10kV高壓開(kāi)關(guān)柜是向用戶(hù)供電的最直接的設(shè)備，其運(yùn)行可靠性直接關(guān)系到供電質(zhì)量和供電可靠程度。但在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中，高壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)的金屬件、絕緣件等由于制造中潛伏的缺陷或者運(yùn)行中產(chǎn)生的缺陷，會(huì)產(chǎn)生局部放電。實(shí)踐表明，局部放電是導(dǎo)致設(shè)備絕緣劣化，發(fā)生絕緣故障的主要原因，且近年來(lái)的許多突發(fā)事故多是由局部放電所致。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，約40%開(kāi)關(guān)柜故障因絕緣和載流缺陷引起，其中因絕緣部分閃絡(luò)和插頭接觸不良占了絕大部分。因此，對(duì)開(kāi)關(guān)柜運(yùn)行狀態(tài)的有效檢測(cè)及對(duì)故障的準(zhǔn)確判斷是保證開(kāi)關(guān)柜安全可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。

目前，對(duì)開(kāi)關(guān)柜局放的測(cè)試方法主要有脈沖電流法、暫態(tài)對(duì)地電壓法（TEV）、射頻法、超聲波法、超高頻法等，本文通過(guò)對(duì)廣州電網(wǎng)110kV玉樹(shù)變電站開(kāi)關(guān)柜缺陷案例的分析，綜合應(yīng)用超聲波檢測(cè)、超高頻檢測(cè)、TEV檢測(cè)、TEV局放定位等測(cè)試手段，對(duì)開(kāi)關(guān)柜局放進(jìn)行故障綜合診斷，實(shí)現(xiàn)了局放類(lèi)型識(shí)別及局放源定位，提高了開(kāi)關(guān)柜狀態(tài)巡檢、可疑故障點(diǎn)跟蹤、故障診斷及故障點(diǎn)定位等能力，全方位地促進(jìn)了開(kāi)關(guān)柜的狀態(tài)檢修工作，為開(kāi)關(guān)柜局放帶電測(cè)試提供了良好的理論指導(dǎo)依據(jù)。

開(kāi)關(guān)柜局放檢測(cè)原理

本次110kV玉樹(shù)變電站開(kāi)關(guān)柜采用基于TEV、超聲波、超高頻手段綜合檢測(cè)。

1 TEV局放測(cè)試原理

局部放電所產(chǎn)生的電磁波在柜體（接地屏蔽）的內(nèi)表面激發(fā)脈沖電流，由于柜體屏蔽層通常在絕緣部位、墊圈連接處、電纜絕緣終端等部位出現(xiàn)縫隙而導(dǎo)致不連續(xù)。

根據(jù)電磁屏蔽的基本原理，脈沖電流從開(kāi)口處傳到外表面而不越過(guò)窄縫隙到達(dá)開(kāi)口的另一端，因此脈沖電流最終會(huì)從開(kāi)口、接頭、蓋板等的縫隙處傳出，然后沿著金屬柜體外表面?zhèn)鞯酱蟮兀纬梢粋€(gè)暫態(tài)對(duì)地電壓（Transient Earth Voltages，TEV）。目前TEV法檢測(cè)設(shè)備大都采用電容性探測(cè)器來(lái)檢測(cè)放電脈沖，基本原理如圖1所示

圖1 TEV的產(chǎn)生及檢測(cè)示意圖

2 TEV局放定位原理

如圖2所示，通過(guò)2只電容耦合探測(cè)器檢測(cè)放電點(diǎn)發(fā)出的電磁波瞬間脈沖所經(jīng)過(guò)的時(shí)間差來(lái)確定放電活動(dòng)的位置。其基本原理是采用比較電磁脈沖分別到達(dá)每只探測(cè)器所需要的時(shí)間。系統(tǒng)指示哪個(gè)通道先被觸發(fā)，進(jìn)而表明哪只探測(cè)器離放電點(diǎn)的電氣距離較近。

脈沖是以光速或接近光速進(jìn)行傳播的，所以必須能夠分辨很小的時(shí)間差，通常為μs級(jí)。采用比較電磁脈沖抵達(dá)不同探測(cè)器的時(shí)間差異來(lái)確定放電點(diǎn)的方法在本質(zhì)上優(yōu)于采用比較信號(hào)強(qiáng)度來(lái)確定放電點(diǎn)的方法，因?yàn)殡姶挪ǖ亩啻畏瓷淇赡茉斐煞禍y(cè)量結(jié)果不正常。

