局放检测技术在高压开关柜绝缘缺陷诊断与定位中的应用

2021-04-14林灏凡

通信电源技术 2021年22期

关键词：开关柜超声波绝缘

林灏凡

（深圳供电局有限公司，广东深圳 518000）

0 引言

高压开关柜具有重要的应用价值，若是出现故障问题则会导致生产装置停止工作，甚至会造成严重的财产损失，引发火灾等。基于此，要落实更加科学有效的装置管理方案，降低电气绝缘故障几率，实现综合管理的目标。

1 局放检测

1.1 局部放电机理

在电气设备管理工作中，局部放电是较为常见的故障问题，会对应用安全性造成严重的影响，甚至会制约其应用效能，使得设备常规化控制受限。局部放电是电气设备导体间的绝缘情况受损而出现桥接状态下的电气放电，使导体之间失去贯穿电压。局部放电会发生在导体附近，也会出现在导体以外的位置。值得一提的是，高压场强的长期作用会使电气设备内部绝缘体电场强度出现局部区域击穿的现象，此时局部区域就会伴有严重的放电问题。此外，电气设备局部放电问题也会集中在绝缘效果较为薄弱的区域。例如，电气设备制造或设备实时安装使用过程中，绝缘区域会因生产工艺差异和操作差异产生不同程度的问题，尤其是气泡、杂质或损伤等区域设备绝缘内部的电场强度就会高出平均场强，而周围区域会维持正常的绝缘效果，这就造成了局部放电问题。

1.2 检测技术

对于设备而言，局部放电是造成设备绝缘老化、绝缘失效的根本原因，因此要采用更加科学合理的检测技术，从而保证隐患设备能提前退出运行状态，提升设备应用管理效果，满足应用需求。

1.2.1 特高频检测技术

利用特高频传感器对频段电磁波信号予以实时性检测分析，保证局部放电检测的合理性和规范性。特高频检测技术的优势在于具备较高的灵敏度，优化低频电晕抗干扰能力，保证局部放电缺陷检测以及定位等工作内容切实有效，同时还能及时完成故障类型的识别管理。但是特高频检测技术还存在一定的局限性，受电磁波衰减特性的作用，对金属屏蔽设备的检测效果受到影响，利用观察窗或设备缝隙完成检测后无法进行量化分析。

1.2.2 高频电流检测技术

在实际检测过程中，将罗氏线圈传感器连接在电气设备接地线位置，配置耦合接地线的电流信号完成局部放电情况的检测分析。高频电流检测技术一般是应用在接地引下线电气设备处理方面，在高压开关柜检测中要连接电缆接地引下线才能完成相关工作。高频电流检测技术的优势在于检测的灵敏性较好且抗干扰效果较好，能对高压开关柜内微弱放电现象予以检测分析。但是，这种处理机制最大的弊端就是定位准确性受限。

1.2.3 超声波检测技术

借助超声波传感器完成信号的采集和处理，然后配合相应的分析工作更好地了解其运行状态，结合传感器和差异化检测方式保障检测效果最优。

接触式超声检测技术要求将传感器紧贴电力设备金属表面并且能有效获取信号，以便分析超声波信号传递的振动现象。而空气传播式超声检测技术利用局部放电产生的超声波振动现象作为评估依据完成分析。一般而言，开关柜超声波检测利用的是空气传播式超声检测，能大大提升检测流程的抗干扰性，并且实现放电信号的准确定位管理。但是，这种处理方式需要沿着开关柜的缝隙落实具体的检测工作，这就使得检测范围受限。此外，超声波自身的衰减特性也会对检测的准确性产生影响[1]。

2 高压开关柜绝缘缺陷诊断与定位中应用局放检测技术方案

以某石化企业220 kV变电站35 kV开关柜局部放电检测项目为例，依据现场实际情况和安全控制等综合因素，配合使用高频电流技术和超声波检测技术等。

2.1 检测结果

借助特高频检测技术完成日常巡检，巡检结果显示A11断路器间隔存在局部放电信号，获取的检测图谱如图1所示。

图1 特高频检测图谱

由图1可知，在工频相位正、负半周出现了放电信号，并且对应的幅值数量变化较大，其对称性较为明显。与此同时，两簇信号的相位距离较近。在此基础上，利用超声波检测技术和高频电流检测技术对A11断路器间隔予以评估。由获取的数值可知，聚集反应非常明显，并且在图谱（见图2）中显示出工频相关性，二次验证A11断路器间隔存在局部放电问题[2]。

