应用带电检测技术对开关柜早期缺陷的诊断

2017-03-31蒋超伟陆颖杰唐亚前

宁夏电力 2017年6期

蒋超伟，苏　淼，陆颖杰，唐亚前

（国网宁夏电力公司检修公司，宁夏　银川，750011）

电力系统常见高压开关柜电压等级有10 kV和35 kV，在电网安全稳定运行中具有非常重要的作用，但因为运行环境等因素，开关柜常容易出现绝缘受潮、老化以及绝缘材料中存在气泡、杂质等情况，使得绝缘故障成为开关柜运行缺陷的主要原因之一[1-2]，而且针对高压开关柜的例行停电检修周期普遍较长，无法较早地发现开关柜的潜伏性缺陷，对电网造成较大的安全隐患；因此，当开关柜在巡检的过程中发现异常信号，测试人员采用暂态地电压、特高频及超声波等方法对开关柜进行带电检测，并通过局放定位技术确定其局放类型和局放源，对开关柜早期缺陷的消除提出了有效的预防措施。

1　异常诊断分析和需要解决的问题

1.1　异常诊断分析

2016年6月18日，电气检测专业对某750 kV变电站35 kV开关柜开展专项带电检测工作，检测过程中发现303开关柜内超声波、特高频信号异常。

该开关柜在运行期间，运行人员日常巡视未发现异常情况，在专项带电检测工作中发现异常信号，初步判断外部存在较强的干扰信号或者内部可能存在早期潜伏性放电缺陷。

在检测过程中，测试人员分别单独采用了暂态地电压局部放电检测法、超声波局部放电检测法、特高频局部放电检测法，并用幅值比较法和时差定位法对放电信号源进行定位。

暂态地电压局部放电检测法可通过电容耦合式传感器检测该信号，并将测试结果用相对读数的大小来表征局部放电活动的严重程度，通过该方法对开关柜的金属表面进行检测，但由于暂态地电压信号频率低、衰减慢，存在抗干扰能力不强、定位技术复杂且精度低等问题，—般只用作普测与跟踪［3］，难以发现开关柜异常状况。

通过特高频局部放电检测法在开关柜的玻璃观察窗或者非金属控制开关上检测特高频局放信号，此方法灵敏度较高，抗干扰能力较强，但受被测设备密封结构影响较大，开关柜完全密封的情况下很难实现检测［4］，且由于测量带宽一般高于电晕放电的400 MHz，对开关柜内的电晕放电不敏感，且无法准确判断放电严重程度。

采用超声波局部放电检测法在开关柜缝隙和柜体表面检测超声波局放信号，由于超声波实质上是一种机械振动波，异于电信号，因此基本不受电信号的干扰，但其灵敏度不高，且易受外界机械振动的影响［5］，难以确定异常信号是来自内部还是外部机械振动干扰。

采用幅值定位法对开关柜进行初步放电源位置定位，暂态地电压和超声波的测试方法主要使用幅值比较法来进行初步定位。

当设备外部存在干扰放电源时，也会在不同位置产生强度类似的信号，难以有效定位，同时也难以区分设备内部或外部的放电［6］。

采用时差定位法对开关柜放电源进行精确定位，但是由于时差定位的传感器只能放置在玻璃观察窗或者非金属控制开关上，对准确定位还是存在一定的偏差。

1.2　需要解决的问题

（1）判断异常信号是干扰信号还是来自柜内放电信号；

（2）判断异常放电信号的放电类型；

（3）判断异常放电信号的严重程度。

由于局部放电是一个复杂的化学物理过程，并且检测环境复杂，开关柜处于电磁干扰和噪声干扰的环境中，单一的带电检测方法及定位技术无法判断放电位置及严重程度，急需一种新的检测方法来解决问题。

2　声电联合综合检测定位技术

针对3种局部放电检测方法和2种定位技术的优点和不足，本文提出了声电联合综合检测定位技术。

2016年6月，电气检测专业对某750 kV变电站35 kV开关柜开展专项带电检测工作，检测过程中发现303开关柜内超声波、特高频信号异常。该小室内共有KYN61A-40.5铠装移开式金属封闭开关柜两面，开关柜分布如图1所示。

图1　小室内开关柜分布

2.1　暂态地电压检测结果

暂态地电压检测位置包括前上、前中、前下、后上、后中、后下、以及侧上、侧中、侧下9个点记录测量值，具体测试结果如表1所示。

表1　开关柜暂态地电压检测结果

当前环境金属背景噪声为12 dB，空气背景噪声为3 dB。通过表1看出，小室内两组开关柜暂态地电压数据在8～12 dB范围内波动，与背景值比较均未超过20 dB，暂态地电压测试值正常［7］。

