王禮

（重慶市電力公司城區(qū)供電局，重慶 400015）

1 研究概述

1.1 開關(guān)柜局部放電檢測的目的和意義

目前高壓開關(guān)柜內(nèi)故障檢測主要是在停電狀態(tài)下進行的，而實時在線檢測技術(shù)較少。由于種種原因高壓開關(guān)柜常常不能按照周期停電檢修，導(dǎo)致開關(guān)柜內(nèi)的部分設(shè)備長期出于失修、失控狀態(tài)，嚴(yán)重威脅供電安全。而且，在兩次停電檢修間隔，設(shè)備絕緣狀態(tài)處于不可知狀態(tài)，一旦出現(xiàn)故障，不能及時被發(fā)現(xiàn)。對于封閉式開關(guān)柜如一旦出事故，危害常比過去分立的敞開設(shè)備嚴(yán)重，修復(fù)時間也常要拉長，另外開關(guān)柜產(chǎn)品越來越來緊湊，導(dǎo)致絕緣裕度減小。

隨著電網(wǎng)發(fā)展和設(shè)備更新改造，變電站中使用封閉式設(shè)備越來越多。如中壓系統(tǒng)中大量使用的金屬鎧裝式開關(guān)柜、高壓系統(tǒng)中大量使用的封閉式組合電器。對于這些設(shè)備依靠以往的巡視、試驗和檢測技術(shù)，往往難以達到及時掌握設(shè)備缺陷的要求。運行巡視是建立在人的視覺、聽覺和嗅覺的感觀基礎(chǔ)上，對封閉式設(shè)備的效果不是很理想;傳統(tǒng)的試驗技術(shù)主要是依靠絕緣性能檢查，這種方法一方面對設(shè)備內(nèi)的固體絕緣件有累積損害效應(yīng)，另一方面設(shè)備必須停役從而造成設(shè)備可用率和用戶供電可靠性的下降;目前較為成熟的非接觸檢測方法，如紅外和紫外技術(shù)，對于變壓器、避雷器等敞開式設(shè)備的檢測效果非常好，但對于封閉式設(shè)備，因有外殼屏蔽，效果不甚理想。

因此，迫切需要對開關(guān)柜實行狀態(tài)檢修，對設(shè)備運行狀況進行實時和定時的在線監(jiān)測，根據(jù)設(shè)備的運行狀態(tài)和絕緣的劣化程度，確定檢修時問和措施，減少停電時間和事故的發(fā)生，提高電力系統(tǒng)運行的安全可靠性及自動化程度。高壓開關(guān)柜的絕緣故障主要表現(xiàn)為外絕緣對地閃絡(luò)擊穿，內(nèi)絕緣對地閃絡(luò)擊穿，相間絕緣閃絡(luò)擊穿，雷電過電壓閃絡(luò)擊穿，瓷瓶套管、電容套管閃絡(luò)、污閃、擊閃、擊穿、爆炸，提升桿閃絡(luò)，CT閃絡(luò)、擊穿、爆炸，瓷瓶斷裂等。各類絕緣缺陷發(fā)展到最終擊穿，釀成事故之前，往往先經(jīng)過局部放電階段，局部放電的強弱能夠及時反映絕緣狀態(tài)，因此通過在線監(jiān)測局部放電來判斷絕緣狀態(tài)為實現(xiàn)開關(guān)柜絕緣在線監(jiān)測及診斷的有效手段。

2 10kV配網(wǎng)設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)測及評估的必要性

高壓開關(guān)柜的設(shè)備故障包括由于長時間使用引起的絕緣缺陷，由于觸點的不良連接引起的放電的瞬間短路以及各個連接部分，過熱、電涌、電流故障等。

目前，對開關(guān)柜設(shè)備局部放電（PD）的檢測方法主要有脈沖電流法（ERA）、射頻法（RF）、超聲法、超高頻法（UHF）等。其中，暫態(tài)對地電壓（TEV）法作為一種帶電檢測技術(shù)，具有靈敏度高、抗干擾能力強等優(yōu)點，因此逐步在國內(nèi)變電站推廣使用。但由于變電站現(xiàn)場干擾源繁多、TEV檢測手段單一等因素，開關(guān)柜內(nèi)局部放電的判斷水平難以提高，限制了該技術(shù)在變電站現(xiàn)場深入應(yīng)用。為了進一步提高TEV技術(shù)的應(yīng)用效果，需解決現(xiàn)場干擾源甄別困難等問題。

隨著傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù)等的不斷發(fā)展，局部放電的檢測向著超高頻和超寬頻方向發(fā)展。局部放電超高頻檢測技術(shù)作為電氣設(shè)備局部放電檢測的一種新的手段和方法，越來越受到重視，在國內(nèi)外得到了較快發(fā)展，并在電力設(shè)備如GIS、同步電機、電纜、變壓器等的檢測中得了到初步的應(yīng)用。傳統(tǒng)的局部放電檢測方法，其檢測信號的頻率一般不超過1MHz，而且現(xiàn)場局部放電測試特別是在線檢測，常常會受到各種電磁干擾的影響。當(dāng)干擾信號與局部放電信號具有相同或者相似的特征時，被測信號往往被干擾所淹沒。而在高壓開關(guān)柜運行現(xiàn)場，變電站背景噪聲和空氣中電暈干擾其頻率通常小于400MHz。因此，在超高頻范圍內(nèi)（500-1500MHz）提取局部放電產(chǎn)生的超高頻信號，外界干擾信號少，因而檢測系統(tǒng)受外界干擾影響小，可以極大地提高中高壓開關(guān)柜局部放電檢測，特別是在線檢測的可靠性和靈敏度。

