淺談變電設(shè)備帶電檢測技術(shù)的應(yīng)用*

曹力力，邵 輝，郭 政，洪建敏

（國網(wǎng)浙江省電力公司湖州供電公司，浙江 湖州 313000）

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)和電力生產(chǎn)的進(jìn)一步結(jié)合，越來越多的帶電測試技術(shù)在電力系統(tǒng)中實現(xiàn)了深入實用化.這些技術(shù)能夠在不停電的情況下反映電力設(shè)備某一方面的性能和狀況，發(fā)現(xiàn)某一方面的缺陷.其中比較典型的有金屬氧化鋅避雷器帶電測試技術(shù)、GIS超聲局放技術(shù)、紅外線成像技術(shù)、電力系統(tǒng)諧波監(jiān)測技術(shù).在單獨分析的基礎(chǔ)上，我們將各相關(guān)帶電項目進(jìn)行深入的綜合分析，能更全面的反映電網(wǎng)設(shè)備的狀況.在新形勢下，帶電測試成為電網(wǎng)設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行的有力保障，成為狀態(tài)檢修中不可或缺的重要部分.

1 GIS局部放電超聲波檢測技術(shù)

1.1 GIS局部放電超聲波檢測技術(shù)的運(yùn)用背景和技術(shù)原理

GIS組合電器具有占地面積小、可靠性高、安全性強(qiáng)、維護(hù)工作量小的優(yōu)點.近年來，GIS設(shè)備在電力系統(tǒng)中的裝用量迅速增加.GIS變電所大多承擔(dān)著較為重要的供電負(fù)荷，在電網(wǎng)中占據(jù)了相當(dāng)重要的地位.

由于GIS設(shè)備封閉的特點，要準(zhǔn)確定位GIS設(shè)備內(nèi)部故障點和故障類型很困難，因此如何準(zhǔn)確反映GIS設(shè)備狀況和針對GIS設(shè)備有效的絕緣監(jiān)督手段已成為當(dāng)務(wù)之急.

GIS超聲波局放測試是一種在帶電狀態(tài)下通過超聲波測試GIS設(shè)備內(nèi)部局部放電的試驗方法，通過接收局放時聲波微小的間斷壓力信號，測試點布置較靈活，能近距離測試，測試靈敏度較好.對于干擾信號，可采取加頻譜過濾和設(shè)置門檻值來解決.

使用GIS超聲波局放測試技術(shù)可以在不停電的情況下在GIS設(shè)備外殼上測得GIS設(shè)備內(nèi)缺陷處發(fā)出的反饋信號，通過圖譜分析來判斷故障類型，從而準(zhǔn)確反映GIS設(shè)備的狀況，并對故障的檢修提供有效的依據(jù).

1.2 GIS局部放電超聲波檢測的測試圖譜

GIS超聲波局部放電檢測試驗結(jié)果以圖譜形式保存.試驗圖譜分為連續(xù)測量、原始波形和相位模式3種：（1）連續(xù)測量圖譜反映的是GIS設(shè)備局放的有效值、峰值和指定頻率成分，可以準(zhǔn)確讀出局放有效值、峰值和指定頻率成分的即時數(shù)值；

（2）原始波形圖譜反映的是一個或幾個周期的連續(xù)全電壓波形，從中可以分析出一個及以上周波為周期的缺陷；

（3）相位模式圖譜是收集單位時間內(nèi)1 000個瞬時全電壓值采樣點的打點圖，通過分析全電壓值的分布確定故障缺陷.

GIS超聲波局部放電檢測的試驗結(jié)果判斷除了分析局放絕對值外，還需將試驗圖譜與歷史圖譜、同類設(shè)備圖譜和典型缺陷的特征圖譜相比較，因此試驗圖譜信息的積累和分析對判斷GIS設(shè)備狀態(tài)具有十分重要的意義.

1.3 GIS設(shè)備超聲局放試驗典型案例分析

在對湖州電網(wǎng)GIS設(shè)備進(jìn)行超聲局放試驗的過程中，發(fā)現(xiàn)的典型缺陷案例有110kV某變110kVⅡ段母線壓變.2009年普測中的超聲局放圖譜見圖1.

圖1 超聲局放圖譜

由圖1判斷，該壓變局部放電周期峰值、有效值較大，并存在100 HZ周期性電信號，原始波形和相位模式圖譜呈故障特征分布，可判斷為存在放電現(xiàn)象，這可能由制造工藝或內(nèi)部顆粒造成.由于周期性電信號幅值不大，可縮短周期跟蹤復(fù)測并觀察其發(fā)展趨勢.

2 金屬氧化鋅避雷器帶電測試技術(shù)

2.1 金屬氧化鋅避雷器帶電測試的運(yùn)用背景

金屬氧化鋅避雷器是決定電網(wǎng)絕緣水平的重要設(shè)備，其關(guān)鍵部件是金屬氧化鋅電阻閥片，一旦金屬氧化鋅電阻閥片發(fā)生劣化或受潮，很可能影響電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定.

