40.5 kV 開關(guān)柜局放檢測(cè)異常分析及處理研究

李桂芹，張 炯，張發(fā)軍

（河南森源電氣股份有限公司，河南 鄭州 450000）

0 引 言

變電站能夠持續(xù)正常供電，離不開40.5 kV開關(guān)柜設(shè)備的支持。影響40.5 kV開關(guān)柜安全運(yùn)行的因素有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)因素、元器件尺寸因素、熱縮護(hù)套安裝因素、材料質(zhì)量因素、環(huán)境因素及長(zhǎng)期電暈放電因素等。這些因素需要運(yùn)用有效的檢測(cè)技術(shù)及時(shí)檢測(cè)，達(dá)到保證變電站持續(xù)供電的目標(biāo)。

1 開關(guān)柜局部放電檢測(cè)原理

開關(guān)柜局部放電現(xiàn)象具有放電程度較小的特點(diǎn)，雖然微不足道，但是開關(guān)柜在長(zhǎng)時(shí)間受到局部放電的影響，會(huì)產(chǎn)生絕緣性能不斷下降的情況，最終使絕緣性能缺失，導(dǎo)致故障的產(chǎn)生。需要重視局部放電現(xiàn)象，并對(duì)局部放電現(xiàn)象進(jìn)行研究。引發(fā)局部放電的原理是絕緣結(jié)構(gòu)中存在電場(chǎng)分布不均的現(xiàn)象，電場(chǎng)分布集中的位置會(huì)引發(fā)電場(chǎng)過高情況，電場(chǎng)過高會(huì)對(duì)開關(guān)柜的局部進(jìn)行放電或者擊穿。局部放電的位置一般在固體的絕緣孔隙處、液體的絕緣氣泡處及擁有不同介質(zhì)特性的絕緣層之間。對(duì)局部放電的放射能量進(jìn)行分析，其放射的能量有三種，即電磁能量、聲能及氣體。放射的電磁能量中，主要放射無線電波能量、光能以及熱能。放射的聲能，主要放射的是聲音和超聲波。放射的氣體能量是臭氧和氮氧化物?？蛇\(yùn)用無線電頻率和超聲波兩種檢測(cè)技術(shù)來檢測(cè)開關(guān)柜的局部放電[1]。

通過對(duì)開關(guān)柜局部放電過程的研究發(fā)現(xiàn)，開關(guān)柜產(chǎn)生放電現(xiàn)象是因?yàn)檫\(yùn)行時(shí)，母線的套管內(nèi)發(fā)生電暈放電現(xiàn)象，小車開關(guān)的上下觸頭所在的盒內(nèi)位置發(fā)生電暈放電現(xiàn)象，在TA與具有絕緣隔板的位置也有電暈放電現(xiàn)象。開關(guān)柜內(nèi)可以聽到較大的放電聲，技術(shù)人員聽到聲音后，需要進(jìn)行停電舉措，再檢查開關(guān)柜是否發(fā)生異常；通過檢查發(fā)現(xiàn)，在元件處有放電的痕跡以及爬電的問題，且釋放較為濃厚的臭氧氣味。

2 局放原因分析

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)因素

引發(fā)放電現(xiàn)象的因素中，開關(guān)柜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是重要因素之一。電暈的產(chǎn)生過程是絕緣材料因距離過于近，即便擁有耐壓水平高的優(yōu)勢(shì)也被電離產(chǎn)生電暈。電暈產(chǎn)生后會(huì)進(jìn)一步產(chǎn)生放電，因此該結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是含有缺陷的。

2.2 觸頭盒和套管以及母排擁有的開關(guān)柜設(shè)計(jì)缺陷

距離問題是引發(fā)放電現(xiàn)象的重要因素。通過對(duì)觸頭盒、套管及母排的位置進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，套管與母排之間的距離較小，又因并未設(shè)計(jì)屏蔽的結(jié)構(gòu)，極易發(fā)生電暈放電現(xiàn)象。雖然電暈放電程度較小，但絕緣材料長(zhǎng)時(shí)期受此影響也會(huì)使絕緣性能不斷降低，產(chǎn)生老化的現(xiàn)象，老化現(xiàn)象并不可逆，導(dǎo)致故障的產(chǎn)生。母排安裝設(shè)計(jì)缺乏規(guī)范性，在觸頭盒內(nèi)的母排與互感器進(jìn)行一次性連接的規(guī)范性缺失。存在曲率半徑較小的問題，使不均電場(chǎng)分布產(chǎn)生，提高了電暈放電發(fā)生的可能性。

