10kv開關(guān)柜局部放電檢測(cè)方法研究

10kv開關(guān)柜局部放電檢測(cè)方法研究

0透平均衡性能檢測(cè)系統(tǒng)10kv金屬封閉開關(guān)箱廣泛應(yīng)用于大型用戶和大型用戶。它的運(yùn)營(yíng)安全直接影響整個(gè)供電單元的可靠性。因此,對(duì)開關(guān)柜運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)和預(yù)判和合理檢修是保證開關(guān)柜安全運(yùn)行的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的預(yù)防性試驗(yàn)技術(shù)主要是依靠檢查絕緣性能。這種方法一方面對(duì)設(shè)備內(nèi)的固體絕緣有累積損害效應(yīng),另一方面設(shè)備必須停電,從而造成用戶供電可靠性的下降。開關(guān)柜發(fā)生故障前在事故潛伏期內(nèi)會(huì)有放電現(xiàn)象產(chǎn)生,故通過(guò)對(duì)放電的檢測(cè)能夠得到絕緣隱患的相關(guān)信息。10kV開關(guān)柜內(nèi)部的放電主要有表面放電、內(nèi)部放電、電暈放電等。在放電過(guò)程中,能量主要以電磁、聲波和氣體形式釋放,這些成為局部放電檢測(cè)的主要物理量。目前對(duì)于局部放電檢測(cè)較實(shí)用的就是基于TEV、AE、UHF[10-20]原理的測(cè)試方法。1tev法、ae法、uhf法的識(shí)別原理和特點(diǎn)1.1局部放電檢測(cè)高壓開關(guān)柜出現(xiàn)局部放電時(shí),會(huì)產(chǎn)生電磁波,它可以通過(guò)金屬外殼上的縫隙或孔洞從開關(guān)柜內(nèi)泄漏到外表面。當(dāng)電磁波傳播到開關(guān)柜外面時(shí),它會(huì)在接地的金屬外殼上產(chǎn)生暫態(tài)低電壓(TEV),其幅值在幾個(gè)毫伏至幾伏的范圍內(nèi),且存在時(shí)間很短,一般只有幾個(gè)納秒的上升時(shí)間?？墒褂脤Ｓ脗鞲衅鞑蹲竭@個(gè)TEV信號(hào),從而檢測(cè)局部放電活動(dòng)。TEV測(cè)試系統(tǒng)只提供幅值、脈沖數(shù)和烈度3個(gè)數(shù)值量,可從儀器上直接讀取,對(duì)操作人員的要求不高,適合進(jìn)行開關(guān)柜運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)的普查工作。測(cè)試時(shí)將傳感器靠近開關(guān)柜具有開口或縫隙的金屬表面,由于局部放電所產(chǎn)生的TEV信號(hào)的大小與局部放電的激烈程度及放電點(diǎn)的遠(yuǎn)近有直接關(guān)系,越靠近放電點(diǎn)傳感器所接收到的TEV幅值越大,因此可以通過(guò)TEV信號(hào)幅值對(duì)比確定存在隱患的開關(guān)柜。同時(shí),TEV測(cè)試系統(tǒng)只提供幅值、脈沖數(shù)和烈度3個(gè)數(shù)值量不能很好地反映出開關(guān)內(nèi)故障的類型。測(cè)試過(guò)程中,不僅要知道局放的激烈程度即幅值和脈沖數(shù),而且要確定局部放電發(fā)生的具體位置是非常重要的。TEV測(cè)試系統(tǒng)是將2個(gè)或多個(gè)傳感器安裝在開關(guān)柜金屬箱體的不同位置,利用局部放電脈沖信號(hào)先后到達(dá)不同探測(cè)器的時(shí)間差別可以得到有關(guān)局部放電發(fā)生具體位置的相關(guān)信息。但由于TEV信號(hào)頻率較低,衰減慢,出現(xiàn)多個(gè)局放源時(shí),存在互相干擾的問(wèn)題,造成定位耗時(shí)長(zhǎng)和定位不準(zhǔn)的問(wèn)題。1.2傳感器的選擇能力電力設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生局部放電信號(hào)的時(shí)候,會(huì)產(chǎn)生沖擊的振動(dòng)。超聲波(AE)法通過(guò)在設(shè)備腔體外壁上安裝超聲波傳感器來(lái)測(cè)量局部放電信號(hào)。