特高頻定位技術(shù)在高壓開關(guān)柜故障診斷中的應(yīng)用研究

庫柏（寧波）電氣有限公司 李 玲

特高頻定位技術(shù)在高壓開關(guān)柜故障診斷中有著重要的作用，為了保證檢測的準確，應(yīng)根據(jù)實際情況進行合理應(yīng)用。通過對高壓開關(guān)柜故障診斷技術(shù)的闡述，介紹高壓開關(guān)柜常見故障以及高壓開關(guān)柜局部放電檢測中的故障原因，結(jié)合特高頻時差定位原理分析特高頻定位技術(shù)在高壓開關(guān)柜故障診斷中的實際應(yīng)用，使其診斷更加準確有效。

高壓開關(guān)柜設(shè)備屬于電力系統(tǒng)中的重要輸電設(shè)備，應(yīng)保證其運行的性能以提升電力系統(tǒng)效率，需要對高壓開關(guān)柜故障進行全面診斷，避免故障問題帶來不良影響。當前診斷技術(shù)包括了較多種類，其中特高頻定位技術(shù)作為一種重要的手段，為診斷工作的進行帶來了有效的幫助，合理地應(yīng)用該技術(shù)，使高壓開關(guān)柜故障診斷能夠順利開展，為設(shè)備的使用提供保障。

1 高壓開關(guān)柜故障診斷技術(shù)

當高壓開關(guān)柜產(chǎn)生故障之前，一般會出現(xiàn)局部放電的情況，局部放電所產(chǎn)生的聲、光、電信號都能更通過帶電檢測來明確，當前在高壓開關(guān)柜帶電檢測中經(jīng)常使用的方式有暫態(tài)地電壓法、特高頻法等。其中，暫態(tài)地電壓法容易受到接地干擾的影響，當接地網(wǎng)存在故障的時候，一般整個高壓室暫態(tài)地電壓都比較大。相比該方式，特高頻技術(shù)的應(yīng)用具有更好的效果，能為檢測帶來一定的幫助，使檢測能夠順利完成。我國當前針對高壓開關(guān)柜的局部放電診斷及定位技術(shù)的應(yīng)用進行了研究，得到了相應(yīng)的參考內(nèi)容，由于特高頻技術(shù)的應(yīng)用有著較大的優(yōu)勢，例如頻段高、抗干擾能力強等，能夠保證定位的效果，因此將其應(yīng)用在高壓開關(guān)柜故障診斷中能夠發(fā)揮出良好的效果。

2 高壓開關(guān)柜常見故障

第一是分斷故障，高壓開關(guān)柜的分斷故障中有關(guān)閉、開斷故障，該故障存在于多種斷路器之中。比如，斷路器產(chǎn)生了滅弧異常問題的時候，會對高壓開關(guān)柜的使用造成影響，導致斷路器難以正常地運行。分斷故障問題比較多見，一般需要根據(jù)故障進行詳細判斷，找到高壓開關(guān)柜異常的原因，將問題解決。第二是絕緣故障，該故障通常表現(xiàn)為絕緣子擊穿以及高壓開關(guān)柜放電，當產(chǎn)生了這種故障情況的時候，會使高壓開關(guān)柜的絕緣性能被破壞，導致開關(guān)柜運行的風險提升。可采用局部放電故障診斷技術(shù)來判斷高壓開關(guān)柜的絕緣故障，了解故障的詳細情況，為預防高壓開關(guān)柜絕緣故障問題帶來有效的幫助。第三是動作故障，該故障中一般包括了誤動及拒動，產(chǎn)生概率比較高，會帶來不良的影響。當產(chǎn)生這種問題的時候，一般是由于機械傳動故障及電氣回路故障造成影響，在設(shè)備運行中外部環(huán)境及工藝會導致高壓開關(guān)柜的動作異常。同時，在實際的情況下，環(huán)境對開關(guān)柜造成影響比較顯著，在一些溫度較高、氣候潮濕的地區(qū)環(huán)境中，開關(guān)柜在運行中會產(chǎn)生機械零部件腐蝕的問題，這使開關(guān)柜的使用壽命大大減少。

3 高壓開關(guān)柜局部放電檢測中的故障原因

帶電檢測技術(shù)在開關(guān)柜狀態(tài)檢測及維修中，對高壓開關(guān)柜的故障處理有著重要的作用，在技術(shù)的發(fā)展下，形成了完善的應(yīng)用體系。開關(guān)柜內(nèi)部設(shè)備局部放電情況產(chǎn)生的原因比較多，需要根據(jù)不同的設(shè)備位置的情況進行分析，明確產(chǎn)生的因素。穿柜套管產(chǎn)生局部放電是由于沒有安裝屏蔽線，或者表面受潮；互感器產(chǎn)生局部放電是由于內(nèi)部絕緣電阻降低，本體有墊片；絕緣隔板產(chǎn)生局部放電是由于表面存在臟污物質(zhì)，鋁排孔洞小；絕緣子產(chǎn)生局部放電是由于表面受潮或者螺栓松動；斷路器產(chǎn)生局部放電是由于觸頭盒表面凝露或者觸頭發(fā)生了變形問題；隔離開關(guān)產(chǎn)生局部放電是由于觸頭存在接觸不良的情況或者受力不均勻；避雷器產(chǎn)生局部放電是由于閥片受潮或者接地線松動脫落；電力電纜產(chǎn)生局部放電是由于電纜頭受到損傷或者傘裙臟污受潮；傳感器瓶產(chǎn)生局部放電是由于信號線發(fā)生松動或者傳感器瓶中電容單元存在破損情況；站變產(chǎn)生局部放電是由于溫度探頭與高壓包搭接。