2.3 元器件尺寸因素

在元器件尺寸設(shè)計(jì)上存在缺陷。元器件尺寸的大小以及各元器件相間的距離過近，形成了電暈放電現(xiàn)象的條件。如果周圍的環(huán)境擁有較高的濕度且污穢，那么會(huì)加劇放電現(xiàn)象，使故障更為嚴(yán)重。開關(guān)柜擁有的元器件包括TA、相間互感器及SMC絕緣板，三者設(shè)計(jì)的尺寸不合理，三者之間設(shè)計(jì)的距離不合理。其中，TA尺寸設(shè)計(jì)較大，5 mmSMC絕緣板設(shè)計(jì)在相間互感器之間，使三種相間互感器之間擁有的空氣凈距過小。設(shè)計(jì)加入的SMC絕緣板所在位置與互感器外裙邊相貼，兩者之間產(chǎn)生較小縫隙。TA隔板運(yùn)用裙邊短接的設(shè)計(jì)，形成了局部放電的條件。

2.4 熱縮護(hù)套安裝因素

熱縮護(hù)套的安裝過程并沒有嚴(yán)格依照安裝規(guī)范進(jìn)行，使套盒的邊緣以及絕緣體發(fā)生懸浮，從而促進(jìn)了電位放電。環(huán)境因素和放電因素促進(jìn)熱縮套管、熱縮套盒的老化，老化現(xiàn)象不可逆，導(dǎo)致絕緣性能缺失，導(dǎo)致故障的產(chǎn)生。包裝熱縮罩盒時(shí)，也未達(dá)到包裝標(biāo)準(zhǔn)要求，出現(xiàn)開口現(xiàn)象導(dǎo)致放電形成。

2.5 材料質(zhì)量因素

母排運(yùn)用的熱縮護(hù)套材料存在質(zhì)量問題。熱縮護(hù)套材料存在厚薄不一的問題，質(zhì)量差別較大，且部分材料已經(jīng)產(chǎn)生發(fā)硬和發(fā)脆的現(xiàn)象。此現(xiàn)象造成絕緣性能不斷下降，直至缺失。

2.6 環(huán)境因素

如果變電站所處的環(huán)境擁有潮濕度高、空氣粉塵較重的特點(diǎn)，那么會(huì)使開關(guān)柜產(chǎn)生的電暈放電現(xiàn)象進(jìn)一步加強(qiáng)。潮濕和空氣粉塵長(zhǎng)時(shí)間侵蝕開關(guān)設(shè)備，會(huì)加速絕緣材料絕緣性能下降的速度，加大電流的泄漏，導(dǎo)致絕緣件的老化程度加快。在此惡性循環(huán)下，導(dǎo)致事故的快速產(chǎn)生。

2.7 長(zhǎng)期電暈放電因素

開關(guān)柜在長(zhǎng)期電暈放電作用下，產(chǎn)生的危害較多、較大。產(chǎn)生的危害包括噪音、電能損耗、干擾無線信號(hào)和電子裝置、長(zhǎng)期腐蝕周圍設(shè)備原件、產(chǎn)生電弧放電及短路。長(zhǎng)期電暈放電會(huì)產(chǎn)生高頻的電磁波，從而干擾無線信號(hào)和電子裝置。長(zhǎng)期電暈放電作用下，使周圍的設(shè)備原件發(fā)生腐蝕，特別是對(duì)有機(jī)絕緣件表面的腐蝕，使材料的老化速度加快，絕緣性能缺失，產(chǎn)生電弧放電現(xiàn)象，最終引發(fā)短路故障。

3 40.5 kV開關(guān)柜局放檢測(cè)原理分析

3.1 40.5 kV開關(guān)柜局放超聲波檢測(cè)技術(shù)原理分析

開關(guān)柜產(chǎn)生局部放電現(xiàn)象擁有較大的放電聲，需要技術(shù)人員運(yùn)用自身的聽覺。但因個(gè)人因素，聽覺能力不同，所以檢測(cè)會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤判斷。運(yùn)用儀器對(duì)開關(guān)柜產(chǎn)生的聲波進(jìn)行檢測(cè)。儀器的采集率要比人工更敏感，且方向性更強(qiáng)。通過實(shí)踐，運(yùn)用頻率是40 kHz的超聲波麥克風(fēng)是較為敏感的檢測(cè)方法。在聲源和麥克風(fēng)之間如果產(chǎn)生空氣路徑，那么其檢測(cè)的能力會(huì)更為優(yōu)越。

