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基于多种检测技术的高压开关柜内部局部放电检测与分析

放大字体  缩小字体 发布日期:2019-01-15  浏览次数:519
核心提示:引言 高压开关柜是城市配电网中的重要设备,它位于 变电站变压器低压侧,是变压器与负荷用户的连接导 体,其主要作用是进行开合
 引言
    高压开关柜是城市配电网中的重要设备,它位于 变电站变压器低压侧,是变压器与负荷用户的连接导 体,其主要作用是进行开合、控制和保护用电设备,在 整个电力系统的配电过程中起着重要的作用。近年来, 随着电网改造力度的加大,电网设备质量有所提高,事 故率有所降低。 但目前由于在设计、制造、安装和运行 维护等方面存在着不同程度的问题,开关柜仍存在绝 缘等级差、防护等级不符合要求、防爆能力不足等安全 隐患[1-2]。因此,开展高压开关柜带电检测是有效发现其 潜伏性放电故障,确保设备可靠运行的重要手段。 在理论分析方面, 国内一些科研院所开展了开 关柜内部局放暂态地电波的仿真分析,【高压电器】 针对在线监 测系统也进行了深入研究[3-10]。 在实际应用方面,现 有的检测开关柜局部放电的方法主要有超声波(AE) 法、暂态地电压(FEV)法及特高频(UHF)法等,并且形 成了相应的典型案例库[11-21]。 由于变电站现场干扰源 较多,单一的检测手段并不能全面、客观、真实地反 映被检测设备的运行状况, 通过综合运用不同的检 测方法,对检测数据进行全面、综合分析,才能做出 客观合理的决策。 因此,文中针对一起高压开关柜内 部局放案例,采用暂态地电压检测技术、超声波检测 技术及特高频检测技术 3 种方法对开关柜内部的局 放进行了测量,并对局放源进行空间定位,依据相关 的检测数据, 讨论分析了开关柜内部局部放电的幅 值、特点、类型及原因,并提出了具体的处理方案。
    1 开关柜局部放电检测技术 1.1 开关柜局放的原因 高压开关柜 局部放电主 要表现为设 备绝缘问 第 53 卷 第 1 期:0045-0050 2017 年 1 月 16 日 High Voltage Apparatus Vol.53,No.1:0045-0050 Jan. 16,2017 DOI:10.13296/j.1001-1609.hva.2017.01.008 收稿日期:2016-06-29; 修回日期:2016-08-20 2017年 1 月 第 53 卷 第 1 期 题,常见的原因如下[2]: 1)爬距及空气间隙不够。 如为缩短柜体尺寸,厂 家往往大幅度地减小关于柜内的断路器、隔离插头 相间距离或对地距离,未采取有效的保证绝缘强度 的措施。 2)制造质量差,工艺不良。 如紧固螺栓松动或锈 蚀、整体装配问题、互感器内部气隙或裂纹、支持瓷柱 质量差等,造成开关柜内部电场局部集中而产生放电。 3)环境条件的影响。 如污秽和潮湿引起开关柜 内部绝缘子、套管及母线的绝缘闪络。 4)雷击过电压造成开关柜闪络。 主要为直击雷 过电压和感应过电压引起的开关柜内部放电。 1.2 暂态地电压检测技术 高压开关柜内部发生局部放电时,放电量聚集 在接地屏蔽的内表面,屏蔽连续时在设备外部很难 检测到放电信号,但屏蔽连续时在设备外部很难检 测到放电信号,屏蔽层通常在绝缘部位、垫圈连接、 电缆绝缘终端等部位不连续,局部放电的高频信号 会由此传输到设备屏蔽外壳。
    检测原理见图 1。当开 关柜的内部元件对地绝缘发生局部放电时,产生一 个暂态对地电压(TEV)信号,小部分放电能量会以电 磁波的形式转移到柜体的金属铠装上, 因柜 体接 地,电磁波在开关柜外表面感应出高频电流,利用 电容耦合测出幅值及脉冲。 1.3 超声波检测技术 局部放电是一种电荷的快速释放或迁移过程, 导致放点周围的电场应力、机械应力和粒子力失去 平衡而产生振荡变化,机械应力和粒子力的快速振 荡导致放电点周围介质的振动, 从而产生声波信 号。 超声波检测法就是利用检测仪接受局放释放的 超声信号来判断放电。 其特点是传感器与电力设备 的电气回路无任何联系, 不受电气方面的干扰,但 在现场使用时易受周围环境噪声或设备机械 振动 的影响。 其中 AE 局部放电检测原理见图 2。 