特高頻和超聲波在開關(guān)柜局部放電帶電檢測(cè)中的應(yīng)用

趙小宇 滿少杰 佟雷 王兆熹 王祎明 趙晴

摘要：目前，在開關(guān)柜實(shí)時(shí)檢測(cè)領(lǐng)域，應(yīng)用較多的方法有：暫態(tài)地電壓法（TEV）、超聲波檢測(cè)法等。隨著經(jīng)驗(yàn)的積累和時(shí)間的推移，測(cè)試人員發(fā)現(xiàn)，有時(shí)這兩種方法并不能有效地發(fā)現(xiàn)放電現(xiàn)象。經(jīng)過技術(shù)的不斷發(fā)展，試驗(yàn)人員發(fā)現(xiàn)，特高頻方法對(duì)于高壓開關(guān)柜局部放電現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)和判斷也是非常有效的。

關(guān)鍵詞：局部放電;高壓開關(guān)柜;帶電檢測(cè);應(yīng)用

1特高頻局部放電檢測(cè)的原理

電力設(shè)備局部放電是指電力設(shè)備絕緣系統(tǒng)中部分被擊穿的電氣放電，這種放電可以發(fā)生在導(dǎo)體（電極）附近，也可發(fā)生在其他位置。特高頻局部放電檢測(cè)技術(shù)是基于探測(cè)局部放電所發(fā)出的電磁波信號(hào)，局部放電過程中將產(chǎn)生很陡的脈沖電流，其快速上升時(shí)間小于1 ns，并向四周輻射出頻率高達(dá)數(shù)GHz電磁波。特高頻檢測(cè)是通過UHF傳感器檢測(cè)特高頻電磁波（頻率范圍300～3 000 MHz）信號(hào)，從而獲得局部放電信息，通過分析相關(guān)信息，給出判斷結(jié)論。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備情況不同，可以采用內(nèi)置式特高頻傳感器或外置式傳感器。

2傳統(tǒng)高壓開關(guān)柜超聲波帶電檢測(cè)技術(shù)的基本原理

在局部放電發(fā)生時(shí)，放電點(diǎn)的基礎(chǔ)狀態(tài)被打破，其所處的空間環(huán)境失去平衡，發(fā)生機(jī)械振蕩，傳遞出聲音或振動(dòng)信號(hào)。固體和液體振動(dòng)幅度較小，而氣體的振動(dòng)幅度較大。放電會(huì)產(chǎn)生聲波，一般來說，其頻率范圍最小只有幾赫茲，而最大可達(dá)到幾兆赫茲，而人類的聽覺器官在不借助外部輔助的情況下，是不可能聽到高于20kHz的聲波，所以在進(jìn)行檢測(cè)工作時(shí)，工作人員需要借助超聲波傳感器。傳感器根據(jù)使用情況分為幾種類型，敞開式的靈敏度較高，但有效頻率基本固定在40kHz。壓電式的靈敏度較差，但頻率覆蓋范圍較寬，一般為20～200kHz。

3高壓開關(guān)柜局部放電帶電檢測(cè)應(yīng)用

開關(guān)柜局部放電檢測(cè)時(shí)，應(yīng)首先測(cè)量背景噪聲。有條件時(shí)需分別測(cè)量空氣背景和金屬背景。然后盡可能關(guān)閉周圍空間中的干擾源，如空調(diào)、手機(jī)、日光燈、SF6在線報(bào)警裝置、除濕裝置等。由于室外的一些干擾源發(fā)出的電磁波也可能造成影響，包括雷達(dá)、廣播、電臺(tái)、無線電信號(hào)等，因此測(cè)量背景噪聲時(shí)，應(yīng)該需要多次記錄，并取其平均值讀數(shù)。使用暫態(tài)地電壓法測(cè)量時(shí)，應(yīng)在開關(guān)柜柜體表面選擇多個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，根據(jù)柜內(nèi)設(shè)備的安裝位置，通常會(huì)在前柜門中部和下部各選擇一個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，（因?yàn)榍吧喜繜o高壓設(shè)備，一般為二次端子），在后柜門通常會(huì)在上部、中部和下部各取一個(gè)檢測(cè)點(diǎn);高壓室內(nèi)存在較多開關(guān)柜時(shí)，一般會(huì)成行布置，對(duì)處于行兩端的開關(guān)柜還應(yīng)在兩側(cè)柜門的上部、中部和下部各取一個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，信號(hào)也盡可能選擇在柜內(nèi)設(shè)備的中心位置。檢測(cè)時(shí)，傳感器探頭和其要測(cè)量的金屬柜體表面之間，一定要緊緊貼住，出現(xiàn)任何一些細(xì)小的空隙，也會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果造成影響。使用超聲波法進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，一定要使用敞開式傳感器，盡量在留有空隙的部位進(jìn)行檢測(cè)，可以選取柜體間空隙、散熱孔、觀察窗等部位，并盡量不要碰觸金屬柜體。檢測(cè)過程中傳感器應(yīng)緩慢移動(dòng)掃描，不遺漏任何可能泄露聲波信號(hào)的縫隙。使用特高頻法測(cè)量時(shí)，由于特高頻信號(hào)不能穿越金屬柜體，傳感器應(yīng)緊密貼在觀察窗、散熱孔等位置，不能貼在開關(guān)柜金屬表面。

