10kV开关柜局部放电综合诊断方法研究及应用

2014-03-12王峥

山东工业技术 2014年19期

王峥

（广东电网有限责任公司江门供电局,广东江门 529000）

0 前言

在我国配网系统中，随着10kV开关柜内部的绝缘缺陷及接触不良等问题的频繁发生，给开关柜的运行造成了严重的安全隐患，这就要求必须加强10kV开关柜的检测。由于开关柜发生故障前，会产生局部放电现象，为此通过对局部放电的检测来综合诊断开关柜绝缘隐患的相关信息，将事故隐患消除在萌芽状态，以保证电力系统的正常运行。

1 局部放电检测技术

1.1 地电波（TEV）检测技术

开关柜在发生局部放电时会产生电磁波，通过金属外壳上的孔洞向四周传播。当电磁波传播至开关柜表面时，通过集肤效应作用，金属壳外表面将形成一种对地电压信号，即TEV，它的大小与局部放电的激烈程度、开关柜电压等级及放电点的远近有直接关系。通过检测局部放电产生的TEV信号，不仅可以对局部放电做定量测试，又可通过同一放电源到不同位置的时间差异来对局部放电进行定位，同时还能够对现场运行的10kV开关柜局部放电做定位在线监测[1]。采用TEV定位法，要优于采用电磁波信号强度比较来确定放电点的方法，主要因为电磁波经过多次反射，将会影响幅值的测量结果[2]。

1.2 超声波（AE）定位监测技术

超声波定位法是根据电力设备内部产生局部放电的超声波传播方向和时间来确定放电位置的，常用的方法有V型曲线定位法、顺序定位法和双曲面定位法[3]。由于超声波在固体设备中的传播速度较快，但也衰减得更快，为此超声波是很难穿透电力设备金属外壳，可用于具有开口或裂缝的检测。因此，对于10kV开关柜子的检测，可以选择散热孔、开关柜棱角缝隙作为传感器放置点，离放电点越近，声音就越大，其超声信号就越强。对放电点准确定位，可利用空间几何方法，结合不同位置的超声传感器所测出的时延来计算局部放电位置。

1.3 超高频（UHF）检测技术

超高频检测技术是通过超高频传感器对电力设备中局部放电时产生的超高频信息进行检测[4]。对于10kV开关柜的运行，当发生局部放电时，产生的超高频电磁波范围在300MHz~3GHz内。超高频检测技术可以有效避免现场的电晕干扰，主要因为现场的电晕干扰产生的电磁波在300MHz以下，并且超高频检测技术具有较强的抗干扰能力和较高的灵敏度，可实现局部放电检测、绝缘缺陷类型识别等。采用超高频检测技术时，一般采用时差法，根据电磁波传播速度和采用分辨率较高的示波器接受到统一电源的信号时间差来确定放电源的位置，从而实现放电点的准确定位。

2 10kV开关柜局部放电综合诊断方法的应用

2.1 仿真模型建立

对于局部放电检测技术在10kV开关柜局部放电中的应用，首先，建立开关柜仿真模型，如图1、2所示，分别表示SM 6开关柜外形示意图和仿真模型图[5]。通过将开关柜分成两个空间，分别为A和B，并在仿真模型中作无缝处理。考虑到开关柜材料采用是碳质量分数为0.03%~2.12%的铁碳合金，对于局部放电仿真激励源的设置，应设为0~200MHz的高斯脉冲。在局部放电检测中，因激励源脉冲宽度、脉冲幅值及检测距离对TEV检测有重要影响，随着脉冲宽度的增加，检测点的TEV强度将越来越小，即TEV定位法的检测能力随着局部放电的速度增加而减小；同理，检测点的TEV波形幅值是随着检测距离的增加而减小；而检测点的TEV波形强度随着激励源脉冲幅值的增加而增加。

图1 开关柜外形示意图

图2 开关柜仿真模型图

2.2 实际应用案例

江门供电局开展10kV开关柜局部放电检测5年以上，结合实际工作和国内外电网公司在状态检测方面的先进经验，利用了TEV、AE等检测技术和便携式Ultra TEV Plus+、移动式在线PDM 03等设备手段，有效地发现了多起存在故障和缺陷的开关柜案例。

以110kV农林站高压室10kV开关柜为例。在常规的预试工作中，试验人员对站内10kV开关柜局部放电情况做普测检测，使用便携式UltraTEV Plus+，运用TEV、AE等检测技术，经过幅值比较发现：AE检测正常，而TEV检测时500开关柜幅值最大，随着距离的延伸，附近TEV幅值逐渐减小，判定500开关柜为内部放电最大可能的局放源，测试情况如图3所示。

图3 普测TEV最大幅值横向比较

为进一步实现对缺陷的诊断及确认，继续使用移动式在线PDM 03对500开关柜进行复测分析，根据普测实际情况，设定合理的信号通道布置，情况如表1所示。通过连续性的在线监测和定位分析，最终确认500开关柜上部为实际局放源。

表1 在线监测信号通道布置情况

对在线监测的数据做诊断分析发现：通道②监测到的局放脉冲与系统总的脉冲趋势吻合，两条曲线基本重叠；连续的TEV幅值监测也发现基本在34-36dB之间。情况如图4所示，从而进一步判定500开关柜上部为实际局放源。

3 总结

通过多种检测方法和手段相结合的方式，开展站内10kV开关柜局部放电的诊断分析，能够更加真实地反映开关柜实际运行的真实情况，有效识别放电源的位置，从而为开关柜的故障检修提供更为坚实的依据，这对于保障电网的安全运行有着重要的现实意义。在实际工作中，根据开关柜的具体运行工况，采用基于TEV、AE、UHF的局部放电检测技术对其局部放电进行诊断和排查，对消除设备隐患，避免意外停电事故的发生，保障电网的安全运行有着重要的现实意义。