开关柜局部放电检测原理分析及应用闫立伟，杜 忠 （国网浙江余杭区供电公司，浙江 杭州 311100） 摘要：首先分析了TEV检测和超声波检测基本原理，对两种技术进行了分析对比。针对在实际检测中发现的问题，进行了深入分析，提出了具体解决措施和可操作的方案，为开关柜局部放电检测在实际中的应用及检测出的问题处理，提供了可借鉴的经验。 关键词：开关柜，局部放电检测，处理措施 金属铠装式开关柜占地面积小、安装使用及维护方便，目前在35 kV及以下电压等级中被广泛采用。金属铠装式开关柜内部由于受到制造工艺水平的限制，往往存在着小间隙，特别是母排与套管之间，由于母排与套管接触不良或屏蔽线脱落等原因，导致电位不等情况发生，直接发生放电，这种局部放电会严重的影响开关柜绝缘寿命。长期局部放电积累会加速绝缘损坏，最终导致绝缘击穿，造成事故[1]。 目前，由于供电可靠性和优质服务的压力，不可能在较短时间内对每台设备均停电进行预防性试验。带电检测技术成功解决了这一难题，可以在开关柜不停电的情况下，对开关柜进行局部放电检测。现有的开关柜局部放电检测方法主要有暂态对地电压(Transient Earth Voltage，TEV)法和超声波法等。 本文首先阐述了基于暂态对地电压和超声波法的开关柜局部放电检测技术，然后在实际工作中，运用两种方法对开关柜进行了实际检测，针对部分存在缺陷的开关柜进行了分析和处理。 1 两种不同原理技术分析比较1.1 TEV检测原理 当开关柜的对地绝缘部分发生局部放电时，高压带电导体对接地金属壳之间就有少量电容性放电电量，这种电容性放电电量的特点是电量很小，持续时间很短。由于放电点在开关柜内部，电磁波产生的电压脉冲在金属外壳内表面上传播，被金属外壳所屏蔽。如果屏蔽层是连续的，则无法在外部检测到放电信号。实际上，屏蔽层通常在金属箱体的接缝处、气体绝缘开关的衬垫、垫圈连接处、电缆绝缘终端等部位因破损而导致不连续。当电压脉冲通过这些不连续处时，将通过这些通道传播出去，然后沿着金属壳外表面传到大地。同时在开关柜的金属箱体上产生一个暂态对地电压，可以在运行中的开关柜金属外箱壳上放置电容耦合式传感器来检测这个信号。 TEV局部放电检测技术采用“dB”来表示放电的强度。该技术主要用于比较性测量，较为直观，可用在比较某特定一组设备中各个设备的运行情况，从而完成对各个设备健康状态的排序，确定检修的先后顺序；可以对单个设备在时间上进行跟踪测量，找出其放电活动的变化，了解该设备健康状态的恶化情况，及时安排检修。因此，TEV局部放电检测技术为开关柜的状态检修奠定了基础[1]。 1.2 超声波检测原理 超声波检测系统由声电转换、前置放大、模数转换和信号处理显示4个基本部分组成，电气设备发生局部放电的过程中，产生的超声波是一种机械振动波。当发生局部放电时，放电区域的分子间将产生剧烈的撞击，这种撞击在宏观上表现为一种压力。由于局部放电是一连串的脉冲，所以由此产生的压力波也是脉冲形式。它含有各种频率分量且频带很宽，范围为10～107Hz，其中频率超过20×104Hz的即为超声波。超声波从金属箱体的内表面通过开关柜体之间的连接处传播出去，同时产生一个暂态对地电压。通过声电转换将信号放大，并进行定量测试，最后经模数转化功能模块将测试数据显示到仪器上。在超声检测系统中，应用最广的声电转换及增益的传感器是以压电陶瓷为材料的传感器，它利用压电陶瓷的正压电效应，在局部放电产生的机械压力波作用下，使之发生形变以产生交变电场，从而将声信号转换为电信号。在传感器选择中，工作频带和灵敏度是2个最重要的指标。