1.4 特高频检测技术 特高频检测法的基本原 理是通过特 高频传感 器对电力设备中局部放电时产生的特高频电磁 波 信号(0.3~3 GHz)进行检测,获得局放信号的幅值、相 位等相关信息。 受封闭开关柜的屏蔽,特高频信号 只能从柜子缝隙或观察孔传出【高压电器】, 类似于超声波法, 利用非接触外置式传感器在柜体孔隙处检测。 特高 频检测法具有较高的灵敏度和抗干扰能力,利用波 形特征可识别缺陷类型,同时可实现基于电磁波时 差测量的放电定位,有效区分设备内部的局部放电 和设备附近的放电型干扰。 2 局部放电案例的综合诊断 2.1 TEV 检测结果 对 某 220 kV 变电 站 35 kV 高压 室 开 关 柜 进 行暂态地电压测试,对测试数据进行横向对比,不 同 开 关 柜 TEV 测 试 幅 值 对 比 见 图 3。 由 图 3 可 知,378 开关柜间隔 的幅 值 远 高 于 其 它 间 隔,依 据 《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 》 (Q/GDW 11060— 2013),若设 备 上 测 得 的 信 号 绝 对 值≥20 dB,或者 当背景信号 稳定的情况下,设备上测得的信号≥背 景信号 15 dB,则认为设备 中可能存在 有害的局 部 放电。因此,判断 378 开关柜内部有可能存在局部 放电。 2.2 AE 检测结果 采用超声波 法对 378 开关柜 检测发现 超 声 局 图 2 超声波局部放电检测原理图 Fig. 2 Principle of AE partial discharge detection 图 3 不同开关柜 TEV 测试幅值对比 Fig. 3 Testing amplitude contrast of TEV for different switchgear 图 1 暂态地电压局部放电检测原理 Fig. 1 Principle of TEV partial discharge detection · 46 · 放信号异常,检测的连续图谱和相位图谱见图 4。 依 据《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》, 若开关柜上测得的超 声信号≥8 mV(dB)有明显的声音信号,则认为开关 柜内部可能存在明显的放电现象。 由图 4(a)可知,最 大幅值达 184 mV,频率成分:1 倍频(50 Hz)幅值<2 倍 频(100 Hz)幅值;由图 4(b)可知,信号分布在一个工 频周期内以两簇放电脉冲为主,但呈现多点放电特 征。 判断 378 开关柜中存在局放现象,超声信号最 强的位置在柜前中部靠右的位置。 2.3 UHF 检测结果 采用超高频 法对 378 开关柜 检测发现超 声 局 放信号异常,检测图谱见图 5。 由图 5 可知,放电的 极性效应比较明显,放电信号强度较弱且相位分布 较宽,放电次数较多,初步判断该局部放电类型为 沿面放电类型。 2.4 综合分析情况 考虑到不同 检测方法对 开关柜不同 局放类型 检测有一定的局限性, 单一检测手段也不能全面、 客观、真实地反映开关柜的故障状况。 因此,文中 3.1.1 开展多种检测方法对高压开关柜的局部放电 检测。【高压电器】 检测表明:①与横向开关柜对比,该开关柜多 种检测数据异常,其内部确实存在放电信号;②该 局部放电信号的特征: 放电信号极性效应明显,相 位上分布在一个工频周期内两簇放电脉冲,呈现多 点放电特征, 放电信号强度较弱且相位分布较宽, 放电类型为沿面放电。 通过上述方式为基于 TEV、 AE 和 UHF 多种检测方法的开关柜局放综合诊断提 供了现场应用基础,同时也为高压开关柜的状态检 修决策提供参考。 3 局放源的定位与处理 文中采用示 波器与超高 频检测设备 对开关柜 局部放电进行综合定位检测,采用 2 个超高频(UHF) 传感器检测,通过时间差法和幅值来确定局部放电 的位置,为开关柜内部局放源准确定位的提供了指 导依据。 3.1 局放源的定位及分析 目前, 对于电 力设备内部 局部放电的 定位方 法 比 较 多,如 时 差 法、幅 值 法、平 分 面 法 及 声—电 联合法等。 对于文中研究的开关柜内部 局部放电 案例,采用平分面法对局放源进行定位[22]。 