高压开关柜局部放电检测技术研究王萃飞

高压开关柜局部放电检测技术研究王萃飞

王萃飞

浙江八达电子仪表有限公司时通电气分公司浙江省金华市321000

摘要：高压开关柜是电力系统中的重要设备,但在实际应用中由于各种因素的影响,常常会发生局部放电的现象。如果不能及时发现这种现象,就会对电力系统的正常运行带来严重威胁。从当前高压开关柜局部放电检测技术的应用情况来看,主要采用TEV局部放电检测技术和超声波局部放电检测技术进行检测。为了提升检测技术的应用水平,对这一课题的探究十分必要。

关键词：高压开关柜；局部放电；检测技术

1高压开关柜局部放电概述

在电力系统中，高压开关柜主要作用于控制保护系统输配电。为了确保高压开关柜的安全有序运行，通常会采用交流金属封闭开关。即便如此，在实际应用中高压开关柜依旧会引发局部放电现象。而引发这一现象的主要原因在于，相关绝缘结构部位出现故障问题。因而，存在的故障问题的绝缘部位会失效，通过持续不间断的放电倘若无法及时解决这一问题，则会造成内部主绝缘被电流击穿，进一步使得电力系统难以安全有序运行。高压开关柜局部放电现象通常可划分为内部放电、表面放电两种，其中前者主要涵盖光、热、电磁波、化学气体等现象，后者主要涵盖光、声、热等现象。

2高压开关柜局部放电检测技术应用

2.1特高频法

局部放电产生的特高频信号频带分布在300MHz~3GHz,由于开关柜为金属封闭,因此特高频信号只能从柜子缝隙或观察孔传出,将非接触外置式特高频传感器置于柜体孔隙处,便可能检测到局部放电特高频信号,特高频法具有抗干扰能力强、缺陷类型可识别、定位准确等特点。

2.2背景局放测试

局放测试时,为了对局放水平进行评估,需要对开关室内的空气以及金属局放水平进行检测。对空气进行局放水平测试的方法为在开关室内悬空放置一块金属板,把局放测试仪的探头垂直紧贴金属板进行测量,经测试本开关站内的空气局放水平值为39dB。对金属局放的测试方法为选定开关室内某接地的金属物(例如:金属窗、金属门、断路器转运手车),将局放测试仪的探头垂直紧贴接地金属物的表面进行测量,经测量本开关室内的金属局放水平值为53dB。由于开关室内各处的局放水平可能有差异,建议对多个点进行空气局放及金属局放的测量,之后对多个测量结果取平均值得到最终测试结果。由测量结果可知,本开关室内的局放背景值偏高,初步确定有放电情况。

2.3脉冲电流局部放电检测技术

脉冲电流局部放电检测技术是当前得到普遍使用的检测方法。它主要利用平衡和直接两种方法对检测回路中的脉冲电流进行测试。在局部放电过程中,高压开关柜的电压和电流都会发生相应变化。脉冲电流检测技术可以检测这一变化,计算局部放电的具体放电量,从而精准评估高压开关柜的放电水平。脉冲电流检测技术主要利用小于10MHz的高频线圈采集局部放电信号,由于频率较低,因此检测成本也相对较低,且能够有效解决背景噪音的干扰。但是,脉冲电流检测技术也具有一定的局限性,即无法屏蔽电磁波的干扰。因此,实际应用中需要对环境进行针对性选择。

2.4超声波法

局部放电区域内分子间的相互强烈作用,产生超声波信号,利用非接触式超声波传感器,在柜体缝隙处检测开关柜局部放电超声信号,其检测频率为40kHz。由于超声波在开关柜内部传播过程存在折反射,其定位精度也同样受到限制。

研究表明,暂态地电压局部放电检测方法对尖端放电、绝缘气隙放电比较敏感,检测效果较好,而对沿面放电的检测效果不佳;因此,在开展开关柜局部放电检测时,单一的检测方法往往具有一定的局限性,难以准确捕捉开关柜内的局部放电信号,所以,现场检测时应将特高频法、暂态地电压法和超声波法等结合使用,以提高开关柜局部放电检测的准确性与及时性,达到状态检修的目的。

