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摘要:随着现代巧网的不断发展,人们对电网运行的安全性和可靠性提出了更高的标准,局部放电检测作为一种有效的带电检测手段并且不会破坏设备本身,越来越受到人们的关注和青睐。本文介绍了局部放电的基本特点及常见的局部放电现象,分析了超声波局部放电检测原理,并实例分析了超声波检测案列。
关键词:局部放电;超声波;检测原理
0前言
由于电气设备的长期运行或者不正常运行,内部绝缘可能会发生某种劣化,在高电压和电场环境下,绝缘性能将逐步下降,严重时会导致局部放电,甚至发生绝缘击穿和损坏,一旦设备发生损坏,轻者对电力系统造成设备故障损失,重者造成人员事故甚至整个电网的崩溃,发生大面积停电,给社会带来巨大的经济损失,因此,电气设备的状态,尤其是绝缘状况,急需电力人员第一时间掌握。纵观国内外发生的多起GIS组合电气和巧关柜设备事故,其中因为内部局放而发生的重大事故屡见不鲜。前大家都认为,这类设备正常情况下可少维修甚至无需维修,但是在现场运行中却远远不是送样,如何及时、准确的发现局部放电隐患,是摆在电力工作者面前的重要难题。
1局部放电基本特点
当很小的范围内存在电场,场强集中,积累的微小放电会将绝缘介质慢慢劣化,久而久之,绝缘体会被击穿,导致故障逐步扩大。当局部放电发生后,在电气设备内部和外部均会不同程度的发生一些物理或者化学变化,例如发光、发热、异响等等,并以电磁波、气体或者声波等形式向外释放能量,而局放检测正式利用送些特殊的信息特点,采取各种不同的方式进行信息收集、分析,从而判断局部放电的。
2常见的局部放电现象
2.1局部放电概述
局部放电发生在微小的区域,并逐步使绝缘劣化,可能存在于设备内部,也可能在绝缘材料表面。不同的放电缺陷表现出不同的放电型,在现场GIS组合电器常见放电类型主要为:绝缘内部放电、颗粒放电、尖端放电、悬浮放电;在开关柜装置中常见放电类型主要为:内部放电、表面放电、尖端放电、悬浮放电。
2.2GIS局部放电
通常情况下,GIS组合电器的支撑绝缘子内部有气泡、颗粒或者杂物,绝缘材料表面有破损,部分零部件接触不良或者松动等都可能导致GIS设备部放电。1)悬浮放电:电器设备在运输或者运行中,零部件松动,接地不良,使得金属部件上产生了一个对地的悬浮电位,久而久之,形成局部放电,若得不到及时修复,将可能导致结缘损坏。特征为:(1)信号强,脉冲幅值稳定,脉冲间隔稳定,高频含量多;(2)间隙对称时,正负半波对称,间隙不对称,正负半波不对称;(3)放电脉冲主要集中在一、三象限。
2)自由金属颗粒放电:当自由颗粒或者杂物在组合电器内部时,受到地球引力和电场的共同影响,颗粒或杂物会在组合电器内部上下漂移,每次碰到壳体就会发出声波信号,当移动到盆式绝缘子附近时,表面绝缘会受到损坏而放电。特征为:(1)碰撞外壳产生的机械信号强,电信号较弱;(2)无固定相位特征,幅值不稳定;(3)通常电信号最大信号出现在电压峰值处。
3)绝缘内部气隙放电:当盆式绝缘子内部有气隙或者杂质时,可能引发绝缘内部气隙放电,这种缺陷常见于新设备投运中,设备在出厂时重点检查,尤其到了设备交接验收时更要严格把关,做好各种试验,防止带着此类缺陷。特征为:(1)脉冲幅值相对较小,幅值变化大,高频含量少,间隔变化大;(2)不规则气泡正负半波不对称;(3)放电脉冲集中在一、三象限。
4)尖端放电:GIS内部导体上如果存在毛刺,会使局部场强增加形成放电,气压和毛刺的尖锐程度对放电有影响。毛刺大于l-2mm就认为是有害的。通常以电晕放电的局部放电形式表现出来。特征为(1)放电脉冲次数多,信号最大值通常在电压峰值处;(2)正负半波严重不对称;(3)高频含量少。
