浅议10KV配网开关柜局部放电检测

2014-03-10柏征

中国高新技术企业 2014年4期

关键词：开关柜超声波检修

柏征

摘要：随着我国南方电网规模的不断扩大，电网设备数量急剧增加，10KV配电网得到了迅速的发展。文章着重介绍一种基于超声波和TEV技术开关柜局部放电检测原理，并对其检测过程、现场测试点选取、数据判断以及状态检修方面进行了详细的分析。

关键词：开关柜；超声波；TEV；10kV配网

中图分类号：TM77 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）06-0046-03

1 概述

南方电网是全国比较复杂的电网，其负荷屡创新高，这种长期的重负荷运行加上设备带病运行必将导致电网建设出现缓慢。为了确保电网运行的安全与稳定，我们对10KV配网开关柜局部放电的检测进行如下分析与介绍。

2 10KV配网开关柜局部放电检测现状

随着我国电网建设步伐的不断加快，南方电网在电网建设的投入与日剧增，但很多电网也存在着不同程度的窝电现象。为了打破传统的停电周期性检查带来的局限性，人们提出了带电高压开关柜现场进行绝缘性能检测技术，既对运行当中的开关柜绝缘情况进行测试，通过对绝缘状况检测反应的信息进行合理分析后判断设备的绝缘状况，正确掌握开关柜的局部放电及其发展规律，并对潜在的绝缘故障进行及时的检修，以达到减少用户停电时间，提高供电可靠性的目的。

3 10KV配网开关柜局部放电检测的重要性

10KV开关柜作为配网重要的组成部分之一，对电网运行的稳定与安全有很大的影响，以往对配网开关柜进行巡视、技术检测和实验时，对设备缺陷的要求很难做到准确掌握。在带电检测方面，通常采用的是非接触检测方法，这种方法在目前来说比较成熟，如红外线和紫外线检测技术主要是对避雷器、变压器等敞开式设备进行检测。而对于封闭式的10KV开关柜受到外壳屏蔽的影响，效果不是很好，而采用最合适的方法对其进行检测才是关键，根据实际运行的状态和故障发生之前潜伏期内产生局部放电，使10KV开关柜设备发生绝缘劣化，而对其绝缘故障的检测与评价是检测的主要手段，在实际运行中，对10KV开关柜采取这种合适的局部放电检测方法有着重大的意义。

4 超声波与TEV

4.1 检测原理（超声波）

电力设备发生局部放电时，会产生一种频谱很宽的声波，这种声波只有20kHz以下的频率信号可以传入人耳，只要高于这一频率，就只能依靠超声波传感器代替接收。释放的电能量与声能有着一定比例关系，如图1所示：

图1 超声波检测局放工作原理图

4.2 TEV检测原理

电气设备一旦发生局部放电，其电量将会在放电点相邻接地金属上聚集，并以电磁波传播方式向不同方向传播。若属于设备内部放电，电量将会聚集到接地屏蔽表面上，若屏蔽层是连续的，将无法在外边检测到放电信号。一般情况下都属于屏蔽层位于电缆绝缘终端或绝缘、垫圈连接处等部位因产生破损造成的不连续，在这种情况下，电磁信号就会传输到设备外层，因放电产生的大量电磁波经气体绝缘开关的衬垫处或金属箱的接缝点向外传播，此时就会出现一种经设备金属箱表面传入地下的暂态电压，既电压脉冲法。这种方法是由Dr John Reeves第一个发现的，后被命名为暂态对地电压（Transient Earth Voltage），简称TEV。

图2为TEV在设备内产生的传播，局部放电过程中，电磁波是通过放电点逐步向外传播的，测得的电流大小与电磁波产生的电压值有直接的关系。不考虑传输线的损耗，电流和路径阻抗的成积就是电压值，此时，阻抗要满足：

图2 TEV产生示意图

传输线单位长度的自感和电容分别用L和C表示，观察到ZO的数值有着较大的变化。研究还表明单芯10KV的电缆约为：10Ω，35KV金属外壳母线室约为：70Ω，这说明1000PC的放电对地产生的电压为1V到7V，时间可持续10ns。金属壳表面电压脉冲是从开口、接头和盖板缝隙出开始传播的，之后再沿金属壳的表层传入大地，这时就需要利用特制的传感器（电容耦合式）才能检测到TEV信号，详见图3，最后才能获取局部放电幅值和放电脉冲的频率。

图3 TEV检测示意图

研究得出：TEV信号受现场设备的测量位置和电压等级的影响，不同型号的设备对地的瞬时电压可通过TEV信号，对现场高压设备局部放电的情况进行测定。同时，因为TEV信号受到影响的因素有很多，为了简便易懂，这种测试结果读书会以（dB/mV）来表达局部放电的程度，TEV信号（mV）与信号输出（dB）可由公式：1dB=20log（1mV）来表明两者的关系。