3 技術(shù)方法和路線

3.1 在人工氣候室內(nèi)模擬不同的空氣濕度，測量城區(qū)供電局提供的開關(guān)柜絕緣子上污穢的等值鹽密，將不同積污程度的開關(guān)柜絕緣子放置于人工氣候室內(nèi)進行局部放電實驗，建立TEV法、UHF法和ULTRAPROBE超聲法法檢測局部放電的試驗研究平臺，通過實驗的方法研究局部放電TEV信號、UHF信號的關(guān)系，為開關(guān)柜局部放電的TEV、UHF聯(lián)合檢測方法提供試驗依據(jù)。

3.2 采用TEV法和UHF法對城區(qū)供電局內(nèi)所有10kV開關(guān)柜內(nèi)局部放電進行檢測，測量局部放電的最大幅值和放電頻數(shù)，驗證TEV局部放電檢測儀的有效性及其與UHF法檢測信號的對應(yīng)關(guān)系，全面獲取開關(guān)柜內(nèi)絕緣件的絕緣狀態(tài)信息，建立10kv開關(guān)柜局部放電數(shù)據(jù)庫。

3.3 開關(guān)柜局部放電檢測實驗裝置

由實際應(yīng)用中的開關(guān)柜、無暈實驗變壓器、隔離變壓器、分壓器、控制臺以及相關(guān)的接線構(gòu)成的開關(guān)柜局部放電檢測裝置。

4 實驗步驟

4.1 給開關(guān)柜其中一相加壓，在示波器上TEV法和UHF法通道均能看到穩(wěn)定放電時停止加壓。

4.2 利用示波器單次觸發(fā)功能，記錄同一時刻TEV法和UHF法通道的波形并進行比較。

4.3 在開關(guān)柜外殼表面上選取固定的四個檢測點，TEV探頭和UHF天線分別置于這四個檢測點，記錄每個位置下的TEV波形和UHF信號波形各若干組。

4.4 調(diào)節(jié)示波器時間旋鈕，使得采樣的時間總長度為一個工頻周期20ms，采用TEV法和UHF法記錄缺陷模型在一個工頻周期內(nèi)的放電次數(shù)。

4.5 TEV探頭在某一固定位置時，改變施加的電壓，測得的各個電壓下模型的最大放電量，通過TEV法和UHF法通道波形分別讀出對應(yīng)TEV法和UHF法檢測的最大值。

4.6 在濕度分別為75%、80%、90%情況下重復(fù)上述（1）～（5）步記錄最終開關(guān)柜擊穿的所施加的電壓幅值以及最終所需的擊穿時間。

5 實驗數(shù)據(jù)分析及結(jié)論

5.1 超高頻法

試驗中UHF傳感器置于開關(guān)柜外部，試驗變壓器輸出的高壓引線經(jīng)引至柜體內(nèi)的高壓電極端，柜體可靠接地，試驗中變壓器輸出電壓均為9kv。示波器采用Tektronix DPO7104數(shù)字示波器，帶寬1GHz，最大采樣率20GS/s。

局部放電發(fā)生時，其信號的頻譜較寬，在同樣施加電壓為9kv的情況下，隨著濕度的增高，絕緣強度下降，放電更加劇烈，放電次數(shù)明顯增多。實驗結(jié)果表明：外部天線超高頻法能有效避開空氣中的干擾，檢測到開關(guān)柜內(nèi)部的局部放電信號；同時局部放電的情況受濕度的影響比較大，濕度越高，放電現(xiàn)象也更為劇烈，UHF信號的幅值也增大。

6 結(jié)語

經(jīng)過理論研究、實驗研究和現(xiàn)場調(diào)試、運行和結(jié)果分析，得出以下結(jié)論：

6.1 制定了10kv配網(wǎng)設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)測及評估實驗的方案和步驟，包括實驗前期準(zhǔn)備工作、實驗操作步驟、數(shù)據(jù)后期處理等方面的內(nèi)容，為開展10kv配網(wǎng)設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)測及評估實驗研究提供有利參考與指導(dǎo)作用。

6.2 采取UHF法，TEV法以及ULTRAPROBE超聲檢測法融為一體的檢測方法，分別運用UHF法，TEV法以及ULTRAPROBE超聲檢測法對局部放電的信號進行檢測，結(jié)果表明，這三種方法均能有效的檢測局部放電信號，并且三種方法的檢測結(jié)果比較吻合，趨于一致，提高了檢測的準(zhǔn)確性，成功提取TEV信號的特征量表征局部放電的嚴(yán)重程度。

6.3 三種檢測方法的有效結(jié)合，現(xiàn)場檢測開關(guān)柜內(nèi)局部放電，測量開關(guān)柜絕緣子附近的空氣濕度，全面獲取了開關(guān)柜內(nèi)絕緣件的絕緣狀態(tài)信息，同時得出柜內(nèi)空氣濕度是影響開關(guān)柜內(nèi)部放電的主要因素。

6.4 潮濕的柜內(nèi)空氣會引起柜內(nèi)部件表面的凝露，導(dǎo)致該部件的起始放電電壓和閃絡(luò)電壓顯著降低，放電明顯增強。針對濕度是影響開關(guān)柜內(nèi)部放電的主要因素，有針對性的開展設(shè)備及環(huán)境改造，提出設(shè)備運行環(huán)境的改造意見以及相應(yīng)的改進措施。

[1]陳玉國,余向杰.調(diào)容變壓器技術(shù)及其發(fā)展山東達馳電氣股份有限公司[J].電力設(shè)備，2006-06-15.