金 亮

(國網(wǎng)上海市電力公司市北供電公司，上海 200072)

隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大以及對供電可靠性要求的不斷提高，高壓開關(guān)柜被越來越多地應(yīng)用到變電站建設(shè)中。開關(guān)柜全封閉的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，導(dǎo)致其故障難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)，極大地影響了高壓開關(guān)柜運(yùn)行的可靠性。傳統(tǒng)的開關(guān)柜檢修主要采取計(jì)劃檢修和例行性檢修相結(jié)合的方式，無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷，隨著檢測手段的不斷更新，國家電網(wǎng)公司在運(yùn)維中逐步應(yīng)用狀態(tài)檢修策略進(jìn)行開關(guān)柜維護(hù)。

開關(guān)柜的狀態(tài)檢修[1-3]內(nèi)容包括紅外檢測、鐵心接地電流檢測、紫外檢測、局部放電(以下簡稱局放)檢測、油色譜檢測等項(xiàng)目，在這些項(xiàng)目中局放是最常用的一種故障檢測手段。局放檢測主要包括暫態(tài)地電壓檢測、特高頻檢測、超聲波檢測以及高頻電流檢測等檢測方法，每種檢測方法都有其優(yōu)點(diǎn)及其局限性,檢修人員在工作中難以判斷何種方法更適合現(xiàn)場需求。通過對現(xiàn)階段開關(guān)柜局放檢測中常見的檢測及定位方法進(jìn)行分析，應(yīng)用實(shí)例說明常見局放檢測手段在開關(guān)柜局放測試中的使用方法和注意事項(xiàng)，為局放檢測方法的選取提供參考。

1 局放檢測的必要性

開關(guān)柜中設(shè)備的放電損壞過程可以分為未擊穿狀態(tài)、間歇擊穿狀態(tài)和完全擊穿狀態(tài)三個(gè)階段，局放過程涵蓋未擊穿和間歇擊穿兩個(gè)狀態(tài)。其中，未擊穿狀態(tài)主要有輝光放電、電暈放電、刷狀放電等形式，在這個(gè)狀態(tài)下設(shè)備雖然發(fā)生了一定程度的放電現(xiàn)象，但其總體絕緣仍保持在較高水平，此時(shí)及時(shí)消除放電源可以避免設(shè)備進(jìn)一步損壞。間歇擊穿狀態(tài)主要指火花放電，在該狀態(tài)下設(shè)備絕緣水平已經(jīng)發(fā)生了劣化，無法繼續(xù)使用，此時(shí)及時(shí)消除放電源并更換絕緣損壞的設(shè)備可以防止事故進(jìn)一步擴(kuò)大。完全擊穿狀態(tài)主要指電弧放電狀態(tài)，在這個(gè)狀態(tài)下設(shè)備已經(jīng)被嚴(yán)重?fù)p壞，由于電弧放電屬于嚴(yán)重放電，因此發(fā)展至該階段的開關(guān)柜存在隨時(shí)爆炸的危險(xiǎn)。通過對開關(guān)柜放電過程的分析可以知道，在開關(guān)柜中設(shè)備發(fā)生局放時(shí)對其放電情況進(jìn)行檢測和處理能有效避免設(shè)備的進(jìn)一步損壞。

2 局放測試可行性及與放電量關(guān)系研究

2.1 開關(guān)柜局放測試可行性研究

開關(guān)柜在運(yùn)行中由于產(chǎn)品質(zhì)量以及運(yùn)行環(huán)境等原因會(huì)導(dǎo)致某些部位的絕緣劣化。當(dāng)開關(guān)柜中的電場發(fā)生畸變時(shí)，這些部位會(huì)因?yàn)榻^緣無法滿足要求而發(fā)生局部放電現(xiàn)象。局放發(fā)生的過程中會(huì)有聲、光、電等方面的變化，并會(huì)隨之產(chǎn)生一定的電磁波以及機(jī)械波，因此只需對產(chǎn)生的機(jī)械波、電磁波、聲、光、電等信息進(jìn)行檢測，即可對開關(guān)柜局放的位置以及嚴(yán)重程度等信息進(jìn)行判斷，從而為設(shè)備的狀態(tài)檢修提供依據(jù)。