圖2 TEV定位方法的基本原理

3 超聲波局放測(cè)試原理

局部放電發(fā)生后，由于電場(chǎng)力的作用或壓力的作用，放電部位的氣體會(huì)發(fā)生膨脹和收縮的過(guò)程，這個(gè)過(guò)程將會(huì)引起局部體積變化。這種體積的變化，在外部產(chǎn)生疏密波，即產(chǎn)生聲波。超聲波局放測(cè)試技術(shù)是指用儀器探測(cè)、記錄、分析聲發(fā)射信號(hào)和利用聲發(fā)射信號(hào)推斷聲發(fā)射源的技術(shù)，基本原理如圖1所示。

聲發(fā)射源發(fā)出的彈性波，經(jīng)介質(zhì)傳播到達(dá)被檢物體表面，引起表面的機(jī)械振動(dòng)；經(jīng)聲發(fā)射傳感器將表面的瞬態(tài)位移轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；在經(jīng)放大、處理后，形成其特性參數(shù)，并被記錄與顯示；最后經(jīng)數(shù)據(jù)的解釋評(píng)定出聲發(fā)射源的特性。

圖3 聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)的基本原理

4 超高頻局放測(cè)試原理

當(dāng)開(kāi)關(guān)柜絕緣結(jié)構(gòu)中發(fā)生局部放電時(shí)，沿放電通道將會(huì)有過(guò)程極短的脈沖電流產(chǎn)生，并激發(fā)瞬態(tài)電磁波輻射,超高頻檢測(cè)技術(shù)通過(guò)傳感器接收局部放電過(guò)程中輻射的超高頻電磁波，從而實(shí)現(xiàn)局部放電的檢測(cè)。

110kV玉樹(shù)站開(kāi)關(guān)柜局放綜合診斷與分析

110kV玉樹(shù)站高壓室內(nèi)有缺陷開(kāi)關(guān)柜布局如圖4。該高壓室共有19面開(kāi)關(guān)柜，在開(kāi)關(guān)柜局放帶電測(cè)試巡檢過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)有部分開(kāi)關(guān)柜存在TEV信號(hào)強(qiáng)度與相鄰開(kāi)關(guān)柜有明顯差異，且伴隨有超聲信號(hào)。

圖4 玉樹(shù)站#1高壓室布局示意圖

1 超聲波測(cè)試結(jié)果及分析

使用超聲波手段對(duì)高壓室內(nèi)所有開(kāi)關(guān)柜進(jìn)行超聲波信號(hào)普測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表1：

表1 超聲波檢測(cè)結(jié)果

對(duì)比前后兩次檢測(cè)結(jié)果可看出，該高壓室開(kāi)關(guān)柜后面板上部發(fā)現(xiàn)有放電現(xiàn)象且放電現(xiàn)象有加劇的趨勢(shì)。

2 TEV測(cè)試結(jié)果及分析

使用TEV手段對(duì)高壓室內(nèi)所有高壓開(kāi)關(guān)柜進(jìn)行TEV信號(hào)普測(cè)，記錄局部放電幅值（dB）和2S內(nèi)的脈沖數(shù)。其環(huán)境背景測(cè)量結(jié)果如下表2所示，TEV測(cè)試結(jié)果如下圖5所示。

表2 TEV測(cè)量環(huán)境背景值

從背景環(huán)境的測(cè)量情況來(lái)看，金屬制品上的TEV測(cè)量值明顯高于空氣中的測(cè)量值， 平均在30dB以上，初步判定其高TEV信號(hào)幅值是由開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部局放所引起的。

圖5 TEV測(cè)量結(jié)果數(shù)據(jù)圖

從以上TEV測(cè)量結(jié)果數(shù)據(jù)圖中可以看出，TEV測(cè)試值普遍較高，尤其是F1、F4、F8、F10、51AC等開(kāi)關(guān)柜TEV幅值平均在50dB以上。結(jié)合超聲波測(cè)試結(jié)果，可以推測(cè)開(kāi)關(guān)柜內(nèi)存在外絕緣局部放電現(xiàn)象，且局部放電幅值較高。

3 超高頻測(cè)試結(jié)果及分析

用超高頻手段對(duì)開(kāi)關(guān)柜進(jìn)行局放測(cè)試，診斷結(jié)果為浮動(dòng)電極放電，其放電特征圖譜如下圖6所示。

圖6 超高頻局放測(cè)試特征圖譜

4 TEV定位結(jié)果及分析

對(duì)#1高壓室開(kāi)關(guān)柜進(jìn)行局部放電定位，傳感器布置情況如圖7所示：

圖7 傳感器布置示意圖

在經(jīng)過(guò)24小時(shí)的在線監(jiān)測(cè)后，各傳感器記錄的數(shù)據(jù)如圖8所示：

圖8 測(cè)試結(jié)果數(shù)據(jù)圖

從測(cè)試數(shù)據(jù)中可知，第一排開(kāi)關(guān)柜除通道2外（其測(cè)試結(jié)果<0.05），第二排開(kāi)關(guān)柜除通道11外（其測(cè)試結(jié)果<0.05），其它通道都存在有局放源，其中通道1、2、11、12為天線。

