开关柜局部放电带电检测定位技术的运用

2022-12-07国网陕西省电力有限公司榆林供电公司王梦琳韩怡琳

电力设备管理 2022年21期

国网陕西省电力有限公司榆林供电公司王梦琳韩怡琳

1 局部放电带电检测技术原理

1.1 局部放电暂态对地电压检测原理（TEV）

高压系统组件结构较复杂，在具体加工实施时所使用的介质多种多样，包含气体介质、固体介质，其中气体介质是SF6，固体介质是聚烯烃、硅橡胶、环氧树脂。在具体实施操作时固体介质的加工工艺会经过真空浇筑形成一体状态。理论上真空浇筑操作时不会出现气泡，但实际实施操作时受外界环境和工艺因素影响难免会出现气泡，会使局部场强增大，伴随还会出现局部放电。在这种放电不断蔓延和发展的情况下会引起绝缘损伤，导致绝缘失介电性能，最终酿成严重的事故。

局部放电在实施操作时会产生各种物理、化学现象，突出表现为电荷交换、电磁波、声波、发热、发光、物质分解等，在这个过程中会衍生出较多的测量局部放电方法。通过放电产生的电磁波会通过金属箱体接缝处或气体绝缘开关衬垫传播出去，由此会产生一个暂态电压，这些电压会通过设备的金属箱体外表面传递到地下，这些电压脉冲是暂态对地电压，被称作TEV。

开关柜局部放电带电检测技术会使用暂态对地电压的原理去检测开关设备局部放电状态，实现对设备的精准定位，通过电容耦合传感器，在被检测设备接地金属外壳上开展测量。在实施检测操作时在技术的支持下会测量出局部放电的数值，即由于局部放电引起的短暂性电气脉冲，之后通过瞬时电压脉冲的频数和幅值变化反映出每次局部放电活动的强弱，由此来精准判定出被检测设备的运行工况。在检测过程中，需依靠电容耦合探测器检测放电点发出的电磁波瞬时脉冲经过时间来确定设备放电点。在检测时检测装置先接收到哪个通道的触发信号，则说明哪只探测器距离放电点的电气距离较近。在检测操作中脉冲会按照光速实施传播，因此要求其能分辨出较小的时间差。

1.2 超声波信号检测原理

在开关柜等电气设备出现局部放电时，对应区域范围内的分子会出现剧烈碰撞，在出现碰撞后会出现一系列脉冲压力波。超声波就是一种脉冲压力波，一般超声波信号的运作频率在20kHz以上，在声电转换器的作用下能对设备内部的超声波信号予以提取，由此来判定出开关柜的放电情况。从实际应看，超声波信号检测具有电气干扰小、不受时空限制的检测特点，十分适合被应用在大容量电气局部放电检测中。开关柜局部放电检测系统牵扯到压电传感器、前置仪表放大设备、滤波电路、主放大电路、数字存储示波器。一次性局部放电产生的超声波信号频率在40kHz左右。

2 开关柜局部放电带电检测定位技术要点

2.1 开关柜局部放电带电检测的具体意义

当前开关柜被广泛应用到电力系统发电、配电、输电、电能转换等工作中，在整个电力企业发展过程中有十分重要的作用。然而在开关柜的检测工作中，开关柜局部放电检测工作都是在断电情况下进行的，在具体实施中对开关柜局部放电带电检测较少。在具体实施操作时，开关柜的预防性实验周期是六年，在这个期间范围内相关人员很难顺利落实开关柜的检测工作，在无法及时检验维修开关柜问题的情况下很容易使得开关柜出现运行故障。

不仅如此，开关柜一般会被安置在安装箱内部，工作人员无法在第一时间内发现电力设备的运行故障，无形中对电力系统的安全运行带来较大的安全隐患。通过对开关柜放电带实施检测能更为精准的了解和获得开关柜内部设备的放电变化情况，根据开关柜内部设备的放电情况来做好对应的防范措施，从而为电力系统的稳定运行提供重要支持。

2.2 测量点位置的选取及干扰排除

测量点位置的选取是开展开关柜局部放电带电检测的重要前提，在具体的检测工作中，检测点的选择要尽可能避开容易出现局部放电的部位，如连接处、穿墙套管、支撑绝缘件、开关刀闸、电缆接头等。干扰是影响开关柜局部放电带电检测点重要因素，为能提升开关柜局部放电带电检测工作的有效性，需相关人员采取积极的措施排除外界一切因素的干扰。当前，在开关柜局部放电带电检测定位工作中，无线电广播发射、电子管、荧光灯都是潜在的系统干扰源，为能排除外界因素的干扰，可直接关系一些可控制的干扰源，如室内荧光灯、排风扇；也可采取积极的措施躲避无线电以及其他电子设备的使用时间。

2.3 测试方法

开关柜局部放电带电检测所使用设备包含便携局部放电测试仪MiniTEV、局部放电定位仪PDLI两个类型。在具体实施操作的时候，现场测试人员会利用便携带电检测仪器设备来对变电站内所有的开关柜实施初步测量，如果测量结果出现了问题则说明设备中可能出现了局部放电，这个时候就需要相关人员使用定位仪来对放电点实施必要的定位分析，通过定位分析来找到放电源所在的位置，之后根据开关柜内存在的故障设备类型和设备出现故障的严重程度来采取对应的预防措施。

经过一系列的研究操作证明，开关柜TEV测量信号大小会和不同电压等级、不同测量位置存在关联，在确定检测位置之前要注重评估信号可能经过的路径，对设备的各个组成单元开展单独测量，将检测点确定在可能出现信号的位置。在实施操作的时候，为了能够全面的覆盖开关柜内部的设备，可选择开关柜正面中间、下部以及背面的上中小部位来作为重要检测点，在实施检测的时候要尽可能的靠近观察窗等局部放置信号以及容易出现泄漏的金属面板上。