4應(yīng)用實(shí)例

某220 kV變電站在開展特高頻局部放電帶電檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)1號(hào)主變301開關(guān)柜內(nèi)存在放電信號(hào)，初步判斷301開關(guān)柜柜內(nèi)存在局部放電缺陷，需開展停電查找故障原因。

4.1超聲波和暫態(tài)地電壓聯(lián)合檢測(cè)

在對(duì)301開關(guān)柜進(jìn)行超聲波和暫態(tài)地電壓檢測(cè)時(shí)，其測(cè)量結(jié)果均滿足《國(guó)網(wǎng)運(yùn)檢部關(guān)于印發(fā)變電設(shè)備帶電檢測(cè)工作指導(dǎo)意見》的通知規(guī)定：超聲波檢測(cè)無典型放電波形或音響，且數(shù)值≤8 dB;暫態(tài)地電壓測(cè)試相對(duì)值≤20 dB。

4.2特高頻局部放電檢測(cè)

在對(duì)301開關(guān)柜進(jìn)行特高頻局部放電檢測(cè)時(shí)，高壓室內(nèi)背景顯示正常，但在301開關(guān)柜后下柜門的玻璃視窗處檢測(cè)到典型的放電圖譜，檢測(cè)到的最大放電強(qiáng)度達(dá)57 dB，參考Q/GDW11059.2—2013《氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備局部放電帶電測(cè)試技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用導(dǎo)則第2部分特高頻法》，初步診斷分析為懸浮電位放電，經(jīng)驗(yàn)判斷為嚴(yán)重缺陷。觀察開關(guān)柜內(nèi)部結(jié)構(gòu)，后下柜門玻璃視窗對(duì)應(yīng)柜內(nèi)設(shè)備有：電流互感器、帶電顯示傳感器及母線引下排等，故懷疑放電源可能為柜內(nèi)電流互感器或帶電顯示傳感器。

4.3停電試驗(yàn)檢查

（1）外觀檢查。對(duì)301開關(guān)柜內(nèi)的互感器、帶電顯示裝置、銅排等進(jìn)行詳細(xì)檢查，未發(fā)現(xiàn)帶電顯示裝置和銅牌有異常及放電痕跡，但穿心互感器的等電位連接線與內(nèi)壁粘接處均有不同程度的不平整、不光滑，有明顯毛刺。將三相互感器拆下后，發(fā)現(xiàn)互感器內(nèi)的等電位連接線直接用膠粘貼在TA內(nèi)壁上，粘接處有部分翹起，運(yùn)行過程中有可能產(chǎn)生懸浮電位。輕扯等電位連接線便可將粘接處扯開，并且發(fā)現(xiàn)其粘接面有大量的綠色粉末。

（2）試驗(yàn)診斷分析。在對(duì)301電流互感器進(jìn)行外觀檢查之后，繼續(xù)對(duì)電流互感器開展了絕緣電阻和脈沖電流法局部放電試驗(yàn)。301電流互感器整體絕緣電阻良好，通過脈沖法開展局部放電試驗(yàn)，依據(jù)DL/T 417—2006《電力設(shè)備局部放電現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量導(dǎo)則》，三相電流互感器有兩相局部放電數(shù)據(jù)嚴(yán)重超標(biāo)。

4.4原因分析及處理

通過現(xiàn)場(chǎng)停電檢查，301開關(guān)柜中的電流互感器等電位連接線與內(nèi)壁的連接不可靠，在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生懸浮電位放電，是導(dǎo)致特高頻局部放電信號(hào)明顯的直接原因。通過停電局部放電試驗(yàn)檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)了A、C相電流互感器局部放電超標(biāo)，如果繼續(xù)投運(yùn)必將帶來嚴(yán)重隱患。為確保安全運(yùn)行，更換了互感器及連接支排，處理后對(duì)互感器連同支排開展了耐壓試驗(yàn)，并在升壓至運(yùn)行電壓后進(jìn)行了超聲波、暫態(tài)地電壓和特高頻局部放電檢測(cè)，結(jié)果顯示正常。

結(jié)束語

目前，由于設(shè)備絕緣性故障都從局部放電開始，高壓開關(guān)柜的停電試驗(yàn)周期較長(zhǎng)，絕緣缺陷在兩次停電試驗(yàn)間很難被發(fā)現(xiàn)。因此，運(yùn)用帶電檢測(cè)方法發(fā)現(xiàn)設(shè)備的放電信號(hào)，以此替代停電試驗(yàn)，從而及時(shí)有效的發(fā)現(xiàn)缺陷，預(yù)防事故的發(fā)生。

參考文獻(xiàn)：

[1]張剛，開關(guān)柜局部放電帶電檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用.2018.

[2]江興剛，淺談特高頻法在高壓開關(guān)柜局部放電帶電檢測(cè)中的應(yīng)用.2019.