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摘要:开关柜等电力设备内部产生的局部放电是反映设备绝缘缺陷的重要现象。变电站内35kV及以下开关柜是输配电系统的重要组成部分,其安全稳定运行直接影响供电的可靠性。变电检修、电气试验一般为周期性工作,可能不能及时发现设备存在的缺陷。电力设备局部放电检测技术可以及时发现设备存在的缺陷,保障电力系统平稳、高效运行。常用的局部放电带电检测方法有超声波法、特高频法、暂态地电压法、高频电流法等。
关键词:高压开关柜;局部放电;检测技术
引言
开关柜作为电力系统中的关键组件已广泛应用于输电配电网络,承担着开合、控制和保护用电设备的作用,其运行可靠性直接影响着电力系统供电质量及安全性能。局部放电作为一种潜在威胁,直接影响着开关设备和电力系统的稳定和绝缘安全。因此,对开关柜局部放电进行检测和定位是发现其内部早期绝缘缺陷的基础,可用于指导巡检人员对开关柜进行下一步操作、维护及检修。
1局部放电带电检测方法
1.1特高频检测
设备发生局部放电时的电流脉冲能在内部激励频率高达数千兆赫兹的电磁波,特高频检测技术利用这种电磁波信号来检测局部放电。检测开关柜时,常利用外置式传感器通过开关柜的金属缝隙或观察窗部位进行检测。特高频检测能有效避免现场300MHz以下的电晕干扰,具有较高的检测灵敏度和抗干扰能力。
1.2暂态地电压检测
电力设备内部发生局部放电时,放电脉冲激发的电磁波能在设备金属外壳上产生瞬时的对地电压,这些瞬时电压脉冲可由设备外表面安装的特制耦合电容传感器检测,从而判断设备内部绝缘状态。
2高压开关柜局部放电检测技术的应用
2.1基于自适应集合经验模态分解算法的局部放电信号降噪
高压开关柜是电网系统中非常重要的装置,它关乎着供电安全,在国家工业的正常运转和人们日常生活的正常推进中,扮演着十分重要的角色,因此保证其安全可靠运行是维系电力网络稳定的必然要求。评价开关设备状态的重要依据是局部放电测量的结果,开关柜的局部放电检测通常要结合暂态对地电压(transient earth voltages, TEV)检测法和超声波(acoustic emission, AE)检测法,这两种检测方法为开关柜局部放电检测提供了有力的技术支持。针对不同的检测物理量,开关柜局部放电检测方法可分为电检测法和非电检测法。目前,在开关柜内局部放电检测中,电检测方法应用比较多的有脉冲电流检测法、超高频电压检测法及TEV检测法。在开关柜中广泛采用的非电检测法主要有两种,即温度检测法和AE检测法。
2.2一次消谐器在中压气体绝缘开关柜中的应用
气体绝缘开关柜由断路器、隔离开关、接地开关、互感器、避雷器、母线、连接件和出线终端设备等组成,这些零部件全都隔离在接地的金属外壳中,在其内部充有一定压力的绝缘气体。相比较于传统空气绝缘开关柜,中压气体绝缘开关柜在高海拔地区具备下述特性和绝对优势。(1)柜体构造模块化、组合自如:使用模块设计,构造简化、组合灵敏。各功能单元密封于金属气室内。金属气室下部设置套管连接避雷器、电压互感器、电缆终端,金属气室顶部或侧部设置母线套管进行功能单元间的连接,并可方便地实现功能单元的两侧扩展。(2)小型化:使用了气体绝缘介质及界面绝缘的结构设计,通过高压导电器件在密闭的气室内合理布置,得以实现小型化。(3)全绝缘全屏蔽结构形式:维护简单,且因高压带电导体密封于充有SF6、N2、混合气体、干燥空气等绝缘气体的气室中,进出线均采用全绝缘全屏蔽电缆终端连接,故中压气体绝缘开关柜的最大优点是不受凝露、污秽、海拔高度、小动物等外界环境的影响,维护简单。中压气体绝缘开关柜选用的电磁式电压互感器根据绝缘水平不同可分为全绝缘电压互感器和半绝缘电压互感器。全绝缘电压互感器是指一次线圈与二次线圈及地间的主绝缘都是耐受100%工频测试电压设计的单相电压互感器,一次高压端为两个端子,故称为全绝缘型。半绝缘电压互感器是指一次绕组的一端直接接地的单相电压互感器,一次绕组接地端(N端)设计时靠近二次绕组,一次绕组与二次绕组及地间的主绝缘承受的电压很低,GB2084.3-2013《互感器第3部分:电磁式电压互感器的补充技术要求》规定其短时工频耐受电压仅有3kV,一次高压端为独立端子,故称为半绝缘型。为消除电网运行、切换操作及接地故障引起的电压互感器铁磁谐振,有效限制接地电流,保护电压互感器的绝缘安全不受侵害,通常会将一次消谐器串联于电压互感器一次线圈中性点与地之间。
2.3智能在线监测系统在开关柜中的应用
开关柜在进行使用的过程中,温度与放电情况与负载电压、电流以及环境的因素具有十分密切的联系。为了更好地进行开关柜的判断,通过智能在线监测系统对外在因素进行测量与判断,获得接口位置的电压、电流等的运行状态与参数,从而可以对开关柜的状态进行综合分析状况。比如,在每天同时间内的接触点温度的变化情况,一定时间段内的电流变化等进行详细了解。同时,在统一环境下的温度与开关柜状态之间具有较强关联性,可以利用电流情况对温度变化进行分析,判断其变化是否合理。开关柜在放电过程中其开关启动与闭合所存在较大的差别。因此,在电力系统放电过程中需要对开关的状态进行判断。同时,电力系统在放电的时候容易受到电压、电流大小以及环境湿度的影响。接触放电与温度的变化也存在十分密切的关系。因此,基于智能在线监测系统的开关柜的状态进行精确的分析与判断。当前,我国的开关柜在进行监测过程中使用最多的就是对温度进行测量,且没有针对开关柜的负载、环境等众多因素进行分析,对于电触头工作状态不能进行诊断。但是,采取智能在线监测系统在开关柜中的使用可以对温度、湿度、电压、电流等众多因素进行分析,对开关柜的状态进行整体了解,对电力系统的运行情况中可能存在的故障进行综合分析,将潜在的故障进行及时诊断,避免重大问题的产生,避免经济效益与社会效益的产生。开关柜的智能化发展是时代的趋势,智能在线监测系统可以对电力系统中开关柜的使用进行保护、控制与监视,也可以对运行过程中产生的数据进行自动分析,进而实现内部与外部信息之间的沟通,在最大程度上满足系统集成中的相关需求。
结语
总而言之,特高频局部放电检测较其他检测方法的检测灵敏度较高,可有效发现开关柜内部绝缘缺陷。现场检测环境复杂,在对开关柜检测时建议结合其他方法重点开展特高频检测,依据局部放电机理缺陷特征和设备结构,进行缺陷类型综合判断。必要时应立即停电检修,避免绝缘劣化引起突发故障。
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