图2 高频相位分辩的局部放电图谱

2.2 类型评估

对高压开关柜进行全面分析后了解到，局部放电信号主要分为悬浮放电、气隙放电、沿面放电以及尖端放电等情况。其中悬浮放电存在工频相位正、负半周出现的情况，对称性较为明显，信号的幅值较大且对应放电信号的时间间隔也能维持一致性。尽管放电信号次数较少，但是重复性较高。对比本次获取的信号参数可知，其属于悬浮放电信号。通过评估放电类型，构建更加科学合理的处理机制，从而提升信号检测效果并提高处理决策的科学性。

2.3 放电位置定位

借助高频电流技术对局部放电信号的相间性予以综合评估，从而了解相应情况。将高频传感器的红色线路、绿色线路以及黄色线路均卡接在对应A相电缆终端接地线、B相电缆终端接地线、C相电缆终端接地线位置。结合定位图谱分析可知，红色传感器波形的起始位置和绿色传感器、黄色传感器波形位置存在偏差，证明A相电缆终端接地线存在异常信号。电缆终端头屏蔽层接地线处于悬空状态，此时没有使用有效性接地处理模式，形成了悬浮电位，造成放电问题。操作人员进行悬空接地线重新连接处理，配合特高频检测技术有效检测后了解到局放信号的特征尽管有所减弱，但是却依旧存在。基于此，技术人员认定A11断路器间隔还存在其他局部放电信号源。

操作人员重新配置相应工序，将特高频传感器黄色线连接A相盆子位置、红色线连接B相盆子位置、绿色线连接C相盆子位置。依据图谱定位信息，红色波形起始位置会沿着超前黄色和绿色波形起始位置变动，此时3个传感器之间的距离一致，证明B相红色传感器位置存在问题。基于此，确定局部放电相位后就能高度定位管理。

在分析过程中，发现绿色传感器放置在B相母管的下方绝缘盆子位置，而对应的红色传感器放置在B相下方地面，对应传感器之间的距离约为1.5 m。借助示波器进行分析后可知，红色传感器波形起始位置要沿着绿色传感器波形波沿发生变动。局部放电源与红色传感器的距离计算公式为：

式中，L表示红色传感器和绿色传感器之间的距离，Δt表示两个传感器检测时域信号波头之间的时间差，C表示电磁波的传播速度（3×108m/s）。通过计算，第二处局部放电信号源位于红色传感器上方0.42 m[3]。

2.4 原因分析

在发现故障位置后，对其产生的原因予以分析。虽然存在受潮的痕迹，但是依据以往设备检修记录数据和测试经验评估，绝缘件在受潮后会先出现表面局放问题且伴有较为突出的超声波局放分析特征，而此次前期检测中发现没有较为明显的超声波局放异常问题且套管表面完好没有脏污，因此认定是内部气隙加速造成绝缘老化而产生的局放问题。加之可能穿柜套管制造中环氧树脂结构存在气泡，也会影响其应用效能和质量。

2.5 维护机制

在全面分析具体问题后，结合实际情况构建相应的维护处理机制，制定完整的控制方案，保证实时性维护管理的整体效果。结合检测结果制定相关方案，秉持实时性、精细化设计原则，确保方案中相关内容都能落实到位，提升综合分析控制的规范水平，确保设备维护效果最优化。

若是局部信号较为严重，就要进行设备的停电检查或实时性零件更换处理，避免对后续应用造成影响。通过采用科学合理的控制模式，保证维护管理工作都能顺利落实，减少安全隐患因素的留存，提高整体设备应用质量[4]。若是局部信号较小，则要结合实际情况制定复检计划。一般是在设备应用的第一季度或半年后进行巡检复查，从而了解其实际运行情况，匹配完整的信息分析模式，最大程度上提高维护效果。需要注意的是，若是复检信号变化不大，则需要对设备进行持续地跟踪复查。若是复检信号的变化参数较大，则直接进行设备的停电检查或更换元件，避免隐患问题的留存[5]。