超聲波檢測(cè)法檢測(cè)開關(guān)柜內(nèi)部局部放電故障的相關(guān)思考

云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司昆明供電局 楊 珊

現(xiàn)階段在國(guó)內(nèi)外高壓開關(guān)柜局部放電檢測(cè)常用的有脈沖電流法、光測(cè)法、紅外檢測(cè)法、化學(xué)檢測(cè)法及瞬時(shí)對(duì)地電壓法等，其中最廣泛使用的是脈沖電流法及超聲波檢測(cè)法。各種電器設(shè)備在使用過(guò)程中會(huì)形成絕緣劣化，勢(shì)必會(huì)致使電壓變大、絕緣強(qiáng)度大大降低，嚴(yán)重時(shí)會(huì)誘發(fā)開關(guān)柜的爆炸，此時(shí)在內(nèi)部產(chǎn)生放電現(xiàn)象，是導(dǎo)致十千伏開關(guān)柜設(shè)備絕緣劣化發(fā)生故障的主要因素。

在配網(wǎng)開關(guān)柜設(shè)備運(yùn)作過(guò)程中，應(yīng)采取有效方式加大局部放電帶電檢測(cè)，超聲波檢測(cè)法應(yīng)運(yùn)而生。通過(guò)使用超聲波檢測(cè)能有效對(duì)開關(guān)柜狀態(tài)、運(yùn)作情況進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，提高電力系統(tǒng)供電可靠性。嚴(yán)格按照國(guó)家電網(wǎng)公司頒布的電力設(shè)備帶電檢測(cè)技術(shù)規(guī)范通知進(jìn)行開關(guān)柜的檢查。針對(duì)異常問題及時(shí)解決，有效縮短測(cè)量周期，做好數(shù)據(jù)保存和對(duì)比工作。

1 超聲波檢測(cè)法檢測(cè)開關(guān)柜內(nèi)部局部放電理論闡述

1.1 超聲波檢測(cè)法

當(dāng)開關(guān)柜在工作時(shí)出現(xiàn)放電現(xiàn)象，可用超聲波檢測(cè)法進(jìn)行無(wú)損帶電檢測(cè)，放電信號(hào)可通過(guò)行波的方式進(jìn)行傳播。當(dāng)它傳輸?shù)皆O(shè)備外殼上時(shí)將超聲波傳感器貼在外殼上接收信號(hào)，能有效檢測(cè)到開關(guān)柜放電信號(hào)的大小、頻率特點(diǎn)等，在進(jìn)行超聲波檢測(cè)法使用時(shí)要考慮到受電器干擾的影響，進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)到精準(zhǔn)定位。尤其是對(duì)實(shí)驗(yàn)電源、實(shí)驗(yàn)環(huán)境要重點(diǎn)檢查，檢測(cè)對(duì)象的靈敏程度。超聲波在開關(guān)內(nèi)傳播時(shí)，如發(fā)生故障會(huì)進(jìn)行多次的反射和折射，在使用時(shí)主要是為定性判斷是否出現(xiàn)局部放電信號(hào)。該系統(tǒng)在運(yùn)作時(shí)離不開壓電晶體，它是超聲波檢測(cè)系統(tǒng)的傳感器，能將聲信號(hào)轉(zhuǎn)化。此時(shí)傳輸?shù)墓庑盘?hào)通過(guò)一系列光電元件進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將其變?yōu)殡娦盘?hào)，信號(hào)放大后會(huì)在示波器上進(jìn)行顯示。

在測(cè)量局部放電時(shí)使用的儀器多采取60～300kHz，也會(huì)受到傳播衰減因素的影響出現(xiàn)采集信號(hào)過(guò)于微弱。為全面提高傳感器工作效率，現(xiàn)階段的集成元件朝著低噪聲放大器、光纖方向發(fā)展，能提高超聲波檢測(cè)的靈敏程度。通過(guò)采用超聲波檢測(cè)法檢測(cè)開關(guān)柜內(nèi)部缺陷，能有效檢測(cè)到局部放電信號(hào)的存在，而且還能對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析，判斷設(shè)備的損害程度，為人員修理奠定強(qiáng)力的基礎(chǔ)。