近年各級電網(wǎng)陸續(xù)加裝線路避雷器，同時狀態(tài)檢修中設(shè)備檢修周期延長，傳統(tǒng)的停電試驗已無法滿足當(dāng)前電網(wǎng)的連續(xù)性、穩(wěn)定性對金屬氧化鋅避雷器狀態(tài)檢修的需求，于是帶電測試便成為金屬氧化鋅避雷器設(shè)備狀態(tài)的有力保證.

2.2 金屬氧化鋅避雷器帶電測試的原理及測試方法

金屬氧化鋅避雷器帶電測試是在不停電的情況下從雷電計數(shù)器兩端取全泄漏電流作為電流信號，在母線或線路壓變二次電壓端子上取電壓信號，從而得到全泄漏電流和電壓信號的相位差φ，使用φ角對全泄漏電流進(jìn)行拉普拉斯變換和傅里葉變換，計算出阻性分量及其各次諧波分量，最終判斷出運(yùn)行中避雷器閥片特性是否良好.在金屬氧化鋅避雷器帶電測試中，阻性電流峰值一般不超過全電流峰值的1／4，若遇到φ角偏低的情況應(yīng)分析原因、跟蹤復(fù)測.

2.3 金屬氧化鋅避雷器帶電測試技術(shù)運(yùn)用的意義

通過運(yùn)用金屬氧化鋅避雷器帶電測試技術(shù)，可以檢測在運(yùn)行電壓下的全電流來反映金屬氧化鋅避雷器的老化情況，可以檢測在運(yùn)行電壓下的阻性電流來反映金屬氧化鋅避雷器閥片的劣化情況.

正是由于金屬氧化鋅避雷器帶電測試能準(zhǔn)確反映金屬氧化鋅閥片的特性狀況且無需停電，完全與當(dāng)前電網(wǎng)重視金屬氧化鋅避雷器設(shè)備狀況和減少停電檢修的發(fā)展趨勢相吻合，所以開展金屬氧化鋅避雷器帶電測試并積累數(shù)據(jù)進(jìn)而深入分析具有十分重要的意義.

3 紅外線成像檢測技術(shù)

3.1 紅外線成像檢測技術(shù)的運(yùn)用背景和原理

目前，電網(wǎng)系統(tǒng)停電檢修越來越少，但對設(shè)備的穩(wěn)定要求提高的情況，使用紅外成像技術(shù)檢測設(shè)備的異常發(fā)熱成為檢測設(shè)備潛在缺陷的一種重要手段.

紅外線成像檢測技術(shù)是利用紅外線成像儀捕捉電力設(shè)備輻射出的紅外線信號得到電力設(shè)備各部位的溫度，通過各部位間、三相設(shè)備同部位間和同類設(shè)備相同部位間的溫度比較，確定電力設(shè)備是否存在異常發(fā)熱，進(jìn)而確定缺陷性質(zhì)，并指導(dǎo)缺陷的檢修策略.

紅外線測溫缺陷從成因分，可分為電壓致熱型缺陷和電流致熱型缺陷.

（1）電壓致熱型缺陷是由電壓分布造成的，一般絕對溫升較小所以較難發(fā)現(xiàn)，但這類缺陷如不及時處理，可能會迅速惡化，因此電壓致熱型缺陷一般都定義成緊急缺陷.

（2）電流致熱型缺陷是導(dǎo)電部分氧化、污穢、接觸壓力不夠等，造成導(dǎo)電部分接觸電阻增大而引起異常發(fā)熱形成，一般絕對溫升較大；對一些由于測試時負(fù)荷較低而使缺陷絕對溫升不高但相對溫升卻很高的電流致熱型缺陷，我們要注意在負(fù)荷增加后的跟蹤復(fù)測，以免麻痹大意造成設(shè)備故障.

3.2 紅外線成像檢測典型缺陷分析

（1）某變某線路壓變A相.圖2中異常點溫度為36.6℃，相對溫差為48.8%.

圖2 電壓制熱型缺陷

案例分析：本案例是一起典型的電壓致熱型缺陷，成因是壓變內(nèi)部存在電壓分布不均，在對電壓致熱型缺陷進(jìn)行紅外線測溫時應(yīng)注意被試品的微小溫度變化和分布異常.

（2）某變10kV＃2電容器組C相電纜（電容器組側(cè)）電纜頭壓接處發(fā)熱.圖3中異常點溫度為52.4℃，相對溫差為62.6%.

圖3 電壓制熱型缺陷

案例分析：本案例為典型的電流致熱型缺陷，盡管電纜絕對溫升不高，但長期發(fā)熱運(yùn)行造成電纜頭壓接處絕緣樹脂溢出，如不處理電纜頭可能發(fā)生爆炸.在測溫中通過大電流的設(shè)備需要我們更加關(guān)注，尤其是那些容易由發(fā)熱造成損壞的設(shè)備.