2.2 局放數(shù)值與放電量關(guān)系研究

現(xiàn)有局放檢測手段測試出的局放值與實(shí)際放電量并沒有嚴(yán)格的定量關(guān)系，僅為定性描述。在實(shí)際運(yùn)行中，通常采取基于比較法的方式進(jìn)行局放水平分析。

變電站正常運(yùn)行時(shí)，開關(guān)室內(nèi)的局放數(shù)值通常在20 dB以內(nèi)，如果局放數(shù)值在20～50 dB，則說明存在局放過大的可能性。但是由于有些局放過大的情況是由于開關(guān)柜所帶負(fù)載過大造成的，因此對于此種情況需要進(jìn)行密切關(guān)注，通常的做法是發(fā)現(xiàn)該問題后加強(qiáng)定期檢測。如果局放數(shù)據(jù)超過50 dB，則基本可以認(rèn)定該開關(guān)室內(nèi)存在放電，需要采用局放定位方法對局放具體位置進(jìn)行定位及檢修處理。

3 局放測試方法及現(xiàn)場測試

常見的開關(guān)柜局放測試方法包括特高頻測試、超聲波測試、暫態(tài)地電壓測試、高頻電流測試等，其中暫態(tài)地電壓、超聲波、特高頻是在變電站運(yùn)維中經(jīng)常使用的局放水平測試方法。在局放位置定位中最常使用的測試方法為超聲波定位法、特高頻定位法，在測試中采用哪種方法需要根據(jù)現(xiàn)場情況而定。下面以某35 kV開關(guān)站為例，介紹局放檢測及定位的詳細(xì)過程。

3.1 背景局放測試

局放測試時(shí)，為了對局放水平進(jìn)行評估，需要對開關(guān)室內(nèi)的空氣以及金屬局放水平進(jìn)行檢測。對空氣進(jìn)行局放水平測試的方法為在開關(guān)室內(nèi)懸空放置一塊金屬板，把局放測試儀的探頭垂直緊貼金屬板進(jìn)行測量，經(jīng)測試本開關(guān)站內(nèi)的空氣局放水平值為39 dB。對金屬局放的測試方法為選定開關(guān)室內(nèi)某接地的金屬物(例如：金屬窗、金屬門、斷路器轉(zhuǎn)運(yùn)手車)，將局放測試儀的探頭垂直緊貼接地金屬物的表面進(jìn)行測量，經(jīng)測量本開關(guān)室內(nèi)的金屬局放水平值為53 dB。由于開關(guān)室內(nèi)各處的局放水平可能有差異，建議對多個(gè)點(diǎn)進(jìn)行空氣局放及金屬局放的測量，之后對多個(gè)測量結(jié)果取平均值得到最終測試結(jié)果。由測量結(jié)果可知，本開關(guān)室內(nèi)的局放背景值偏高，初步確定有放電情況。

3.2 暫態(tài)地電壓檢測

暫態(tài)地電壓測試[4]是開關(guān)柜局放測試中最常使用的測試方法，其目的在于對開關(guān)室內(nèi)各開關(guān)柜的局放水平進(jìn)行測量，通過對比確定放電點(diǎn)的大體位置。其原理在于開關(guān)柜中發(fā)生局部放電時(shí)，開關(guān)柜的表面上會(huì)產(chǎn)生在金屬中傳播的高頻電流波，在開關(guān)柜的金屬接縫處該電流波以電磁波的形式輻射出來，通過對該電磁波的強(qiáng)度進(jìn)行測量即可得到局放水平。

本開關(guān)站中共有各種開關(guān)柜14臺，檢測時(shí)空氣溫度為22℃，空氣濕度為61%，天氣晴。這14臺開關(guān)柜在開關(guān)室內(nèi)分兩列布置，故其中4臺位于端部的開關(guān)柜需要對前中、前下、后上、后中、后下、側(cè)上、側(cè)中、側(cè)下8個(gè)位置進(jìn)行測量，其他位于中間位置的開關(guān)柜不需要對側(cè)面進(jìn)行測量。由于暫態(tài)地電壓的特殊性，因此在測試點(diǎn)的選取時(shí)需要靠近開關(guān)柜的接縫處進(jìn)行測量，測試結(jié)果如表1所示。