1.2 開關(guān)柜內(nèi)部局部放電

絕緣和載流故障都和開關(guān)柜局部放電有著密切聯(lián)系，局部放電是設(shè)備故障的主要特征，也是造成絕緣劣化的原因之一。局部放電檢測(cè)是實(shí)現(xiàn)狀態(tài)檢測(cè)的有效技術(shù)手段，局部放電是指電力設(shè)備中絕緣部分被擊穿的電器放電能夠發(fā)生在導(dǎo)體附近，也可發(fā)生在其他區(qū)域內(nèi)部。局部放電主要發(fā)生在絕緣體內(nèi)部的放電，而表面內(nèi)部放電則是發(fā)生在絕緣體表面的放電，此時(shí)設(shè)備在運(yùn)作過(guò)程中也可能會(huì)出現(xiàn)電暈，它主要發(fā)生在被氣體包圍的導(dǎo)體附件的放電。

現(xiàn)階段影響設(shè)備局部放電的因素主要有運(yùn)行狀態(tài)、設(shè)備原因以及環(huán)境因。運(yùn)行狀態(tài)易受惡劣天氣、遭受雷擊、諧波畸變產(chǎn)生的影響；設(shè)備自身的原因可能是由于絕緣材料并不均勻、內(nèi)部存在空洞或是雜質(zhì)絕緣體，表面出現(xiàn)凸出部位強(qiáng)度不高；環(huán)境因素的影響。在過(guò)于潮濕或是過(guò)于炎熱的區(qū)域也可能引發(fā)局部放電，在開關(guān)柜電纜接頭處出現(xiàn)嚴(yán)重的銹蝕。

2 開關(guān)柜內(nèi)部局部放電檢測(cè)的意義

現(xiàn)階段加大開關(guān)柜內(nèi)部局部放電檢測(cè)能有效維護(hù)高壓開關(guān)柜，正常運(yùn)作高壓開關(guān)柜是確保城市配電網(wǎng)運(yùn)行的基礎(chǔ)設(shè)施。開關(guān)柜設(shè)備可靠性和用戶供電可靠性間有密切聯(lián)系，在進(jìn)行開關(guān)柜局部放電檢測(cè)時(shí)要以提高設(shè)備可靠性、穩(wěn)定性為主。開關(guān)柜在使用過(guò)程中，由于其數(shù)量眾多，不可能像傳統(tǒng)的高壓變壓器一樣使用在線檢測(cè)技術(shù)，無(wú)形中會(huì)加大監(jiān)測(cè)設(shè)備的成本。開關(guān)柜設(shè)備故障一旦引發(fā)會(huì)造成嚴(yán)重的后果，導(dǎo)致供電中斷，嚴(yán)重影響電網(wǎng)供電的可靠性，甚至?xí)l(fā)嚴(yán)重火災(zāi)，造成重大經(jīng)濟(jì)損失。

一般開關(guān)柜在運(yùn)作時(shí)可能會(huì)發(fā)生以下故障：拒動(dòng)故障主要是由于機(jī)構(gòu)內(nèi)部機(jī)械原因產(chǎn)生；誤動(dòng)故障是因二次控制回路產(chǎn)生；絕緣故障主要是由于缺陷、爬電、閃絡(luò)產(chǎn)生；開關(guān)與關(guān)合故障會(huì)受到多種因素的影響，載流故障主要是由于外部接觸不良產(chǎn)生的，也會(huì)受到外力的重?fù)簦赡苁怯捎诩庸すに嚥涣籍a(chǎn)生故障。其中絕緣故障與載流故障高達(dá)開關(guān)柜故障類型的60%以上。因此在發(fā)生局部放電時(shí)需對(duì)聲信號(hào)、電信號(hào)進(jìn)行控制。聲信號(hào)主要分為非接觸式超聲波檢測(cè)法、接觸式超聲波檢測(cè)法[1]。

在系統(tǒng)局部放電時(shí)，放電周圍的電場(chǎng)應(yīng)力、介質(zhì)應(yīng)力、粒子力處于相對(duì)平衡狀態(tài)。開關(guān)柜局部發(fā)生放電是一種迅速電荷釋放或遷移的過(guò)程，導(dǎo)致釋放點(diǎn)周圍電場(chǎng)應(yīng)力、機(jī)械應(yīng)力及粒子力迅速地失去平衡導(dǎo)致震蕩。此外，機(jī)械應(yīng)力與粒子力快速震蕩，致使放電點(diǎn)周圍介質(zhì)出現(xiàn)震動(dòng)、進(jìn)而產(chǎn)生聲波信號(hào)。換句話說(shuō)，放電強(qiáng)度大小和電廠應(yīng)力、機(jī)械應(yīng)力及粒子力三者間有密切聯(lián)系，也能直接決定震動(dòng)的程度及聲波的相度。對(duì)于同種放電過(guò)程，振動(dòng)幅度和介質(zhì)的彈性系數(shù)有密切聯(lián)系，振動(dòng)和聲波的傳播都是有損耗的，傳播途徑差異會(huì)影響放電強(qiáng)度和聲波響度間的比例。電纜絕緣內(nèi)部放電會(huì)導(dǎo)致震動(dòng)幅度過(guò)小，很難使用超聲波的方法進(jìn)行測(cè)量，而絕緣子母排導(dǎo)致的表面放電會(huì)誘發(fā)振動(dòng)幅值過(guò)大，可使用超聲波方法進(jìn)行測(cè)量[2]。