4 特高頻時差定位原理

時差法特高頻定位技術(shù)應(yīng)用原理是：放電產(chǎn)生的同一個特高頻電磁波傳播到不同距離傳感器所需要的時間不同，結(jié)合電磁波到達傳感器的時差能夠計算出放電點距離傳感器的距離，使傳感器的方位得到改變，能夠確定放電點的位置。當設(shè)備內(nèi)部存在局部放電源，將兩個傳感器分別放在附近用于接收信號，在t0時間發(fā)出特高頻電磁波信號，傳遞到傳感器的時間分別為t1及t2，兩者時差為Δt，Δt能夠在示波器或者其他時差定位設(shè)備中讀出，用以下式子Δt=t1-t2表示。假設(shè)電磁波的傳播速度為c，可使用ΔL=cΔt來求出放電點距離傳感器的位置。通常高壓開關(guān)柜結(jié)構(gòu)為長方體，想要一次性地完成定位，應(yīng)在附近布置適當數(shù)量的傳感器，一般可設(shè)置3個。計算放電點坐標的時候，利用以上式子來完成計算，最終可得到放電點集合，將3個傳感器結(jié)果兩兩求解之后能夠得到3個雙曲面相交點，即為放電點。使用該方式進行計算難度比較大，還會出現(xiàn)在實數(shù)范圍內(nèi)無解的情況。當檢測中環(huán)境干擾電磁波較多的時候，放電電磁波信號難以進行獲取，同時，當在不同傳感器中沒有獲取到同一個電磁波信號，或者選擇錯誤的電磁波信號，會對定位結(jié)果造成影響。另外，開關(guān)柜尺寸比較小，電磁波的傳播速度比較快，同一信號到達不同傳感器的時差獲取也有著一定難度，因此對傳感器的精度要求比較高，當采樣存在誤差，難以精確地得到放電點。

表1 開關(guān)柜暫態(tài)地電壓數(shù)值

圖1 超聲波連續(xù)圖譜

5 特高頻定位技術(shù)在高壓開關(guān)柜故障診斷中的實際應(yīng)用

5.1 帶電檢測普測數(shù)據(jù)

某企業(yè)電氣試驗小組對變電站35 kVⅡ段母線以及相連間隔進行局部放電檢測的時候，發(fā)現(xiàn)了一些問題。在開展高壓開關(guān)柜暫態(tài)地電壓局部放電檢測工作的過程中，測試環(huán)境背景為18 dB，發(fā)現(xiàn)高壓室中3522 3號電容器的開關(guān)以及相鄰的3509 2號站用變開關(guān)柜檢測結(jié)果的數(shù)據(jù)顯示出了偏大的情況，主要數(shù)據(jù)如表1所示。

檢測結(jié)果及環(huán)境背景值之間的差值比較大，所以需要使用特高頻、超聲波技術(shù)進行進一步檢測，明確3509 1號站用變開關(guān)間隔存在著懸浮放電的情況。考慮到高壓室檢測環(huán)境背景值情況以及與檢測結(jié)果之間的差值超出了24 dB，應(yīng)根據(jù)交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備暫態(tài)地電壓帶電檢測技術(shù)應(yīng)用中的要求來進行處理，當開關(guān)柜的檢測結(jié)果與環(huán)境背景值之間相差了超出了20 dB的時候，應(yīng)明確產(chǎn)生該情況的原因。通過超聲波技術(shù)檢測的進行，發(fā)現(xiàn)3509 2號站用變開關(guān)柜柜體縫隙位置超聲波信號存在異常問題，有異常頻率情況，放電信號存在不穩(wěn)定的現(xiàn)象，同時使用耳機能夠聽到強烈的放電聲音，需要進行詳細的分析。

經(jīng)過對超聲波圖譜的分析，發(fā)現(xiàn)有效值及幅值相對于背景值偏大，頻率成分2比較明顯，經(jīng)過判斷能夠確定在3509開關(guān)柜周圍有著絕緣放電或者懸浮電位放電的缺陷問題。通過詳細的分析，對缺陷位置進行明確，需要進行特高頻檢測。在檢測中使用局部檢測儀開展檢測工作，經(jīng)過分析可知3509 2號站用變開關(guān)柜的懸浮電位信號比較明顯，幅值超出了60 dB，信號相比3522 3號電容器開關(guān)柜要大，因此可判斷懸浮信號放電電源位于3509 2號站用變開關(guān)柜的附近位置（見圖1）。

5.2 檢測結(jié)果

通過對3509開關(guān)柜附近的局部放電信號進行定位，根據(jù)定位圖來開展分析，定位放電的位置在開柜頂部外側(cè)的支柱絕緣子瓷瓶A相附近。通過對高壓開關(guān)柜故障診斷的分析，當產(chǎn)生了局部放電情況的時候，放電信號可使用暫態(tài)地電壓、超聲波、特高頻技術(shù)進行檢測，定期對35 kV開關(guān)柜進行帶電檢測。特高頻檢測能夠?qū)﹂_關(guān)柜內(nèi)部局部放電進行準確的定位，在開關(guān)柜的表面觀察窗等位置設(shè)置傳感器，使用時差法能夠定位到局部放電的位置，給設(shè)備的解體檢修提供相應(yīng)的支持。

結(jié)語：高壓開關(guān)柜設(shè)備的使用影響著電力系統(tǒng)的整體性能，應(yīng)通過對高壓開關(guān)柜的有效管理維護來保證其使用效果。在故障診斷工作中，應(yīng)借助有效的技術(shù)進行檢測，保證檢測的準確性，根據(jù)結(jié)果來進行處理。其中特高頻定位技術(shù)發(fā)揮了重要的作用，通過對該技術(shù)的有效應(yīng)用能夠為故障檢測及診斷帶來幫助。