高压开关柜局部放电诊断定位技术研究与运用杨俊昌刘杨

高压开关柜局部放电诊断定位技术研究与运用杨俊昌刘杨

杨俊昌刘杨

河北省任丘市华北石油管理局有限公司电力分公司河北任丘062552

摘要：随着社会的发展，我国的科学技术的发展也有了很大的创新。高压开关柜的故障可分为：拒动故障、误动故障、绝缘故障、载流故障、开断与关合故障和外力或其他故障等。从故障对电网的影响程度看，绝缘和载流故障对电网的影响程度最为严重，占到高压开关柜所有故障的40%以上。并且绝缘和载流故障一旦发生，故障处理起来困难，处理时间长，最终会长时间影响对用户的供电。目前常采用停电例行试验和带电检测的手段来发现这些故障隐患。停电例行试验，一方面对设备内的固体绝缘有积累损害效应，另一方面设备必须停电，从而造成用户供电可靠性的下降。带电检测是在设备运行条件下进行的检测，能够反映设备的真实运行状况，及早发现设备隐患，并且不会影响对用户的供电。由于带电检测的优越性，近几年在电网中被广泛使用。高压开关柜的带电检测主要就是设备的局部放电检测。据统计，引起高压开关柜局部放电的主要因素包括：绝缘表面受潮和污秽、设备连接处的接触不良、导体或柜体有金属毛刺、设备内部有金属微粒、设备绝缘内部气隙放电等。

关键词：高压开关柜；局部放电诊断定位技术研究；运用

引言

随着电网的不断发展，用电负荷的不断增长，高压开关柜被大量应用于电力系统中，是用户供电的核心设备。然而，开关柜在长期运行时，受环境、强电场、热化学效应等影响，柜内设备绝缘处不断劣化，产生了局部放电现象。局部放电会进一步加快绝缘劣化速度，形成恶性循环，最后产生绝缘击穿现象，甚至引发开关柜爆炸，造成近区短路事故，降低了供电的可靠性，提高了运维成本。自开展状态检修工作以来，开关柜检修工作量大幅减少，设备可靠性明显提高。但是以周期性停电例行试验为基础的状态检修工作存在停电压力大、例行试验无法及时反映设备状态的变化趋势、缺陷检出率低等不足。随着不停电检测技术的发展和开关柜制造水平的成熟，国网公司于２０１６年开展了基于不停电检测的开关柜状态检修工作，实现了开关柜状态量的实时监测，大大提高了开关柜状态检修工作的有效性。

1缺陷检测与分析定位

1.1发现过程

2017年5月18日，试验人员对220kVXX变电站进行带电检测巡检时，在对站内35kV高压室内的开关柜进行超声波局部放电检测，在“35kV1号所变S31-1刀闸”隔离开关柜上方检测到明显的超声波局部放电信号，在隔离开关柜柜顶中间缝隙区域最强，超声周期最大值为13.0mV，频率成分1（50Hz）为0.3mV小于频率成分2（100Hz）为1.0mV，可知超声波相位图谱及波形图谱具有工频相关性，且相位图谱每个周期有两簇信号，成驼峰状，具有明显的聚集效应，波形图谱每个周期有两组脉冲波形，波形形状各不相同，且幅值不一，同时耳机中也具有放电特征声音，根据这些超声特征，依据Q/GDW11059.1—2013《超声波法局部放电带电检测技术现场应用导则》，综合判断35kV1号所变S31-1隔离开关柜内检测到超声波异常信号。对35kV开关柜进行暂态地电压局部放电检测，测试空气背景读数为13dB，金属背景读数为12dB，1号所变S31-1高压开关柜的信号最大，并且距离1号所变S31-1高压开关柜越远的开关柜检测数值越小。依据Q/GDW11060—2013《交流金属封闭开关设备暂态地电压局部放电带电测试技术现场应用导则》，若开关柜检测结果与环境背景值的差值大于20dBmV，须查明原因。对35kV1号所变S31-1高压开关柜进行特高频局部放电检测，检测数据及图谱。可知特高频PRPD/PRPS图谱具有的局部放电特征，PRPD/PRPS图谱显示在一个工频周期出现两簇局部放电信号，信号在工频周期内有很强的对称性，依据Q/GDW11059.2—2013《特高频法局部放电带电检测技术现场应用导则》，呈现明显的放电特征。

1.2定位分析

通过局部放电精确定位系统检测可以看到示波器的绿色、黄色和红色通道显示在一个工频周期内有两簇脉冲信号，呈现很均匀的特征，脉冲信号间隔时间基本相等，最大幅值约为1.22V，综合判断放电类型为金属性放电。