4 電網(wǎng)諧波監(jiān)測技術(shù)的運(yùn)用

4.1 電網(wǎng)諧波監(jiān)測技術(shù)的運(yùn)用背景、危害及測試方法

隨著冶金、化學(xué)等現(xiàn)代化大工業(yè)和電氣化鐵路的發(fā)展，電力系統(tǒng)中的非線性負(fù)荷及沖擊性、波動性負(fù)荷，使得電網(wǎng)發(fā)生波形畸變（諧波）、電壓波動、閃變、三相不平衡，最終導(dǎo)致電網(wǎng)諧波污染嚴(yán)重，電能質(zhì)量的下降嚴(yán)重地影響了供電質(zhì)量和電力設(shè)備的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行.因此，加強(qiáng)對諧波治理，防止諧波危及電力系統(tǒng)的可靠性就成了當(dāng)前的一個重要課題，治理諧波污染源的基礎(chǔ)，便是對電網(wǎng)特別是用戶線路的諧波監(jiān)測和分析.

電網(wǎng)諧波檢測時，在變電所電度表屏后取主變計量回路的二次電壓、電流信號，監(jiān)測一定時間后，將測得的諧波信號數(shù)據(jù)下載，并進(jìn)行拉普拉斯變換得到各次諧波的電壓、電流和電能數(shù)據(jù)，和相關(guān)國標(biāo)進(jìn)行比較，得出該主變該側(cè)的電能諧波情況.

4.2 電網(wǎng)諧波監(jiān)測技術(shù)運(yùn)用實例

2007年，在電網(wǎng)諧波普測中發(fā)現(xiàn)220 k V湖州變某線諧波數(shù)據(jù)嚴(yán)重超標(biāo).

該線路所帶用戶側(cè)負(fù)荷為某特鋼廠，根據(jù)用戶用電狀況，我們采取在用戶端增設(shè)濾波設(shè)備和加裝諧波補(bǔ)償裝置的措施進(jìn)行諧波污染治理.2008年，在電網(wǎng)諧波普測中，該線路諧波數(shù)據(jù)基本恢復(fù)正常.

5 帶電測試技術(shù)的綜合運(yùn)用

帶電測試技術(shù)綜合運(yùn)用最典型、最有效的例子是金屬氧化鋅避雷器帶電測試與紅外線成像技術(shù)相結(jié)合判斷金屬氧化鋅避雷器故障.

2006年，在湖州電網(wǎng)金屬氧化鋅避雷器的帶電測試普測工作中，發(fā)現(xiàn)某變某線避雷器C相帶電測試數(shù)據(jù)異常，其試驗數(shù)據(jù)見表2.

表2 實驗數(shù)據(jù)表

C相避雷器阻性電流、全電流、有功損耗均大幅度增長，完全符合金屬氧化物避雷器在運(yùn)行中劣化的幾種特征.同時對其進(jìn)行紅外測溫，發(fā)現(xiàn)該避雷器表面溫度有異常現(xiàn)象.圖4中，異常溫度：區(qū)域1內(nèi)最高溫度為29.7℃，區(qū)域2內(nèi)最高溫度為26.9℃.正常溫度：區(qū)域3內(nèi)最高溫度為21℃.

圖4 避雷器溫度異常

隨后立即對其進(jìn)行停電檢查，發(fā)現(xiàn)試驗數(shù)據(jù)嚴(yán)重超標(biāo)（見表3）.

表3 實驗數(shù)據(jù)表

在隨后的解體檢查中，發(fā)現(xiàn)C相避雷器頂部已經(jīng)嚴(yán)重銹蝕，從而使內(nèi)部受潮，避雷器中部閥片和瓷套內(nèi)壁有水珠凝結(jié).解體后避雷器內(nèi)部情況見圖5（a，b）.

通過停電試驗和解體檢查判斷，如果該避雷器繼續(xù)運(yùn)行會在短時內(nèi)發(fā)生爆炸.在處理該缺陷的過程中，正是由于金屬氧化鋅避雷器帶電測試技術(shù)與紅外線成像技術(shù)的綜合運(yùn)用，有效的防止了氧化鋅避雷器爆炸事故的發(fā)生.

圖5 避雷器內(nèi)部情（

通過這個典型案例可以發(fā)現(xiàn)，帶電測試技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用往往能起到一加一大于二的化學(xué)作用，推廣和開發(fā)帶電測試的綜合應(yīng)用水平對提高狀態(tài)檢修水平有著非常重大的意義.

6 結(jié)論

帶電測試已經(jīng)成為狀態(tài)檢修的重要組成部分，成為反映變電設(shè)備狀態(tài)、形成檢修決策依據(jù)的重要手段，尤其是通過各種帶電測試技術(shù)的綜合分析，可以更加全面地反映變電設(shè)備的狀態(tài)，在消除缺陷、預(yù)防事故方面起到了不可替代的作用.

［1］劉豐文，曹力力，姚建鋒.GIS設(shè)備超聲波局部放電帶電測試研究［J］.湖州師范學(xué)院學(xué)報，2011（增刊）：203－205.

［2］劉豐文.利用紅外線測溫技術(shù)提高檢修消缺效率［J］.湖州師范學(xué)院學(xué)報，2006（增刊）：24－26.

［3］國家技術(shù)監(jiān)督局.GB／T 14549－93，電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波［S］.