超聲波局部放電檢測(cè)及定位技術(shù)在開(kāi)關(guān)柜中的應(yīng)用

謝云飛　王四?！∷问缂t　梁偉

摘要：高壓開(kāi)關(guān)柜是電力系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備之一，其內(nèi)部電氣元件分布繁多、排列緊密、絕緣裕度很小，易出現(xiàn)局部放電現(xiàn)象。隨著狀態(tài)檢修深入開(kāi)展，局部放電檢測(cè)在開(kāi)關(guān)柜缺陷診斷中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。超聲波局部放電的合理應(yīng)用為高壓開(kāi)關(guān)柜的故障檢測(cè)以及安全運(yùn)行提供了技術(shù)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：超聲波；局部放電檢測(cè)；定位技術(shù)；開(kāi)關(guān)柜；故障診斷；電力系統(tǒng) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TM855 文章編號(hào)：1009-2374（2016）09-0039-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.09.018

1 概述

目前，高壓開(kāi)關(guān)柜已廣泛用于電力系統(tǒng)的變電站中，是電力系統(tǒng)中不可或缺的重要組成部分。然而由于環(huán)境中濕氣、高溫、放電、氧化等因素，造成開(kāi)關(guān)柜內(nèi)電氣設(shè)備絕緣劣化，最終以局部放電的形式表現(xiàn)且加劇絕緣劣化，進(jìn)而帶來(lái)安全事故和經(jīng)濟(jì)損失，因此對(duì)局部放電信號(hào)的檢測(cè)以及定位是發(fā)現(xiàn)開(kāi)關(guān)柜故障并對(duì)其進(jìn)行及時(shí)維修的關(guān)鍵。

電氣設(shè)備在制造和加工以及運(yùn)輸安裝過(guò)程中，由于工藝和制造水平等原因往往會(huì)致使設(shè)備金屬表面存在突起、絕緣子存在氣泡、裂縫、設(shè)備表面留有金屬碎屑或設(shè)備安裝過(guò)程中留有連接部位松動(dòng)接觸不良等，這些情況都會(huì)造成開(kāi)關(guān)柜內(nèi)設(shè)備出現(xiàn)局部放電現(xiàn)象。局部放電長(zhǎng)期存在會(huì)造成設(shè)備絕緣能力下降，引起設(shè)備故障。目前的開(kāi)關(guān)柜局部放電檢測(cè)技術(shù)主要有超聲波檢測(cè)法、暫態(tài)地電壓法和特高頻法。各種方法都有其優(yōu)缺點(diǎn)，超聲波法是近幾年出現(xiàn)的一種檢測(cè)方法，由于其靈敏度高、抗電磁干擾能力強(qiáng)、定位準(zhǔn)確得到廣泛應(yīng)用。

2 超聲波局部放電檢測(cè)技術(shù)

當(dāng)高壓電氣設(shè)備內(nèi)部存在局部放電，在放電過(guò)程中，隨著放電的發(fā)生，伴隨著爆裂狀的聲發(fā)射，其振動(dòng)頻率在10Hz≤f≤107Hz，產(chǎn)生超聲波，且很快向四周介質(zhì)傳播。伴隨有聲波能量的放出，超聲波信號(hào)以某一速度通過(guò)不同介質(zhì)（油、SF6氣體、空氣等）以球面波的形式向四周傳播。超聲波頻率高其波長(zhǎng)較短，因此它的方向性較強(qiáng)，且在空氣中衰減較大，容易進(jìn)行定位。此外，聲能與放電釋放的能量之間是成比例的，因此誕生出幅值比較法。根據(jù)超聲波在空氣中的速度是一定的，誕生了時(shí)間計(jì)算法進(jìn)行定位。由于在開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部件眾多，而且超聲法檢測(cè)只能從開(kāi)關(guān)柜縫隙中檢測(cè)，有的局部放電用時(shí)間差法計(jì)算相對(duì)較為復(fù)雜，而幅值比較法由于應(yīng)用方便、結(jié)果直接，常用于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際檢測(cè)中。

超聲波局部放電檢測(cè)技術(shù)是通過(guò)超聲波傳感器對(duì)電力設(shè)備中局部放電時(shí)產(chǎn)生超聲波信號(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)。由于開(kāi)關(guān)柜帶電部件較多，電磁環(huán)境較為復(fù)雜，但超聲波法能有效規(guī)避這些電磁干擾，對(duì)于一些有超聲信號(hào)的熒光燈和電磁振動(dòng)等機(jī)械波干擾較難排除，因此檢測(cè)時(shí)應(yīng)閉燈和盡量排除某些振動(dòng)干擾。

開(kāi)關(guān)柜超聲波局部放電檢測(cè)儀主要由傳感器、耳機(jī)和檢測(cè)主機(jī)組成，其中超聲傳感器為敞開(kāi)式，將傳感器沿著開(kāi)關(guān)柜體的空氣縫隙掃描監(jiān)聽(tīng)，同時(shí)注意耳機(jī)中聲音和屏幕示數(shù)的變化。當(dāng)檢測(cè)到有異常信號(hào)時(shí)，應(yīng)該在異常信號(hào)周圍多布置幾個(gè)測(cè)點(diǎn)檢測(cè)，找到信號(hào)最大值位置，再根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)關(guān)柜內(nèi)電氣設(shè)備情況進(jìn)行綜合診斷。