虽然局部放电及其产生的声波信号具有一定的随机性，但它检测频率分布范围变化不大，因此需要一个频带较大，不会使信号混叠，且传感器的几何尺寸必须小于声波波长的增益传感器[2]。 1.3 综合分析 相对于超声波法而言，TEV技术是开关柜局放测试 方法的一大突破，但是在实际工程应用中，真正起到缺陷检出作用的却是超声波方式。这是因为TEV对于设备内部放电缺陷的测试仍然有不够成熟之处，尤其对于微弱放电和存在现场干扰的情况，TEV测试技术虽然可以通过连续监测的方法适当弥补，但是由于其测试范围、灵敏程度的局限和环境电磁波干扰的频繁，仍然无法确保避免误判。当设备内部放电缺陷发展到一定程度时，TEV能够确保检出，但是对于部分强电磁场干扰的环境，确无可避免的会有一定的误判几率。 综上所述，TEV和超声波作为探测开关柜放电的方法，有着较大的差异。对于设备表面放电和电晕放电的情形，通常可以采取超声波测量法。对于设备内部放电，通常可以采取TEV法测量。在实际现场测量中，针对不同的放电目标和放电形式，以及不同的现场测试工作要求，应当充分结合各自特性，灵活采用两种测试方法。 2 实际检测分析及问题处理2014年，某公司对所辖变电站所有开关柜设备进行了检测。在检测过程中，发现1座110 kV变电站内35 kV开关柜1面、2座35 kV变电站内35 kV开关柜各1面存在问题。 2.1 110 kV #1变电站 在对110 kV #1变电站35 kV #1进线开关柜进行检测时发现，开关柜背面中下部超声波异常，最大25 dB。 停电检修后发现，A相绝缘套管（柜内上部）内均压弹片移位而且接触不好，造成母排与绝缘套管之间存在电位差，导致放电现象发生。将均压弹片进行修复处理后，母排与绝缘套管之间等电位，缺陷消除。 2.2 35 kV #2变电站 在对35 kV #2变电站35 kV II段母线压变柜进行检测时发现，35 kV II段母线压变柜正面中部超声波异常，最大17 dB。且在柜背后观察窗能明显看到A相母排有火花放电。 停电检修后发现，35 kV II段母线压变A相动触头与绝缘挡板存在间隙，造成A相动触头与绝缘挡板之间存在电位差，导致放电现象发生。将A相动触头重新包绝缘热缩后，缺陷消除。 2.3 35 kV #3变电站 在对35 kV #3变电站35 kV #2进线开关柜进行检测时发现，35 kV #2进线开关柜背面中部超声波异常，最大16 dB。 35 kV #2进线开关柜投运已有15年，受制于当时的工艺和制造水平，在母排与绝缘套管之间没有屏蔽线，造成母排与绝缘套管之间存在电位差，导致放电现象发生。经联系厂家，现在生产的套管均已带屏蔽线，可彻底解决此问题。35 kV其他开关柜设备为同批次设备，为避免以后此类问题再次发生，对所有35 kV开关柜套管进行了更换。 3 结束语开关柜是变电站内最重要的设备之一，线路开关柜故障将直接导致用户停电，而频繁对开关柜进行停电检修和预防性试验是不现实的。本文分析对比了TEV检测和超声波检测基本原理，在实际带电局部放电检测工作中采用了两种技术，对检测结果进行对比分析。针对检测出的问题，提出了切实可行的解决方案，为以后处理类似缺陷故障提供了可借鉴的经验。 参考文献： [1] 徐焰. 开关柜局部放电暂态对地电压检测技术[J]. 供用电, 2011(2)：28. [2] 王培义, 朱伯涛. 开关柜局部放电超声波在线检测技术的应用[J]. 河北电力技术, 2010(12):29-30. （责任编辑：张峰亮） 中图分类号：TN811+.5 文献标志码：B 文章编号：1003-0867(2015)08-0019-02 |
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