2.2　超声波检测结果

用非接触式超声传感器对两面开关柜的缝隙及开孔处进行检测，最终检测到303开关柜超声波信号幅值异常，在连续模式下，如图2所示，303开关柜处超声信号有效值和峰值与背景值相比明显偏大，100 Hz相关性明显，50 Hz相关性较弱，频率成分2（100 Hz）大于频率成分1（50 Hz）。从图3可以看出，超声波检测相位模式下，一个周期出现两簇较集中信号，且信号集中在一、三相限，通过连续模式和相位模式的综合判断放电类型符合悬浮放电的特征［8］。

图2　超声波检测幅值图谱

图3　超声波检测相位图谱

2.3　特高频测试结果

对小室内的开关柜均进行特高频测试，发现303开关柜存在疑似放电信号，从图4可以看出，一个工频周期内出现两簇明显脉冲信号，且信号集中在第一、三象限，具有较强的工频相关性，说明存在疑似悬浮放电信号［8］。

图4　特高频PRPD-PRPS图谱

2.4　局放源定位及停电检查

2.4.1局放类型分析

采用PDS-G1500对放电信号进行采集，如图5所示，从图中可以看出示波器10 ms波形图一个工频周期（20 ms）内稳定出现2根脉冲信号，偶尔有幅值较小的脉冲信号出现，综合判断为悬浮电位放电类型，其幅值最大为1.06 V，幅值较大［9］。

图5　10 ms示波器波形

2.4.2局放信号定位分析

先采取双传感器模式确定局放是发生在柜体内部还是外部，将2个传感器分别布置于地面和开关柜后下面板距离地面20 cm处非金属控制开关上，后柜传感器放置的方法同样，示波器显示的波形如图6所示，可看出放置于非金属控制开关上的传感器1存在局放脉冲信号，传感器2未见局放信号，说明该放电源来自于开关柜内部。

图6　10 ms双传感器波形

确定放电源位于开关柜内部后，使用时差定位法不断对疑似存在放电源的位置进行精确定位，并分别从柜体横向、垂直方向、深度方向3个方向上进行定位，最终确定位置在开关柜下部柜体中上部，深度在柜体中间偏向柜前4.5 cm左右位置，结合开关柜结构判断放电源可能位于穿柜套管、小车开关动静触头、避雷器附近。

2.4.3停电检查

将303开关柜停电后，根据示波器对放电源的精确定位，对303开关柜外加电压并用紫外测试的方法查找放电位置。

在运行电压下，对穿柜套管、母线连接排、避雷器等部位进行紫外测试，均未发现放电现象，降压后手动摇开开关柜内静触头处绝缘挡板，再次加压用紫外检测发现A相下部静触头与套管内壁之间存在放电，B、C相在紫外的高增益情况下也存在略微放电，具体放电情况见图7，验证了带电检测方法和定位技术的准确性。

图7　303开关柜套管放电情况

降压后，打开绝缘隔板检查发现套管的上下静触头都存在不同程度的脏污现象，放电原因为静触头套管积存的悬浮颗粒对静触头导电芯进行放电。采用棉纱蘸酒精，对套管内部、断路器小车触头、避雷器、母线连接排等进行了清理，处理后，再次用紫外成像检查放电，放电情况消失。

2.4.4送电后复测情况

送电后，对35 kV高压室内303开关柜进行暂态地电压、超声波复测。暂态地电压测试数值如表2所示。金属噪声背景17 dB，测试数据在14～16 dB范围内波动，暂态地电压幅值未超过20 dB，与背景值接近。超声波连续检测模式下检测图谱中显示信号幅值未见异常，频率成分1[50Hz]及频率成分2[100Hz]信号未见异常，综合判断303开关柜局放超声检测正常。

表2　开关柜暂态地电压检测结果

3　效果评价

（1）本次开关柜带电检测普测，暂态地电压检测没有发现异常信号，特高频局部放电检测及超声波局部放电检测法均检测到异常信号，说明带电检测技术具有早期预见性，开关柜带电检测能够在设备正常运行的情况下检测其绝缘状况，及时发现早期缺陷，避免重大事故发生。

（2）采用单一带电检测技术不能作为开关柜是否存在放电信号的判断依据，也无法判断放电严重程度，故而采用具有放电源带电检测的声电联合定位功能的技术，快速准确地确定放电类型、严重类型及放电源的故障部位。此方法能够弥补常规检测方法定位上的不足，极大方便了故障点和干扰源的查找，避免反复停电检修，提高检修效率。

（3）采用声电联合的带电检测技术对开关柜现场检测实施方便快捷，可持续跟踪监测，对于早期的放电缺陷可进行跟踪监测，观察缺陷的发展情况，提出合理的消缺安排，确保电力用户用电的时效性。

（4）在确定开关柜的早期缺陷对设备的安全稳定运行造成了威胁，放电源类型和位置的确定为针对性停电检修提供技术支持，并且借助开关柜带电检测，可以避免盲目停电检修，从而提高设备的检修效率及质量。