变电站的周围可能会出现干扰信号，期间开关室内的辅助性设备如电子镇流器照明系统、半导体开关元件调压充电系统、载波通信设备等也会产生干扰信号。为此，在实施开关柜局部检测之前需要对室内背景信号进行测试，将测试结果作为基准评估阈值，借助这个阈值去排除和区分干扰信号。

3 开关柜局部放电带电检测定位技术的实际应用分析

对某供电公司110kV变电站内部运行的10kV开关柜开展局部放电检测，在实施检测的时候会使用到变电站的一个开关室，这个时候包含30面的开关柜。

3.1 开关柜局部放电带电检测定位技术的应用情况

该地区在2020年4月的时候引入了开关柜带电检测技术，相关人员对管辖区域范围内的10kV、35kV开关柜开展了大量的局放局部现场测试技术，在局部现场测试的基础上打造出了开关柜局部带电检测数据库。经过对开关柜局部带电检测数据库深入分析之后可发现，开关柜局部放电脉冲数值的变化幅度在30db以下，在这个期间，超过30db开关柜在各个变电站所占的比例不会超过10%，且设备上测试的信号除了个别的情况之外，信号和背景信号之间的差值会低于10db。.

在兴关变测试过程中出现了特殊的情况，站内局部放脉冲测试幅度超过了30db的开关柜数量达到了21.9%，最大幅度数值达到了36db。通过仔细的分析观察会发现，兴关变10kV开关柜测量脉冲频数在2400个到3600个之间，背景放电脉冲的频数超过了1500个，其他变电站的脉冲数量在50个以下。

3.2 测试规则和标准的制定

伴随开关柜局部带电工作的深入发展下，结合大量数据统计分析和国外经验判定发现，整个地区制定出满足实际需要的《开关柜局部放电测试导则》，在这个规范的支持下能帮助相关人员更好判定设备的运行情况。

3.3 通过开关柜局放检测成功避免的事故

案例一。在变电站常规巡查时发现35kV型为ZN90-40.5/1250多个开关柜出现了异常的声音，但很难判断发生故障的具体位置，也无法查明问题是否由放电引起。经过开关柜局放带电测试后发现整个35kV开关室背景分数贝较高，柜内穿板套管处达到最高的状态，由此将故障确定为柜内穿板套管内放电产生异常的声响。后来经过一系列的检查之后发现，开关柜内部绝缘支撑部分是因受潮所引起的放电，在对母线实施耐压检查后发现，耐压数值为30kV。

表1 开关柜局部放电检测周期和基本标准

案例二。使用开关柜局部放电带电检测某个10kV开关柜时发现，其分贝数值能够达到28db。临近开关柜仅为6db，故障定位置后初步判断这个柜内的电缆存在局放。在此基础上开展一系列的检测会发现，粗糙的工艺是导致电缆终端半导体失去了涂层，加上应力控制锥不均匀收缩，电缆终端很容易出现空穴放电的问题。

3.4 项目开展的效益

开关柜局部放电带电测试是国外新技术形式，公司一般会在冬季的时候对SF6气体实施补充，但是在温度不断降低的情况下，断路器中的SF6气体压力会接近报警压力，为此，在系统运作的时候需要对其补气处理。但是从实际操作上来看，补气的时候会出现以下几个情况：员工在很深的积雪中使用导管将气瓶和设备连接在一起，在设备连接在一起之后实施充气。这个时候积雪、空气会和其他杂质密切联系在一起，之后会和SF6气体一同进入到开关体的内部。

SF6气体本身是一个没有颜色、没有气味、没有毒害、不会燃烧、化学性质稳定的物质。但是SF6气体中包含比较多的水分，在200摄氏度以上的时候会出现水解的表现。

同时，断路器在分合闸操作的时候电弧瞬间能够达到的温度在5000摄氏度到10000摄氏度之间，在水解操作的时候，HF具有较强的腐蚀性，在遭遇水分的时候会出现H2S03这种具有腐蚀性的气体，这些气体的出现会严重腐蚀断路器本体内部的金属材质，与此同时还会伴随出现其他关联的有毒有害气体。SF6断路器在经过多年的运行之后，其本体内部会产生更多的有毒有害的物质。在这个期间，员工在对SF6断路器开展泄压检测的时候，一定需要采取积极的措施来防范出现人身伤亡事故。

在设备运作的过程当中，水分不仅仅会引起一系列的化学腐蚀，而且还会对断路器的绝缘产生危害。在这个期间，水分一般会以气态的形式和SF6的气体混合在一起。在环境温度降低到某一个温度时候，水分就会凝结成露水附加在断路器的内壁，这个时候绝缘表面在出现闪络之后就会诱发一系列的事故。

3.5 充气时对水分以及其他杂质的控制

在对断路器本体开展充气施工的时候会使用导管连接SF6气瓶，之后打开阀门来对SF6的气体进行控制，将导管内部的空气和水分清理干净，在导管内部充满SF6气体之后连接断路器的补气门对其实施补气操作，这个时候还可在SF6气瓶内部和断路器的补气之间安装吸附剂，目的是能够充分吸收SF6气体中的水分。在实施充气操作的时候要按照以上的步骤来打开阀门，使得导管内部充满SF6气体，这样操作的目的是防范空气中的水分进入到断路器的内部，由此来降低SF6气体纯度，最终保障SF6气体绝缘性能。