2.3开关柜局部放电
在日常变电运行过程中,开关柜极易发生局部放电,原因有多种,如:导体尖端处的电晕放电,导体接触不良引起的悬浮放电,导体表面污垢引起的表面放电,设备工艺缺陷引起的内部空穴放电,真空断路器内局部放电,电缆接头处局部放电等等,严重影响着人员、设备以及电网的安全运行。
1)内部放电:如瓷瓶开裂、绝缘材料存在气泡等引起的绝缘介质内部放电,很容易发展形成绝缘击穿,对设备危害很大。2)表面放电:如开关柜内绝缘子积灰严重等,表面放电受环境湿度的影响很大。当场强分量达到一定值时,可能出现表面电晕放电。3)尖端放电:如高压导体突出毛刺等引起电气设备电场极不均匀的情况下,可能发生局部放电。4)悬浮放电:当设备金属零部件因松动或者接触不良等原因形成悬浮电位,时间久了,在部件上会发生悬浮放电。如套管内的均压装置异常等。
3超声波检测原理
3.1基本原理
当电气设备发生局部放电时,同时会产生一些物理特征,如振动,会W声波的形式向外传播,声波的频率范围从数赫兹到数兆赫兹,而人耳能听到的只有低于20赫兹的声波,其他无法听见,高于这一频率的声波只能通过超声波传感器采集,通过江超声波信号转化为电信号进行进一步分析,最终判断出电为设备局部放电的类型和程度。同时,在电力设备上安装多台超声传感器,根据电与声信号之间的时间差计算,就可W得出放点点与安置的传感器间的距离,从而实现局放定位。
3.2系统组成
GIS超声波局部放电检测系统由超声波传感器、数据采集单元和数据处理单元等组成。一般基于超声波仪器测量局放的频率为10K-100K,超声波局部放4电检测系统组成框图如图1。
图1超声波局部放电检测系统示意图
声波检测分为接触式和非接触式,接触式在实际工作中常于检测GIS和电缆终端等设备。非接触式超声检测设备,常用于检测高压开关柜设备,通常与TEV检测技术配合使用。
4现场实例分析
1)案列经过
某330kV变电站进行送电前的检查试验中,该供电公司检修试验班人员在对设备进行送电前的耐压试验,经过测试数据分析,结果为合格,随后对S设备进行了超声波局部放电检查测试,结果发现母线气室第14号测试位的声波峰值和有效值较大。最后解体气室进行检查,发现第14号测试位周围以及设备罐体靠底下部位置有较为明显的杂质堆积,从而及时发现并根除了隐患。
2)检测方法
在本次检测过程中,A点有效值与峰值分别为16.0mV、59.0mV,B点有效值与峰值分别为0.2mV、l.0mV,敲打壳体后,A点有效值增长为19.0mV,峰值增长为ll0.0mV,B点有效值增长为0.5mV,峰值增长为6mV,A、B两点的增幅较明显。
本次检测中,B点的数值在敲打后检测数值明显变大,说明该点附近有放电源,但是仔细查看整体组合电器本体,信号峰值的附近并无绝缘支撑件,并且距离最近的盘式绝缘子大约有0.9m远,从而推测罐体壁上可能有细微颗粒类物体存在。最后,该供电公司决定将可疑组合电器进行解体检查,解体气室后,工作人员在第14号测试位旁的手孔盖内和罐体内下部底侧都发现有杂质。
5结语
无论是GIS组合电气设备还是开关柜设备,其内部的局部放电均有着不同程度的特征表现,只有熟练掌握了各种局放缺陷的特性和局放检测仪器的原理,才能较好识别、判断局部放电缺陷,对于当前较为前沿的特高频、超声波和TEV检测H种技术,哪种技术手段都不是万能的,很多时候,需要综合采用多种检测方法,多角度分析,才能准确判断故障类型和故障位置。
参考文献
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