一起35 kV開關(guān)柜局部放電缺陷檢測及分析

楊 潔，劉 鑫，何 良

(1.成都航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 成都 610100;2.國網(wǎng)四川省電力公司成都供電公司，四川 成都 610041;3.清華四川能源互聯(lián)網(wǎng)研究院，四川 成都 610213)

0 引 言

35 kV金屬封閉式開關(guān)柜用于接收和分配電能，并對電路進(jìn)行控制、保護(hù)和監(jiān)測，在配電網(wǎng)中廣泛使用，其運行可靠性對于電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行具有重要意義。在長期運行過程中，由于環(huán)境溫度、濕度、過電壓、絕緣老化等影響，開關(guān)柜絕緣性能逐漸劣化，導(dǎo)致絕緣強度降低，甚至造成嚴(yán)重事故[1]。據(jù)統(tǒng)計，開關(guān)柜故障中絕緣故障超過50%，而絕緣故障發(fā)生前期往往伴隨著局部放電現(xiàn)象[2]。因此，開展開關(guān)柜局部放電帶電檢測及診斷具有重要意義[3]。

開關(guān)柜內(nèi)部發(fā)生局部放電時，一般伴有光、電、聲、熱等現(xiàn)象，因此可采用紫外成像、紅外成像、特高頻(ultra high frequency，UHF)、暫態(tài)地電壓(transient earth voltages，TEV)、高頻(high frequency，HF)、超聲波(acoustic emission，AE)等多種方法開展檢測與診斷[4-7]。高頻法需要在帶電顯示器處加裝高頻電流傳感器(high frequency current transformer，HFCT)，而開關(guān)柜帶電運行時禁止打開柜門，導(dǎo)致該方法現(xiàn)場使用受到限制[8]。紫外成像法及紅外成像法適用于敞開式設(shè)備，而開關(guān)柜密封性好，導(dǎo)致這兩種方法使用效果不佳[9]。特高頻、暫態(tài)地電壓及超聲波法，作為目前開關(guān)柜局部放電檢測中應(yīng)用最廣泛的方法，已成功發(fā)現(xiàn)多起放電缺陷，但這幾種方法具有一定的局限性，往往需要將多種方法綜合運用才能實現(xiàn)局部放電缺陷的檢測、識別與定位[10-12]。

下面以某110 kV變電站35 kV開關(guān)柜局部放電缺陷為例，介紹了缺陷檢測、分析及定位的過程，并通過解體驗證，為開關(guān)柜局部放電缺陷分析及處理積累了經(jīng)驗。

1 局部放電缺陷發(fā)現(xiàn)過程

某110 kV變電站開關(guān)柜型號為KYN61-40.5，額定電壓為40.5 kV，額定頻率為50 Hz，額定電流為1250 A，出廠時間為2014年7月。

2020年7月，在對該變電站內(nèi)35 kV開關(guān)柜開展帶電檢測時，發(fā)現(xiàn)335開關(guān)柜超聲波數(shù)據(jù)異常，具有典型絕緣類局部放電信號特征，最大值出現(xiàn)在335開關(guān)柜后部下半部分區(qū)域，即電纜室下半部分。

為進(jìn)一步確認(rèn)該異常信號，采用了暫態(tài)地電壓、特高頻等檢測手段綜合分析。暫態(tài)地電壓法未發(fā)現(xiàn)明顯異常; 特高頻法檢測到明顯局部放電信號，且具有典型絕緣類局部放電信號特征，與超聲波法檢測結(jié)果相對應(yīng)。

通過定位分析，最終判斷信號來自開關(guān)柜后下部電纜室，靠近A相區(qū)域，為固體絕緣類放電。

2 帶電檢測數(shù)據(jù)分析

2.1 超聲波檢測結(jié)果

檢測人員采用超聲波法對開關(guān)柜進(jìn)行局部放電檢測，在335開關(guān)柜后柜門縫隙處檢測到異常超聲波信號，典型圖譜如圖1所示。圖1(a)為連續(xù)模式圖譜，信號有效值及周期最大值分別為7.8 mV、16.8 mV，均大于背景值的2 mV和2.5 mV，信號具有50 Hz及100 Hz相關(guān)性，且后者大于前者；圖1(b)為相位模式圖譜，在一個工頻周期內(nèi)有兩簇放電信號，呈“駝峰”狀，信號幅值較分散，相位分布較廣；圖1(c)為時域模式圖譜，在一個工頻周期內(nèi)存在兩個“峰值”。綜合判斷，該信號具有典型固體絕緣放電特征。

(a) 連續(xù)模式

(b) 相位模式

(c) 時域模式圖1 超聲波檢測圖譜

通過橫向?qū)Ρ劝l(fā)現(xiàn)，335開關(guān)柜后下部分超聲波信號幅值最大，初步判斷局部放電信號來自335開關(guān)柜內(nèi)部。