3.2 40.5 kV開關(guān)柜局放接地電壓檢測(cè)技術(shù)原理分析

接地電壓檢測(cè)技術(shù)針對(duì)的是暫態(tài)接電壓的檢測(cè)，其存在的時(shí)間較短，且在幾毫伏至幾伏的范圍內(nèi)。運(yùn)用此檢測(cè)技術(shù)的條件具體如下。如果放電現(xiàn)象發(fā)生在高壓開關(guān)柜的絕緣層，此位置會(huì)發(fā)生無線電頻率范圍內(nèi)的電磁波現(xiàn)象，此電磁波會(huì)從金屬外殼處的開孔位置泄露到天關(guān)柜的外表。如果電磁波被傳送到開關(guān)柜外，會(huì)在接地處的金屬外殼發(fā)生暫態(tài)電壓。運(yùn)用接地電壓檢測(cè)技術(shù)時(shí)，只需把探頭放在開關(guān)柜外即可，運(yùn)用非侵入的方式進(jìn)行檢測(cè)[3]。

3.3 40.5 kV開關(guān)柜局放檢測(cè)異常處理

40.5 kV開關(guān)柜自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)40.5 kV開關(guān)柜的保護(hù)工作是建設(shè)的重點(diǎn)內(nèi)容。對(duì)40.5 kV開關(guān)柜局放進(jìn)行檢測(cè)工作時(shí)，定期檢查是關(guān)鍵因素。實(shí)際檢測(cè)工作中，運(yùn)用的是傳統(tǒng)的檢查方式，且只對(duì)傳統(tǒng)晶體管進(jìn)行檢查，也只對(duì)晶體管采用保護(hù)模式。此模式對(duì)內(nèi)部其他相關(guān)的設(shè)備以及零部件產(chǎn)生重要影響，使其無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)。需要改變此檢測(cè)模式，還要充分發(fā)揮微機(jī)繼電的保護(hù)性能。

根據(jù)實(shí)際情況制定定期檢查的方案，可以在一定的周期內(nèi)最少進(jìn)行一次的整組實(shí)驗(yàn)，每年都需要進(jìn)行最少一次的定期檢查工作。此外，在三、四年內(nèi)，還需要對(duì)微機(jī)繼電保護(hù)的實(shí)施部位進(jìn)行仔細(xì)地檢查，需要準(zhǔn)確檢查出口部分是否具有準(zhǔn)確性能，回路是否達(dá)到精準(zhǔn)的目標(biāo)。在八年之內(nèi)，還需要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行整體檢查。

檢查時(shí)可以運(yùn)用如下方法。第一，縱向分析法。同一開關(guān)柜在不同的時(shí)間進(jìn)行測(cè)試，再對(duì)測(cè)試結(jié)果運(yùn)用分析比較的模式確定設(shè)備的狀態(tài)。此方法容易受環(huán)境影響。第二，橫向分析法。此方法是對(duì)所有同類型的開關(guān)柜進(jìn)行檢測(cè)，得到的結(jié)果進(jìn)行分析和比較，如果某個(gè)開關(guān)柜的結(jié)果與其他測(cè)試結(jié)果有較大數(shù)值差時(shí)，那么此開關(guān)柜有缺陷。第三，儀器技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)分析法。此方法運(yùn)用儀器進(jìn)行檢測(cè)，分析開關(guān)柜是否擁有缺陷。測(cè)試人員需要根據(jù)儀器的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)開關(guān)柜進(jìn)行判斷。儀器的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)具體如下。如果背景讀數(shù)在20 dB以下，那么沒有電暈放電現(xiàn)象。如果背景讀數(shù)在20 dB以上，那么有可能發(fā)生放電現(xiàn)象。需要消除外部干擾后再進(jìn)行測(cè)試。這主要是因?yàn)樵肼晻?huì)遮蓋開關(guān)柜內(nèi)因放電現(xiàn)象而產(chǎn)生的較大噪音。

4 結(jié) 論

40.5 kV開關(guān)柜影響著變電站的可持續(xù)供電性能，對(duì)其運(yùn)用的檢測(cè)技術(shù)最為關(guān)鍵。通過運(yùn)用三種處理方式對(duì)異?，F(xiàn)象進(jìn)行解決，從而使40.5 kV開關(guān)柜能夠安全運(yùn)行，達(dá)到變電站可持續(xù)供電的目標(biāo)。