對(duì)開關(guān)柜內(nèi)部局部放電會(huì)激發(fā)電磁波信號(hào)，電磁波通過(guò)空氣通道從開關(guān)柜柜體縫隙或從觀察窗中進(jìn)行傳播，將特高頻電磁波檢測(cè)傳感器的位置放在縫隙處進(jìn)行觀察，通過(guò)儀器顯示數(shù)值對(duì)開關(guān)柜局部放電進(jìn)行檢測(cè)。開關(guān)柜的所有檢查應(yīng)至少包括三個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，分別為上部、中部及底部。

3 超聲波檢測(cè)法檢測(cè)開關(guān)柜內(nèi)部局部放電實(shí)例

3.1 檢測(cè)與分析判斷

在進(jìn)行開關(guān)柜局部放電檢測(cè)與分析判斷過(guò)程中，需要對(duì)68B開關(guān)柜背包柜中段進(jìn)行超聲波局放檢測(cè)。放電檢測(cè)發(fā)現(xiàn)有明顯的信號(hào)，采用超聲波局部放電測(cè)試法進(jìn)行開關(guān)柜局部放電測(cè)試，這時(shí)主變10千伏側(cè)68B開關(guān)柜后柜的信號(hào)明顯大于其他柜。在進(jìn)行不同測(cè)試點(diǎn)信號(hào)幅值比較時(shí)，發(fā)現(xiàn)信號(hào)最大點(diǎn)為68B開關(guān)柜背包柜中段，此時(shí)幅度值在150毫伏左右（圖1），此時(shí)需針對(duì)超聲波信號(hào)的相應(yīng)特征進(jìn)行分布。通過(guò)進(jìn)行反復(fù)對(duì)比發(fā)現(xiàn)開關(guān)柜超聲波信號(hào)幅值和相位特征分析，懷疑68B開關(guān)柜內(nèi)部有懸浮電位的放電，由于放電幅度較大需及時(shí)對(duì)68B開關(guān)柜進(jìn)行停電[3]。

圖1 68B開關(guān)柜超聲波相位圖譜（相位℃）

3.2 缺陷開關(guān)柜檢查與處理

在進(jìn)行開關(guān)柜檢查與處理時(shí)需對(duì)68B開關(guān)柜進(jìn)行停電處理，現(xiàn)場(chǎng)分析過(guò)程中發(fā)現(xiàn)等電位線脫落是由于廠家工藝控制不良產(chǎn)生的。在進(jìn)行接線端子制作時(shí)導(dǎo)致接線端子和導(dǎo)線壓接出現(xiàn)不良，造成設(shè)備振動(dòng)信號(hào)脫落，現(xiàn)場(chǎng)需重新制作等電位線進(jìn)行安裝，確保線路恢復(fù)正常。在進(jìn)行超聲波檢測(cè)法應(yīng)用時(shí)需重點(diǎn)管控系統(tǒng)內(nèi)的局部放電信號(hào)，針對(duì)不同缺陷類型進(jìn)行分析，進(jìn)而考慮到超聲波信號(hào)的不同特征，不管是時(shí)域的波形圖還是頻域分析圖等，都需使用此種特點(diǎn)進(jìn)行內(nèi)部缺陷的模式識(shí)別工作，需分別比較被測(cè)設(shè)備不同點(diǎn)超聲波局部的幅值進(jìn)行故障定位，通過(guò)超聲波圖譜進(jìn)行局部信號(hào)的相位幅值的分析判斷故障類型[4]。