AE法的特點(diǎn)是傳感器與電力設(shè)備的電氣回路無(wú)任何聯(lián)系,不受電氣方面的干擾,但在現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)易受周圍環(huán)境噪聲或設(shè)備機(jī)械振動(dòng)的影響。超聲波在固體中傳播速度很快但是衰減更快,因此它很難穿透設(shè)備的金屬外殼,所以要求設(shè)備必須存在可以用于檢測(cè)的開口或裂縫。再者,超聲波具有很強(qiáng)的方向性,傳感器必須指向局放源才能有較高的靈敏度。超聲法需要通過(guò)多個(gè)不同位置的超聲傳感器所測(cè)得的時(shí)延,利用空間幾何方法計(jì)算出局部放電源的位置,實(shí)現(xiàn)局部放電的準(zhǔn)確定位。1.3uhf信號(hào)特點(diǎn)局部放電檢測(cè)UHF法基本原理是通過(guò)UHF傳感器對(duì)電力設(shè)備中局部放電時(shí)產(chǎn)生的超高頻電磁波(300MHz≤f≤3GHz)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè),從而獲得局部放電的相關(guān)信息,實(shí)現(xiàn)局部放電監(jiān)測(cè)。由于現(xiàn)場(chǎng)的電暈干擾主要集中在300MHz頻段以下,因此UHF法能有效地避開現(xiàn)場(chǎng)的電暈等干擾,具有較高的靈敏度和抗干擾能力。UHF信號(hào)可輸入示波器等信號(hào)處理設(shè)備,實(shí)現(xiàn)局部放電帶電檢測(cè)、定位以及缺陷類型識(shí)別等功能。UHF法局部放電定位原理和TEV法一樣也是時(shí)差法。把UHF信號(hào)輸入分辨率較高的示波器,通過(guò)計(jì)算時(shí)間差便可以準(zhǔn)確判別局部放電信號(hào)的位置[10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20]。UHF信號(hào)是ns級(jí)的,頻率高,衰減快,多局放源相互干擾小,定位耗時(shí)短且精度較高。UHF信號(hào)頻率高,衰減很快,外部干擾信號(hào)可以通過(guò)屏蔽法來(lái)有效的解決,現(xiàn)場(chǎng)最簡(jiǎn)單的方法就是將傳感器使用專用屏蔽金屬布包扎起來(lái),現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的實(shí)踐證明該方法是有效的。2tevlus檢查佛山供電局某變電站10kV高壓室共有開關(guān)柜17面。在2011年4月22日,用TEVplus進(jìn)行普查過(guò)程中發(fā)現(xiàn)502柜TEV幅值過(guò)大,試驗(yàn)人員便利用TEV法、AE法和UHF法對(duì)502柜進(jìn)行了局放檢查,定位和定性。2.1信號(hào)幅值便攜式TEV局部放電測(cè)試儀測(cè)試數(shù)據(jù)見表1,幅值對(duì)比見圖1。從圖1中可以明顯看出,信號(hào)最大值在502柜門上部,越靠近502柜信號(hào)幅值越大,信號(hào)大小在502開關(guān)柜處出現(xiàn)最大值。前面提到,局部放電所產(chǎn)生的TEV信號(hào)的大小與局部放電的激烈程度及放電點(diǎn)的遠(yuǎn)近有直接關(guān)系,越靠近放電點(diǎn)傳感器所接收到的TEV幅值越大,這說(shuō)明在502開關(guān)柜內(nèi)存在局部放電現(xiàn)象。2.2ae法測(cè)試?yán)檬ヌ㏄DM1000超聲波測(cè)試見圖2。圖譜具有明顯的饅頭波特征,說(shuō)明柜內(nèi)存在局放。2.3其他開關(guān)柜放電信號(hào)分析現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試儀器采用清華大學(xué)研制的便攜式超高頻局放測(cè)試系統(tǒng),頻率范圍在300MHz～1GHz,具有ns級(jí)的HO輸出端和ms級(jí)的RO輸出端。通過(guò)兩個(gè)HO輸出的波形時(shí)間差可以實(shí)現(xiàn)局部放電定位,通過(guò)RO輸出波形分析對(duì)比來(lái)判斷放電類型。進(jìn)行UHF普查顯示,除502外的其余開關(guān)柜均未發(fā)現(xiàn)局部放電疑似信號(hào)。