TEV信号法在金属铠装柜局部放电检测中的应用

2012-11-15盛骏，楼钢

浙江电力 2012年4期

盛骏，楼钢

（金华电业局，浙江金华 321017）

0 引言

金属铠装柜在长期运行过程中，由于各种因素的影响（设备结构、安装工艺、运行条件变化等），故障时有发生，其中大多数是绝缘故障。在全面实施状态检修的大环境下，各类设备都广泛开展了带电检测项目，但是开关柜除了停电试验中的耐压试验和运行巡视外，几乎没有有效的检测手段，而停电试验周期较长，对于发展中的绝缘缺陷更加无从把握。

目前，国内外广泛采用暂态对地电压（Transient Earth Voltage，TEV）信号法来检测金属铠装柜的局部放电，金华电业局引进该技术后，开展了金属铠装柜局部放电普查，对存在疑似缺陷的设备进行定位并停电检查。现场实践表明，TEV信号法有效弥补了金属铠装柜常规检测手段的不足，为监视设备缺陷发展趋势、评价设备状态、制定科学的检修策略提供了可靠的手段。

1 TEV检测及定位原理

1.1 TEV信号

当高压电气设备发生局部放电时，放电电量先聚集在与放电点相邻的接地金属部分，形成电流脉冲并向四周传播。放电产生的电磁波通过金属部件传输，同时产生暂态对地电压，通过设备的金属外壳传到地下，这个暂态的对地电压就是TEV信号法的检测对象。

1.2 检测原理

金属铠装柜内的局部放电量很小，通常只有几兆分之一库仑。放电持续时间一般仅几个纳秒。因为电量等于电流乘以时间，对于持续时间极短的放电脉冲，被测设备就不能看作是个体，而是视为传输线，产生的对地暂态电压理论上等于脉冲电流与传输阻抗的乘积。根据相关研究，单芯10 kV电缆的传输阻抗约为10 Ω，35 kV金属外壳母线约为70 Ω，因此，1 000 pC的放电可对地产生1～7 V持续10 ns的电压。

电压脉冲在金属壳的内表面传播，通过放电产生的电磁波信号会优先通过金属制品传递到大地而被屏蔽。实际上，现场的金属铠装柜通常在绝缘部位、垫圈连接处、电缆绝缘终端等部位存在不连续缝隙，部分电磁波信号足以从这些部位传递出来，用电容性探测器就可在柜体表面检测到放电脉冲。

1.3 定位原理

定位采用的方法是比较放电所产生的电磁波信号到达不同位置传感器所需要的时间，如图1所示。电磁波是以光速进行传播的，所以检测工具必须能够分辨很小的时间差，本方法要求最低分辨率为2 ns，相当于光在空气中通过600 mm所用的时间（即2个传感器之间的最小距离），对于目前应用的大部分金属开关柜的结构，该距离足以分辨可能出现局部放电的设备和位置。

图1 定位原理

2 检测应用

目前，TEV法在金华电网中主要应用在两个方面：一是在交接耐压试验过程中进行检测，在把握质量的同时积累设备基础数据；二是对运行中的金属铠装柜进行普查，对疑似存在的缺陷进行定位，指导检修（检查）策略的制定。

2.1 耐压试验的检测

交流耐压试验是新安装金属铠装柜交接试验中主要的绝缘试验。现场经验表明，交流耐压试验不能有效发现柜中的某些微小缺陷，如固体绝缘材料内部的微小缺陷、导体接触不良等。在正常运行电压下，这些微小缺陷一般短时间内不会发生绝缘击穿，但在长期运行中，多种因素会导致电气绝缘强度降低，在过电压下可能发生绝缘击穿，甚至造成严重的电网事故。因此，将局部放电的TEV法检测作为交流耐压试验的补充，在提高缺陷发现率的同时，也可将耐压条件下的放电水平作为运行检测的基本参考值。

2.2 运行中的检测

通过对金华电业局135座110 kV及以上变电站的金属铠装柜进行普测，发现疑似缺陷19起，对其中放电指数相对较高的13起进行停电检查，均发现了不同类型及程度的绝缘缺陷。