1.3局部放电定位分析

为了准确定位局部放电的位置，采用特高频局部放电平分面法和时差法进行定位。

2高压开关柜局部放电诊断分析方法

2.1干扰的排除

开关柜局部放电检测易受各种干扰，其干扰源主要有４种：①室外设备干扰信号，主要为室外马达、变电站场地设备或杆塔电晕信号、主变机械振动干扰等；②室内辅助设备干扰信号，主要为驱鼠器、照明闪烁、风机干扰等；③人员干扰，主要为人员手机信号、身体静电干扰等；④高压开关柜干扰信号，主要为柜体共振、多个局部放电故障互相干扰、超声局部放电故障对附近柜体超声波反射信号的干扰等。排除干扰首先要关闭室内外辅助设备，进行背景检测，通过暂态地电压（ＴＥＶ），超声，特高频信号方向、强度、幅值的变化趋势，辨别声音特征等来确定信号来源，必要时可采用具有定位功能的检测仪器进行精确定位。

2.2局部放电的检测定位

2.2.1局部放电检测

局部放电检测时应记录背景值、环境温度和湿度、开关柜的运行状态，必要时记录负荷，便于后期分析比对。ＴＥＶ检测位置应固定，便于跟踪对比。超声检测采用超声探头从柜体缝隙、观察窗等处进行检测。特高频信号应从玻璃观察窗等非金属封闭处检测。对于存在局部放电异常故障应进行跟踪监测，依据局部放电的严重程度和发展趋势安排跟踪周期。

2.2.2局部放电定性

开关柜局部放电类型主要有沿面放电、尖端放电、悬浮放电、内部放电等，各种放电的信号特征、产生机理和放电位置不同。沿面放电超声信号明显，放电位置集中于设备表面，主要为表面脏污受潮引起绝缘下降；尖端放电超声信号明显，多伴随有ＴＥＶ（暂态地电压）信号和特高频信号，特高频脉冲序列相位分布（ＰＲＰＳ）图谱极性效应明显，放电幅值较小且分散，主要为导电体表面毛刺棱角引起；悬浮放电特高频信号明显，多伴随有ＴＥＶ信号，ＰＲＰＳ图谱相位常具有一定对称性，放电幅值较大且较为稳定，主要由器件松动或异物引起；内部放电ＴＥＶ信号明显，多伴随有特高频信号，ＰＲＰＳ图谱放电幅值较分散，且放电次数少，由于放电位置为设备内部，超声信号衰减较大，超声检测不灵敏。

2.2.3局放定位

利用暂态地电压，超声波，特高频信号方向性、幅值变化趋势、图谱特征、声音特征、开关柜运行状态变化等进行初步定性定位，判断局部放电设备及相序，并通过观察窗查看相应部位及周边外观有无异常，必要时可增加红外测温、紫外成像等检测手段，对局部放电缺陷进行定位和类型定性。有条件时可采用局部放电定位仪进行精确定位，主要有２种方法：①ＴＥＶ定位法，运用２只ＴＥＶ传感器检测，通过时间差法和幅值来精确定位，信号先到达的传感器先被触发，表明该传感器离放电点的电气距离较近，且ＴＥＶ幅值较大。②特高频定位法，运用２只特高频传感器检测，采用时差法，当２个传感器同时触发时，放电点在垂直于两个检测点的平面上，实现精确定位。

结语

局部放电形成原因多种多样，且环境状态复杂，常伴随有干扰，检测理论与实际存在一定偏差，应对案例进行总结提炼，形成典型经验，以指导后续工作。表面放电是开关柜最常见的放电类型，其根本原因是配电室温度、湿度控制措施不够完善，部分设备维护不到位，开关柜内湿度长期较大，甚至产生凝露现象。故应重视配电室温度、湿度控制工作，必要时增加除湿装置，采用加热器贴柜壁安装方式，３５ｋＶ断路器舱室宜加装加热器，开关柜不宜采用全密封结构。对于设备内部放电，可以在实验室内将一次设备外壳、工作接地（指变压器中性点、避雷器尾端接地等）与参考柜体连接，模拟设备在开关柜内的真实运行情况。部分设备内部放电存在局部放电检测信号异常的现象，但停电试验数据正常，这是因为设备绝缘存在一定问题，但停电试验手段无法有针对性地有效检出。

参考文献

[1]张鑫,费旋,玄轲宇,崔悦,唐振威,张杰.基于TEV检测技术在开关柜局部放电诊断中的应用[J].农村电气化,2017(2):21-22.