5 基于超声波和TEV在电力系统中的应用

5.1 测试过程

（1）测试之前，要先对背景值进行测量；记录好金属制品和空气的背景声。由于开关柜表层的电磁信号也可以产生暂态对地电压（TEV），此信号源在变电站内部金属物品上同样可以产生暂态对地电压（TEV），比如金属门、栅栏处。进行检测时，不能在开关设备上直接检测金属面板上的背景值，而是要通过金属栅、金属门等对其进行检测，具体方法是在开关室上选取三个不同位置进行检测，再选择中间值为背景信号的参考值。

（2）测试时，在开关柜上将TEV测试器探头贴紧其上。TEV测试模式是由单个模式和连续模式组成，一旦有测试数据较大跳跃时，可采用两种模式进行切换测试，将读数稳定值作为最终测试数据；如果采用连续模式，就必须做好脉冲数的详细记录，为后期测试进行辅助判断。另外，在连续模式下，也极有可能出现较大的数据连续跳动的情况，这时可采取紧贴测试开关面板，并对数据进行仔细的观察，选择相对幅度大和稳定值作为最终测试数据。

（3）在测试过程中，要排除噪声、风机、风扇及荧光灯带来干扰影响，有必要时可先关闭，再对其进行测试。另外，还要考虑配电房四周的环境因素带来的影响，一旦出现局部测试点的微波发射对数据影响很大时，就需要依靠多次测试进行对比，将干扰因素排除后的测试结果作为测试数据。

（4）TEV模式测试结束后进入超声波模式测试时，应先对其背景读数进行测试，一开始可将增益调整到最大，当读数过大时再将增益适当减小，最后对准传感器和开关设备上的空气通道，便可进行测试。

5.2 测试点选取

在测试过程中，要对各个电力设备所处的位置进行确定，主要是对母排、断路器、电缆线接头处等局部放电情况进行检测。同时，还要注意将传感器尽量靠近通风百叶和观察窗等局放信号易泄露的金属板上，对于前面板，通常选择中部和下部；对于后面板，通常选择上部、中部及下部，若有必要也可对侧面板进行测试。

5.3 数据判断

（1）开关室内的TEV背景值和测试值均低于20dB，表示开关设备是正常的。

（2）开关室内（TEV背景值）和测试值都超出30dB时，且在某一开关柜上没有出现峰值，需用定位技术对信号来源进行判断。如果信号源非外界干扰信号，而是由开关柜本身发出，需要对放电点采用定位技术为其

定位。

（3）当开关室内的TEV背景值低于10dB，而又出现某些开关柜测试值超出30dB，说明开关柜一定有局部放电发生，此时应对放电点采用定位技术为其定位。

（4）如果某一开关柜的超声波检测的数据值高于20dB，说明了该开关柜内部有出现了严重放电，要尽快对其进行复测并密切关注检测值的变化。

5.4 数据分析

测试中发现了异常数据柜，其测试数据主要分布在：5～45dB（TEV范围）；超声波数据主要集中在6～28dB，详细情况见图4和图5。以下的折线图表明了测试的开关柜出现异常数据的TEV检测值位于20～30dB的最多，而大部分开关柜（TEV值低）的异常是因为超声波超标造成的，这说明有绝大部分的开关柜存在表面放电情况。

图4 数据区间折线图（TEV）

图5 数据区间折线图（超声波）

6 结论探讨

实践证明，超声波和TEV技术在高压开关柜局放检测的定位技术是比较有效的。比较其他测试技术有很多优点，不仅测试效果好、而且效率高。此项技术的应用，对配网开关柜的状态检修，提供了可靠、有效技术参考，是一种既可靠又实用的的开关柜局部放电检检测技术。

7 10KV配网开关柜状态检修原则

（1）坚持“安全第一”原则，将设备可靠性和管理水平的提升作为主要目的。对设备状态加强检测和分析，用科学、合理的方法对检修项目、检修间隔进行调整，并制定相应健全的管理制度，以保证设备运行

安全。

（2）建立详细的10KV开关柜的整体实施方案，严格遵守科学规划、先行试点、分步实施、逐步推进的原则。另外，对设备状态的检修，要具有长远目标和构思，并具备扎实的专业技术基础，分布实施、先行试点，将取得成功的经验做为基础，实施逐步推广。

（3）规范、完善设备状态检修的基础管理，加强检修质量的管理力度，全面将设备管理责任制落实到位。从制度、技术、人员上抓起，为设备状态检修的实施打下良好的基础，以保证设备的健康运行。

8 结语

综上所述，超声波和TEV技术在高压开关柜局放检测的定位技术是比较有效的，不仅测试效果良好，而且效率高又高又直观，因此，将此项技术作为配网开关柜设备的局部放电检测最为合适，非常值得推广。

参考文献