2.5消缺处理及复测

为了消除该放电缺陷的影响,对继83开关柜内进行了停电消缺处理,解体后可以看出B相避雷器引线对绝缘挡板产生了放电。初步分析放电原因为该避雷器因长时间运行发生了劣化,绝缘层表面的灰尘进一步降低了绝缘强度,最终造成了放电事故的发生。放电点现场图如图1所示。对该避雷器进行更换后,各开关柜复测结果均恢复到20dB以下,局放处理完毕。

2.6TEV局部放电检测技术

高压开关柜在发生局部放电情况时会产生电磁波,这种现象主要体现在内部放电的情况下。电磁波在内部传播过程中,一般检测技术下,检测信号会遭到屏蔽,很难对局部放电现象进行准确检测。大量研究发现,如果能够将信号屏蔽层的位置进行转移或者对电磁波进行干扰,就能够降低电磁波对检测信号的屏蔽作用。另外,如果能够加大电压和电流,提高电磁信号的频率,就有可能使检测信号接收电磁波获得检测数据。TEV局部放电检测技术正是利用这一原理,在应用时将绝缘部分、垫圈连接处或电缆绝缘终端等部位作为检测信号传播的介质,然后对泄露的电磁波进行感应,检测出内部局部放电的实际情况。

3典型案例分析

某日,电气试验班在某110kV变电站开展带电检测时,发现10kV2号主变902开关柜后上部母线桥处特高频、TEV、超声信号异常,表现为一个工频周期出现两簇脉冲信号。

3.1缺陷测试

3.1.1暂态地电压法

暂态地电压法检测发现902开关柜存在异常局放信号,TEV信号强度随902开关柜距离越远而呈现出递减趋势。902开关柜后上柜暂态地电压测试数据与其他柜相比整体严重偏大,最大相对值42dB,远远超出了标准值20dB,因此,可以判定902开关柜内设备存在较为严重的放电现象。

3.1.2超声波法

背景超声正常,无异放电信号;902开关柜一个工频周期出现两簇明显的脉冲,脉冲相位较宽,幅值不稳定,疑似为沿面放电信号或悬浮放电信号;相邻开关柜未检测到异常超声脉冲信号,说明超声信号被开关柜间的镀锌钢板阻挡,无法穿透。

3.2停电处理

902属于总路开关柜,其出现故障后可能会引起一段母线及所属开关设备的供电可靠性。因此,在检测到异常信号后,立即转移负荷,并对该开关柜进行停电处理,揭开2号主变902开关柜后柜门,在后上柜母线穿板绝缘护套内壁发现放电痕迹。

综合UHF、TEV与AE的信号特征,初步判断该放电类型为悬浮放电,产生放电的原因主要有由于导电铝排离绝缘护套内壁较近,且铝排边缘呈棱边,因此在此处的场强发生畸变;同时在绝缘护套表面脏污,堆积了大量灰尘,灰尘颗粒具有一定的导电性,在严重畸变的高场强下具备悬浮电位而发生悬浮放电。清除灰尘后开关柜重新投运,开关柜恢复正常,局部放电信号消失。

结论

总而言之，在高压开关柜中引发局部放电现象是一种较为常见的故障情况，正是由于其较为常见，才变得极易对全面电力设备安全稳定运行造成不利影响，甚至会致使电力系统引发大面积停电事件。由于电网高压开关柜局部放电现象时常发生，所以要求相关检测人员必须要加强对高压开关柜的局部放电检测，提高对一系列专业检测技术的掌握水平，更新各项检查硬件的综合水平，在专业水平高的技术人员指导下，建立科学有效的检测维护方案，做到有针对有依据的开展高压开关柜局部放电检测，尽可能降低高压开关柜局部放电引发概率，促进电力电网的安全稳定运行。

参考文献

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[3]李江龙．基于配电高压开关柜的局部放电检测技术应用研究[J]．高教学刊，2017，12（15）：203－204.