平分面 法定位的原理图见图 6。 先将 2 个传感器按相同朝 向放置,移动 2 个传感器的位置,使 2 传感器在示 波器上信号的起始沿重叠, 信号源位于 2 个传感 器中间的一个平面上。 同样方式在相对 方向上及 上下方向上各确定一个平面, 最终可定 位出信号 源位置。 图 4 378 开关柜超声波检测图谱 Fig. 4 Atlas of ultrasonic testing for 378 switchgear 图 5 378 开关柜特高频检测图谱 Fig. 5 Atlas of UHF testing for 378 switchgear 研究与分析 李永祥,王天正,俞 华,等. 基于多种检测技术的高压开关柜内部局部放电检测与分析 · 47 · 2017年 1 月 第 53 卷 第 1 期 3.1.1 横向定位分析 将 1 号传 感 器 及 2 号传 感 器 分 别 放 置 在 378 开关柜前面,见图 7(a)。示波器波形图见图 7(b)。1 号 传感器波形与 2 号传感器波形的起始沿基本一致, 可知信号到达 2 个传感器的时间基本一致,说明信 号源位于图 7(a)所示的平面上。 3.1.2 垂直定位分析 将 1、2 号传感器分别放置在 378 开关柜后面, 见图 8(a),示波器波形图见图 8(b)。 【高压电器】1 号传感器波形 与 2 号传感器波形的起始沿基本一致,可知信号到 达 2 个传感器的时间基本一致, 说明信号源位于 见图 8(a)所示的平面上。 3.1.3 深度定位分析 2 号传感器放在开关柜后面最终定位位置附近 缝隙处,1 号传感器放在开关柜前面最终定位位置 附 近 缝 隙 处,见 图 9(a),示波 器 波 形 图 见 图 9(b)。 2号波形超前 1 号波形约 21.8 ns, 计算得到局放源 见图 9(a)标圈位置。 3.2 局放的原因及处理 根据开关柜 的内部结构 和测试典型 图谱对比 情况分析,特高频图谱与超声波信号都显示为悬浮 金属性放电类型,所以导致开关柜局部放电原因可 能为断路器触头或连接铝排对绝缘挡板发生局部 放电。 停电解体后拉出真空断路器,发现真空断路 器触头固定部位有明显放电痕迹,且挡板已明显发 黑,见图 10。 由此可以判断,局放的为真空断路器触 头固定部位对挡板放电,且为多点放电。 通过现场 检查发现该开关柜存在改造后结构不合理,导电铝 排与绝缘档板距离较近,且导电铝排未加装绝缘护 套,绝缘裕度不够,导致该部位电场分布不均匀,场 强较高,当绝缘挡板表面脏污受潮后发生沿面局部 放电。 检修人员拆除挡板,恢复送电后对开关柜再 次进行检测,放电信号消失。 4 结语 为实现高压开关柜内部局部放电准确、快速查 找及定位,结合局部放电案例,采用暂态地电压、特 高频、超声波等多种检测技术分析了开关柜内部局 部放电特性,通过声电联合局部放电测试方法对开 关柜局部放电进行精确定位和测试分析,可以大大 降低设备维护时间,提高维护效率。 同时针对有疑 图 9 局放源的深度定位图及波形 Fig. 9 Location and waveform of depth for partial discharge source 图 6 平分面法定位的原理 Fig. 6 Principle of location in bisecting planes method 图 7 局放源的横向定位图及波形 Fig. 7 Location and waveform of transverse for partial discharge source 图 8 局放源的纵向定位图及波形 Fig. 8 Location and waveform of vertical for partial discharge source 图 10 真空断路器触头固定部分及挡板部分 Fig. 10 Contact fixed part and baffle of vacuum circuit breaker · 48 · 似局部放电的开关柜进行长期跟踪, 利用趋势分 析、横向对比、纵向对比及统计分析等方法对局部 放电源进行综合的评估,为下一步开关柜的状态检 修提供可靠的数据。【高压电器】


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