2.2 特高頻檢測結(jié)果

采用特高頻法進(jìn)行局部放電檢測，在335開關(guān)柜后下部分縫隙處檢測到明顯的特高頻信號，典型圖譜如圖2所示。可以看出，在工頻相位的正、負(fù)半周均有放電信號，放電次數(shù)較多，信號幅值變化較大，最大值將近54 dB。放電信號相位主要集中在90°及270°附近，具有對稱性，疑似固體絕緣類放電，與超聲波檢測結(jié)果相對應(yīng)。

(a) PRPS圖譜

(b) PRPD圖譜圖2 特高頻檢測圖譜

在335開關(guān)柜附近空間背景中及相鄰開關(guān)柜縫隙處，均未檢測到異常特高頻信號。通過橫向?qū)Ρ龋袛嗑植糠烹娦盘杹碜?35開關(guān)柜內(nèi)部。

2.3 暫態(tài)地電壓檢測結(jié)果

使用暫態(tài)地電壓法對335開關(guān)柜進(jìn)行局部放電檢測，分別選取開關(guān)柜前(中、下)、側(cè)(上、中、下)、后(上、中、下)等多個點位進(jìn)行測試。開關(guān)柜暫態(tài)地電壓檢測結(jié)果與背景值相近，約為15 dB，未見明顯異常。

2.4 綜合分析

考慮到單一檢測手段的局限性，在現(xiàn)場采用了超聲波法、特高頻法、暫態(tài)地電壓法等手段，檢測表明335開關(guān)柜內(nèi)部存在放電信號。該信號在一個工頻周期內(nèi)存在兩簇放電脈沖，其100 Hz相關(guān)性大于50 Hz相關(guān)性，信號幅值變化較大，相位分布較寬，疑似為固體絕緣類放電。

3 局部放電缺陷定位分析

為進(jìn)一步確認(rèn)放電源位置，采用電磁波時差法對局部放電源進(jìn)行定位，原理如圖3所示。通過比較電磁波到達(dá)傳感器的時間先后順序，判斷局部放電源更靠近哪個傳感器。

圖3 時差法原理

由于開關(guān)柜密封性好，傳感器布置位置受到限制，僅能開展水平方向、豎直方向的定位分析。特高頻傳感器布置在335開關(guān)柜后下部分縫隙處，如圖4所示。

圖4 傳感器布置

水平方向定位結(jié)果如圖5所示，可以看出特高頻傳感器2處接收到的局部放電信號領(lǐng)先特高頻傳感器1約2 ns，表明局部放電源與傳感器2的距離比傳感器1近60 cm，即局部放電源在開關(guān)柜中偏右的位置處。

圖5 水平方向定位結(jié)果

豎直方向定位結(jié)果如圖6所示，可以看出特高頻傳感器4處接收到的局部放電信號領(lǐng)先特高頻傳感器4約2.5 ns，表明局部放電源與傳感器4的距離比傳感器3近75 cm，即局部放電源在開關(guān)柜下半部分中偏下的位置處。

圖6 豎直方向定位結(jié)果

開關(guān)柜結(jié)構(gòu)如圖7所示，后下部分為電纜室，包含接地開關(guān)、避雷器、電纜、電流互感器、絕緣板等多個元器件。結(jié)合開關(guān)柜結(jié)構(gòu)及定位結(jié)果，判定該固體絕緣類放電缺陷位于電纜室內(nèi)靠近A相區(qū)域。

圖7 開關(guān)柜結(jié)構(gòu)

4 停電檢查驗證

為消除故障隱患，先將335開關(guān)柜及其他相關(guān)設(shè)備停電，再將開關(guān)柜小車搖至檢修位置并開柜檢查，發(fā)現(xiàn)335開關(guān)間隔電纜室內(nèi)A相避雷器引線與絕緣隔板間存在明顯放電痕跡，如圖8所示。

圖8 局部放電痕跡

分析發(fā)現(xiàn)，由于A相避雷器引線過長，致使引線與絕緣隔板間絕緣距離過近引發(fā)局部放電。停電檢查與帶電檢測的結(jié)果相符，驗證了帶電檢測技術(shù)的有效性。對A相避雷器引線及絕緣隔板進(jìn)行處理并恢復(fù)送電后，對該開關(guān)柜再次進(jìn)行了帶電檢測，局部放電信號消失。

5 結(jié) 論

1)采用帶電檢測技術(shù)可以有效發(fā)現(xiàn)開關(guān)柜內(nèi)部局部放電缺陷。綜合使用多種檢測方法分析診斷，可避免單一檢測方法的不足，為開關(guān)柜的狀態(tài)檢修提供可靠依據(jù)。

2)所述放電故障是由于避雷器引線與絕緣隔板間距離過近，導(dǎo)致局部場強過高，引發(fā)局部放電。故現(xiàn)場安裝中應(yīng)嚴(yán)格控制工藝，避免該類現(xiàn)象再次發(fā)生。