這與TEV法和AE法測(cè)試結(jié)果相吻合。清華M600超高頻測(cè)試的HO輸出信號(hào)和RO輸出信號(hào)波形圖譜見圖3、4。從圖3波形看,放電頻率較高。從圖4波形可以看出,有明顯的尖峰,比較穩(wěn)定,正負(fù)半波時(shí)基本對(duì)稱,幅值基本不變,該放電點(diǎn)為典型金屬懸浮放電。幅值有大有小應(yīng)為開關(guān)柜內(nèi)存在不同的放電源所致,為多點(diǎn)放電。通過(guò)HO輸出端對(duì)502開關(guān)柜信號(hào)最大點(diǎn)進(jìn)行定位。具體方法為逐步逼近法,即逐步縮短2個(gè)傳感器之間的距離,直到信號(hào)同時(shí)到達(dá)2個(gè)傳感器為止,此時(shí)可以將信號(hào)最大點(diǎn)定位在兩個(gè)傳感器連線的垂直平分線上,通過(guò)水平方向和垂直方向兩次定位最終確定信號(hào)最大點(diǎn)。首先利用逐步逼近法確定信號(hào)最大點(diǎn)所處的水平位置,然后在該水平面上通過(guò)逐步逼近法確定信號(hào)最大點(diǎn),最終定位波形輸出見圖5。最終定在變低502柜與母線橋交接處,即變低502柜頂端。2.4金屬間隙類放電通過(guò)上述測(cè)試得到以下3點(diǎn)結(jié)論:①502開關(guān)柜內(nèi)有多點(diǎn)放電,超聲波、超高頻法均定位在同一范圍;②從放電類型看該放電一個(gè)為金屬間隙類放電;③從放電幅值看TEV最大幅值50dB。同時(shí)提出以下工作建議:①金屬類放電一般為金屬對(duì)地接觸不良,懸浮電位將金屬間隙擊穿的現(xiàn)象?，F(xiàn)沒有金屬放電導(dǎo)致短期內(nèi)發(fā)生導(dǎo)體對(duì)地?fù)舸┒搪番F(xiàn)象,但放電會(huì)形成較強(qiáng)的電腐蝕,長(zhǎng)期放電會(huì)使金屬燒蝕并產(chǎn)生的粉末,甚至引起絕緣閃烙,建議加強(qiáng)跟蹤;②有條件時(shí)結(jié)合停電修復(fù)。3停止維修和確認(rèn)3.1開關(guān)柜與導(dǎo)線橋共穿柜套管放電2011年5月25日,檢修人員、廠家聯(lián)合試驗(yàn)人員對(duì)502開關(guān)柜進(jìn)行了停電檢修。開蓋后發(fā)現(xiàn)502開關(guān)柜與母線橋連接處有穿柜套管。套管頂部沒有放電,但在底部發(fā)現(xiàn)A、B、C相都有明顯放電點(diǎn)。因廠家安裝時(shí),為了固定母排,在穿柜套管處加裝了金屬隔板,導(dǎo)致在帶電情況下造成放電,見圖6。3.2電起始電壓試驗(yàn)對(duì)母排逐相加壓,記錄發(fā)生放電時(shí),各項(xiàng)的放電起始電壓,試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1。其中B相母排升至約5kV時(shí)出現(xiàn)強(qiáng)烈的局放,局放點(diǎn)見圖7。其他兩相母排由于視線原因未能拍到局放點(diǎn)。3.3拆除隔離器后的測(cè)試拆除隔板后,再次對(duì)三相進(jìn)行加壓試驗(yàn),記錄發(fā)生放電時(shí),各項(xiàng)的放電起始電壓,試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。3.4確認(rèn)和評(píng)估結(jié)論通過(guò)檢修與驗(yàn)證測(cè)試得到以下結(jié)論:1)測(cè)試成功驗(yàn)證了4月22日測(cè)試結(jié)果的正確性。2)測(cè)試采用檢修前后加壓試驗(yàn),有效保證了檢修的效果。4提高開關(guān)柜監(jiān)測(cè)有效性的建議1)TEV法、AE法和UHF法聯(lián)合局放檢測(cè)技術(shù)可以用于指導(dǎo)開關(guān)柜合理檢修。2)TEV法、AE法和UHF法聯(lián)合局放檢測(cè)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)開關(guān)柜局放的普查、定位和定性,提高開關(guān)柜狀態(tài)監(jiān)測(cè)的有效性。3)通過(guò)理論分析并根據(jù)本單位10kV