3 超聲波局部放電檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

圖1 T412開(kāi)關(guān)柜超聲波測(cè)試點(diǎn)圖

圖2 2號(hào)站變開(kāi)關(guān)柜超聲波測(cè)試布點(diǎn)

本文以長(zhǎng)治某220kV變電站的35kV開(kāi)關(guān)柜為例，應(yīng)用超聲波局部放電檢測(cè)技術(shù)對(duì)設(shè)備疑似放電部位進(jìn)行帶電檢測(cè)和定位。35kV T412斷路器開(kāi)關(guān)柜布置超聲測(cè)點(diǎn)如圖1所示，測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表1；35kV 2號(hào)站變開(kāi)關(guān)柜布置超聲測(cè)點(diǎn)如圖2所示，測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表1 T412開(kāi)關(guān)柜超聲測(cè)試數(shù)據(jù)

檢測(cè)部位 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦

檢測(cè)結(jié)果（dB） 17 13 8 16 13 11 5

表2 2號(hào)站變開(kāi)關(guān)柜超聲測(cè)試數(shù)據(jù)

檢測(cè)部位 ⑧ ⑨ ⑩ ? ?

檢測(cè)結(jié)果（dB） 15 13 9 9 13

兩個(gè)開(kāi)關(guān)柜為相鄰的開(kāi)關(guān)柜，因此通過(guò)測(cè)試數(shù)據(jù)和放電聲音的音量大小可判斷超聲信號(hào)最大區(qū)域?yàn)閮砷_(kāi)關(guān)柜相鄰的縫隙的中上部，其超聲波信號(hào)更是達(dá)到19dB，超聲信號(hào)最大值區(qū)域如圖3所示：

圖3 超聲信號(hào)最大值區(qū)域

結(jié)合開(kāi)關(guān)柜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，這里正是斷路器出線經(jīng)穿墻套管和站變連接的部分，因此初步判斷為穿墻套管內(nèi)部臟污或有懸浮電位等引起的局部放電。信號(hào)最大值位置開(kāi)關(guān)柜的側(cè)視圖如圖4所示：

圖4 超聲信號(hào)最大值開(kāi)關(guān)柜側(cè)視圖

4 解體驗(yàn)證

通過(guò)對(duì)開(kāi)關(guān)柜超聲局部放電信號(hào)檢測(cè)和結(jié)構(gòu)分析，初步判斷出開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部穿墻套管存在放電缺陷，并得出了大概的放電類型，但對(duì)于具體放電位置和原因還有待進(jìn)一步確定，對(duì)此，檢修試驗(yàn)人員申請(qǐng)停電后打開(kāi)開(kāi)關(guān)柜柜門進(jìn)行查看，發(fā)現(xiàn)2號(hào)站變開(kāi)關(guān)柜穿墻套管屏蔽線斷裂，如圖5所示。致使引線母排與套管內(nèi)壁和屏蔽線處于不同電位，使得屏蔽線對(duì)母排的絕緣護(hù)套發(fā)生懸浮放電，且在母排上有明顯放電痕跡，如圖6所示。

圖5 A相套管屏蔽線斷裂

圖6 引線母排上懸浮放電痕跡

5 結(jié)語(yǔ)

超聲波局部放電檢測(cè)技術(shù)是目前發(fā)現(xiàn)開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部電氣設(shè)備因接觸不良、臟污、懸浮電位、自由金屬顆粒等引起的局部放電最有效的手段之一，尤其是對(duì)開(kāi)關(guān)柜內(nèi)外絕緣發(fā)生的爬電和表面局部放電更為有效。超聲波在空氣中衰減較大，這就為超聲波局部放電在定位上得到了更方便的應(yīng)用。而開(kāi)關(guān)柜內(nèi)電氣設(shè)備較多、電磁環(huán)境復(fù)雜，幅值比較法不失為一種簡(jiǎn)便快捷的現(xiàn)場(chǎng)超聲波定位方法。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：謝云飛（1983-），男，河北邢臺(tái)人，國(guó)網(wǎng)山西電力公司長(zhǎng)治供電公司工程師，碩士，研究方向：電氣試驗(yàn)、帶電檢測(cè)；王四保（1956-），男，山西長(zhǎng)治人，供職于國(guó)網(wǎng)山西電力公司長(zhǎng)治供電公司，研究方向：電氣試驗(yàn)、帶電檢測(cè)；宋淑紅（1988-），女，河南安陽(yáng)人，國(guó)網(wǎng)山西電力公司長(zhǎng)治供電公司助理工程師，研究方向：電費(fèi)會(huì)計(jì)；梁偉（1981-），男，山西長(zhǎng)治人，供職于國(guó)網(wǎng)山西電力公司長(zhǎng)治供電公司，研究方向：電氣試驗(yàn)、帶電檢測(cè)。

（責(zé)任編輯：蔣建華）