圖9 通道脈沖數(shù)和天線脈沖數(shù)曲線圖

圖10 通道脈沖數(shù)和8個(gè)傳感器脈沖數(shù)曲線

從圖9、10中可以發(fā)現(xiàn)四個(gè)天線的通道脈沖總數(shù)要比所有通道脈沖總數(shù)要小，八個(gè)傳感器的通道脈沖總數(shù)與所有通道脈沖總數(shù)基本一致，除#8傳感器外其他傳感器均接受到較高的TEV脈沖信號(hào)。由此可推斷，各傳感器附近都存在不同程度的局放現(xiàn)象，且信號(hào)均來(lái)自開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部。

解體檢查結(jié)果、分析及處理

根據(jù)以上超聲波、超高頻、TEV綜合測(cè)試結(jié)果判斷110kV 玉樹(shù)站#1高壓室開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部存在局放現(xiàn)象，并對(duì)其開(kāi)關(guān)柜和母線橋進(jìn)行開(kāi)柜檢修。

1 解體結(jié)果及分析

部分穿柜套管與母線鋁制夾件存在明顯的放電痕跡，如圖11 所示。其中51PT柜的母線夾件尤其明顯，如圖12所示。放電的原因分析為：鋁制夾件一端與母線之間存在微小間隙，若夾件表面存在表面光滑度存在瑕疵，很容易在夾件局部形成較強(qiáng)的懸浮電位，進(jìn)而形成局部放電，造成鋁制夾件表面與空氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期累積，遂留下了放電的痕跡。

圖11 鋁制夾件上的放電痕跡

圖12 51PT柜鋁制夾件放電痕跡

母線表面熱縮套有較多的微小破損，如圖13所示，微小破損約0.5cm2，會(huì)引起局部電場(chǎng)不均勻，進(jìn)而引起局放。

圖13 母線熱縮套破損

部分穿柜套管積塵嚴(yán)重，且呈現(xiàn)不均分部特性，如圖14所示。積塵懷疑與開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部部分元件接觸不良而導(dǎo)致的發(fā)熱有關(guān)，發(fā)熱導(dǎo)致氣流沿固定方向流動(dòng)，在內(nèi)側(cè)遇金屬柜體降溫后其中灰塵積于內(nèi)側(cè)。

圖14 穿柜套管積塵現(xiàn)象

2 處理后的局放測(cè)試結(jié)果及分析

在玉樹(shù)站#1高壓室開(kāi)關(guān)柜檢修并處理缺陷運(yùn)行約40天后高壓室進(jìn)行局放復(fù)測(cè)，測(cè)試結(jié)果表明#1高壓室的全部開(kāi)關(guān)柜目前無(wú)明顯局放現(xiàn)象，設(shè)備目前處于良好的運(yùn)行狀態(tài)；對(duì)#1高壓室的檢修工作效果明顯，消除了局放源，避免了設(shè)備因局放而出現(xiàn)的故障。

結(jié)論

1、通過(guò)超聲波、TEV及超高頻等各種技術(shù)手段的綜合檢測(cè)，準(zhǔn)確判斷了110kV玉樹(shù)站#1高壓室發(fā)現(xiàn)的局放現(xiàn)象，并對(duì)局放信號(hào)源進(jìn)行了定位，后經(jīng)解體檢查，驗(yàn)證了測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性及有效性。缺陷處理后局放信號(hào)消除，有效避免了因局放而發(fā)生的事故。

2、超聲波、對(duì)地暫態(tài)電壓（TEV）、超高頻檢測(cè)法都適用于開(kāi)關(guān)柜局放檢測(cè)，三者綜合診斷明顯提高了對(duì)開(kāi)關(guān)柜狀態(tài)巡檢、可疑故障點(diǎn)跟蹤、故障診斷及定位的能力，全方位地促進(jìn)了開(kāi)關(guān)柜的狀態(tài)檢修工作，為開(kāi)關(guān)柜局放帶電測(cè)試提供了良好的理論指導(dǎo)依據(jù)。

本文編自《電氣技術(shù)》，標(biāo)題為“110kV玉樹(shù)站高壓開(kāi)關(guān)柜局部放電綜合診斷與分析”，作者為楊柳、張顯聰 等。