiàn)象，通過擰緊螺栓，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行測(cè)試，幅值則有所下降，回歸到了正常數(shù)值。圖3為螺栓松動(dòng)圖示。

三、分析檢測(cè)數(shù)據(jù)和趨勢(shì)

1.統(tǒng)計(jì)分析。所謂的統(tǒng)計(jì)分析法，就是相同開關(guān)室中開關(guān)柜局放檢測(cè)，對(duì)所得的TEV數(shù)據(jù)加以歸類、統(tǒng)計(jì)，再對(duì)應(yīng)判斷檢測(cè)結(jié)果。實(shí)際的局放檢測(cè)影響因素包括：工作電壓、絕緣物、環(huán)境條件等的影響，一切影響性因素都容易導(dǎo)致錯(cuò)誤的檢測(cè)結(jié)果。

2.動(dòng)態(tài)判據(jù)。根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析以及趨勢(shì)的預(yù)測(cè)等，可以按照以下程序來判斷開關(guān)柜局放：第一，初始判據(jù)。綜合統(tǒng)計(jì)各個(gè)N面開關(guān)柜的狀態(tài)，故障類別，根據(jù)統(tǒng)計(jì)得出的數(shù)據(jù)等來對(duì)應(yīng)核算出故障率。第二，統(tǒng)計(jì)分析。測(cè)試一切N面開關(guān)柜局部放電狀態(tài)，正確選擇開關(guān)柜，Nxa%面為首選，同時(shí)，取其中數(shù)值最小的作為對(duì)比值A(chǔ)。第三，趨勢(shì)分析。相隔一段時(shí)間后，要第二次測(cè)試各個(gè)N面開關(guān)柜，取檢測(cè)數(shù)值最大的Nxa%面開關(guān)柜，同時(shí)，同樣取數(shù)值最小的充當(dāng)比較值B，對(duì)比B和A.此時(shí)可以進(jìn)行下面的對(duì)比分析：BA，則要重點(diǎn)考慮下方因素：開關(guān)柜負(fù)荷略微上升，背景干擾有所加強(qiáng)，溫濕度超標(biāo)，開關(guān)柜受到了深入污染。B=A，開關(guān)柜負(fù)荷，溫濕度狀況以及開關(guān)柜污染度等大致相當(dāng)。意味著開關(guān)柜相對(duì)穩(wěn)定、健康。第四，明確判據(jù)數(shù)值。參照開關(guān)柜通常運(yùn)轉(zhuǎn)概況來明確A值或B值是判斷依據(jù)，因?yàn)殚_關(guān)柜附近環(huán)境可能對(duì)局放帶來一定的干擾。所以，實(shí)際的判斷值應(yīng)該將-2dB與+2dB納入考慮范圍，在根據(jù)以上流程來明確研判數(shù)據(jù)數(shù)值。反復(fù)的對(duì)比分析后，創(chuàng)建其一個(gè)地區(qū)開關(guān)柜檢測(cè)的數(shù)據(jù)信息，最后形成科學(xué)合理的數(shù)據(jù)。

實(shí)踐運(yùn)用：某開關(guān)柜正常U型巡查過程中查出主變開關(guān)柜處出現(xiàn)明顯震動(dòng)，卻無法精準(zhǔn)地進(jìn)行定位，通過局放檢測(cè)最終發(fā)現(xiàn)開關(guān)柜局放擴(kuò)大到56dB，最終查明放電點(diǎn)處于開關(guān)柜上端排線透墻的位置，利用故障檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，最終查明母排固定螺栓頂在導(dǎo)電觸頭處，從而使得接觸面達(dá)不到預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)，引發(fā)局部放電現(xiàn)象。

結(jié)語

變電站高壓開關(guān)柜絕緣性能檢測(cè)與故障診斷需要先進(jìn)的故障定位技術(shù)的支持，其中TEV技術(shù)為科學(xué)的技術(shù)，其應(yīng)用能夠有效調(diào)整電氣設(shè)備以往的局部放電檢測(cè)模式，從而為電力設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)供應(yīng)了具體的數(shù)據(jù)。這一故障檢測(cè)模式有下面的優(yōu)勢(shì)：裝置的投切運(yùn)行能夠維持電氣設(shè)備的安全運(yùn)轉(zhuǎn)，可以實(shí)現(xiàn)持續(xù)的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，檢測(cè)能夠有效抵御干擾。

參考文獻(xiàn)

[1] GB/T 7354-1987，局部放電測(cè)量[S].

[2]朱德恒，談克雄.電絕緣診斷技術(shù)[M].北京：中國(guó)電力出版社，1999.

[3]苑舜.高壓開關(guān)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與診斷技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.

[4]陳強(qiáng)，李慶民，叢浩熹，等.高壓開關(guān)設(shè)備觸頭溫度監(jiān)測(cè)技術(shù)研究進(jìn)展[J].高壓電器，2015（9）：146-153.

[5]陳雪薇，馬國(guó)明，李成榕，等.高壓開關(guān)柜無線測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)及可靠性研究[J].高壓電器，2015（6）：152-160.