由表1中的測試數(shù)據(jù)可以看出，位于一段母線上的開關(guān)柜局放值明顯高于位于二段上的開關(guān)柜的局放值，繼83開關(guān)柜的局放值明顯高于其他位于一段母線上的開關(guān)柜的局放值，因此可以初步判斷放電點(diǎn)位于繼83開關(guān)柜附近。

3.3 超聲波檢測

由于超聲波在開關(guān)柜中的傳播距離較近，只有在放電點(diǎn)附近才可以檢測到超聲波信號，故可以利用這一特點(diǎn)對放電的開關(guān)柜進(jìn)行復(fù)測，進(jìn)一步確定發(fā)生放電的開關(guān)柜的位置。通過對繼83開關(guān)柜及周邊的開關(guān)柜進(jìn)行檢測發(fā)現(xiàn)該開關(guān)柜處超聲信號中既有50 Hz的信號，又有100 Hz的信號，具有很強(qiáng)的周期性特點(diǎn)，排除了顆粒放電的可能性。其局放有效值為8.5 mV，周期最大值為31.6 mV，明顯高于其兩側(cè)的開關(guān)柜，結(jié)合暫態(tài)地電壓的測試結(jié)果基本可以確定該開關(guān)柜為放電開關(guān)柜。此外，為了提高超聲波檢測的準(zhǔn)確性，在采用接觸式超聲波傳感器緊貼開關(guān)柜檢測時(shí)必須在開關(guān)柜表面涂抹電力硅脂。開關(guān)柜超聲波檢測圖如圖1所示。

表1 開關(guān)柜局放值測定 dB

圖1 開關(guān)柜超聲波檢測圖

3.4 特高頻檢測及定位

由開關(guān)柜的暫態(tài)地電壓和超聲波測試結(jié)果，基本可以認(rèn)定放電點(diǎn)位于繼83開關(guān)柜內(nèi)，為了對其精確位置進(jìn)行檢測，需要采用特高頻檢測法。特高頻[5-6]信號的特點(diǎn)是可以穿過金屬板傳播，檢測時(shí)通常采用兩個(gè)特高頻傳感器，距離放電點(diǎn)近的傳感器會(huì)首先接收到放電信號。不斷對兩個(gè)傳感器的位置進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)放電信號到達(dá)兩個(gè)傳感器的時(shí)間相同時(shí)，說明放電點(diǎn)即位于兩個(gè)傳感器的中線上，通過此原理測試出開關(guān)柜的放電點(diǎn)位于開關(guān)柜的避雷器艙內(nèi)。開關(guān)柜特高頻檢測圖如圖2所示。

圖2 特高頻檢測圖

4 消缺處理及復(fù)測

為了消除該放電缺陷的影響，對繼83開關(guān)柜內(nèi)進(jìn)行了停電消缺處理，解體后可以看出B相避雷器引線對絕緣擋板產(chǎn)生了放電。初步分析放電原因?yàn)樵摫芾灼饕蜷L時(shí)間運(yùn)行發(fā)生了劣化，絕緣層表面的灰塵進(jìn)一步降低了絕緣強(qiáng)度，最終造成了放電事故的發(fā)生。放電點(diǎn)現(xiàn)場圖如圖3所示。對該避雷器進(jìn)行更換后，各開關(guān)柜復(fù)測結(jié)果均恢復(fù)到20 dB以下，局放處理完畢。

圖3 放電點(diǎn)現(xiàn)場圖

5 結(jié)語

本文首先對開關(guān)柜設(shè)備的放電損壞過程進(jìn)行了分析，論證了開關(guān)柜局放檢測對于防止設(shè)備進(jìn)一步損壞的重要性。對開關(guān)柜局放發(fā)生時(shí)的現(xiàn)象進(jìn)行分析，說明了開關(guān)柜局放檢測的可行性。對開關(guān)柜常見的局放檢測及定位方法進(jìn)行了分析，并通過一個(gè)案例介紹了局放常見檢測及定位方法的使用過程及注意事項(xiàng)，為檢修人員進(jìn)行局放檢測方法的選取提供了參考。這對供電企業(yè)中開關(guān)柜局放檢測及狀態(tài)檢修的開展具有一定的參考作用。