案例1：2010年6月25日，对220 kV倪宅变电站的35 kV高压开关柜进行局部放电检测。通过逐个排查，发现35 kV母分Ⅱ段插头、35 kV母分开关及2号所用变压器开关柜的放电分贝数超过同等类比水平。

通过定位发现信号来源于柜体下部。通过下柜门的后视窗观察，发现C相母排对绝缘横档有间歇性放电，母排热缩套已经部分烧毁。停电检查发现C相铜排与绝缘横档位置较近，由于长期的电场及温/湿度变化，引起绝缘横档、绝缘电阻降低，与铜排之间产生了较高的电位差，从而形成拉弧。

案例2：2010年10月22日，对220 kV温泉变电站的35 kV高压开关柜进行局部放电检测，进门处空气中的放电检测数据超过30 dB，接地金属门超过40 dB，35 kV开关柜空气中的检测数据已经达到了50 dB。通过使用双通道的定位功能，放电位置定位在35 kV母分开关和泉坦3614开关柜上柜联接处以及1号接地变开关柜与泉马3589开关柜上柜连接处。停电检查35 kVⅠ段母线，发现上述位置的穿墙套管内部与母排有明显放电痕迹。经分析，放电原因是铜母排在安装过程中没有调整好等电位弹簧与穿墙套管内壁的位置，运行过程中的振动使等电位弹簧进一步错位，与套管内壁形成气隙，出现电位差，并长时间放电。

此外，通过普测还发现了干式穿心电流互感器屏蔽线断线、10 kV电缆终端头冷缩套制作工艺不良、紧凑型开关柜内干式互感器与相间绝缘挡板之间放电等缺陷，均及时进行了停电处理，有效避免了缺陷进一步扩大。

3 经验总结与分析

通过对运行中金属铠装柜的普测，发现了多起绝缘缺陷，其类型及严重程度各异，可见TEV信号法对于发现绝缘缺陷有很高的灵敏度，只要产生了放电，都能够捕捉到。但是如何采集准确的数据并进行分析判断，是合理应用该项技术的关键。以下结合金华电业局在检测过程中积累的经验进行探讨。

3.1 测试要点

整体检测流程如图2所示。

图2 检测流程

（1）应掌握被检测设备的内部结构。目前的铠装柜大都是封闭式的，内部结构复杂，对其所有设备布局必须明确掌握，否则无法分析放电的位置及原因。

（2）从目前的检测经验来看，产生局部放电的主要部位是母排（连接处、穿墙套管、支撑绝缘件）、开关刀闸、电缆接头等，在检测定位的过程中应重点关注。

（3）在检测开关柜局部放电前必须对背景值的大小进行测量。开关柜外部的电磁信号也会在开关柜上产生暂态对地电压，这些信号源同样可以在变电站内的金属部件上产生暂态对地电压，如金属门或栅栏处。金属面板上的背景值并不是在开关设备上检测，而应该在金属门、金属栅等金属制品上检测，在开关室3个不同的位置检测，并取中间值作为背景信号的参考值。

（4）检测时要注意尽量排除干扰。测试现场主要的干扰源有：电子驱鼠器等电子装置发出的信号、带有电子整流器的照明系统、无线电发射机发出的信号（当距离很近且发射功率又很大时）、排风扇等振动信号、周围有电焊施工等可能产生电火花的设备信号等。

3.2 数据分析要点

对信号普测的结果要进行量化分析。虽然检测仪器能够测出当前的分贝值，但这个值的大小并不能反映是否存在缺陷及其严重程度。在分析过程中要注意以下几点：

（1）排除高背景值的影响。背景值不一定都来自户内，户外设备的放电能量也会通过空气传播到户内柜体的金属外壳上形成对地通道，对检测数据造成影响，分析时需注意。

（2）分析检测数据时要进行横向和纵向的比较。横向比较，即各开关柜的检测数据比较。当某一开关柜的测试结果大于同类开关柜的测试结果及现场背景值时，可以判断此设备有可能存在缺陷。纵向比较，即同一开关柜在不同时间的测试结果比较。通常是在检测中发现有疑似缺陷，在某个时间段内进行连续的跟踪检测，观察数据变化趋势，从而确定缺陷的性质。