3.3 局部放電檢測(cè)策略

在開關(guān)柜內(nèi)部局部放電故障探析時(shí)使用超聲波檢測(cè)方法，能改變傳統(tǒng)單一運(yùn)用某種檢測(cè)方法存在的不足，全面客觀真實(shí)地反映被檢測(cè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，避免存在的失誤和判斷。使用不同的檢測(cè)方式、通過(guò)相關(guān)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的測(cè)試對(duì)比，才能有效地對(duì)設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行客觀評(píng)估，從而做出科學(xué)的判斷。首先，在進(jìn)行局部檢測(cè)數(shù)據(jù)分析時(shí)，要做好沿面放電模型、瓷絕緣子表面放電模型及開裂瓷絕緣子內(nèi)部放電模型的構(gòu)建工作。超聲波對(duì)不同放電模型檢測(cè)效果是不同的，不同放電模型主要是利用使用超聲波檢測(cè)是否有效，使用電磁檢測(cè)是否敏感進(jìn)行分析。在進(jìn)行局部檢測(cè)時(shí)，局部放電數(shù)據(jù)分析技術(shù)并不是簡(jiǎn)單地回答是或不是，應(yīng)鎖定目標(biāo)，在海量數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)異常，及時(shí)找到解決問題的方式，將信息轉(zhuǎn)換成知識(shí)，將檢測(cè)技術(shù)更好地轉(zhuǎn)化為診斷技術(shù)[5]。

在當(dāng)下的高壓開關(guān)局部放電數(shù)據(jù)分析時(shí)需遵循以下原則：居于任何檢測(cè)技術(shù)的數(shù)據(jù)都是真實(shí)有用的；基于任何檢測(cè)技術(shù)的數(shù)據(jù)都有一定的局限性，并不是所有檢測(cè)技術(shù)都可使用在不同的故障檢測(cè)中；規(guī)律隱藏在長(zhǎng)期連續(xù)的檢測(cè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中，只有不斷的總結(jié)規(guī)律、提高人員的實(shí)踐技能，才能找到隱藏在測(cè)試數(shù)據(jù)中的問題，更好地進(jìn)行局部放電檢測(cè)；在進(jìn)行故障檢修時(shí)不僅要把握已有的規(guī)律、還需對(duì)現(xiàn)有規(guī)律進(jìn)行不斷的完善和補(bǔ)充，找到超聲波檢測(cè)法在檢測(cè)開關(guān)柜內(nèi)部局部放電故障存在的問題并不斷的補(bǔ)充[6]。

4 結(jié)語(yǔ)

單一的結(jié)果并不代表設(shè)備是否存在故障，僅屬于一種可能性。統(tǒng)計(jì)診斷技術(shù)在使用過(guò)程中是一種更為開放循環(huán)的過(guò)程，需進(jìn)行廣泛的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。在進(jìn)行局部檢測(cè)數(shù)據(jù)分析時(shí)也可使用橫向分析技術(shù)，考慮到三項(xiàng)測(cè)試數(shù)據(jù)的比較、鄰近開關(guān)柜測(cè)試數(shù)據(jù)比較、同類型開關(guān)設(shè)備測(cè)試數(shù)據(jù)比較，橫向分析法在進(jìn)行解讀時(shí)離不開儀器設(shè)備。其測(cè)試信號(hào)強(qiáng)度通常是以數(shù)值的形式進(jìn)行顯示，可顯示每個(gè)周期的脈沖數(shù)、嚴(yán)重程度及內(nèi)部放電的最大水平，而超聲波信號(hào)既可通過(guò)數(shù)值顯示也可通過(guò)聲音進(jìn)行探測(cè)。

在使用超聲波檢測(cè)法檢測(cè)開關(guān)柜內(nèi)局電故障時(shí)，需對(duì)開關(guān)柜局部放電檢測(cè)周期進(jìn)行控制，嚴(yán)格按照國(guó)家電力設(shè)備帶電檢測(cè)技術(shù)規(guī)范的通知進(jìn)行檢測(cè)，在設(shè)備投入半年到一年的時(shí)間內(nèi)、或是在投運(yùn)后，針對(duì)有異常但不嚴(yán)重的問題盡量縮短檢測(cè)周期，做好數(shù)據(jù)的保存工作，方便后期的對(duì)比，在最大范圍內(nèi)解決問題。如再進(jìn)行檢測(cè)過(guò)程是處在每年的高峰期，應(yīng)提前開展超聲波局部放電檢測(cè)。除外，開關(guān)柜局部放電檢測(cè)如出現(xiàn)異常。對(duì)非接觸式超聲波檢測(cè)來(lái)說(shuō)需測(cè)量相對(duì)值。如小于8dB系統(tǒng)沒有存在異常聲響，則判斷開關(guān)柜局部放電檢測(cè)結(jié)果正常，如處于8～15dB間則表明系統(tǒng)存在異常，如大于15dB則判斷為局部放電檢測(cè)結(jié)果存在嚴(yán)重缺陷。

綜上所述，在進(jìn)行超聲波檢測(cè)法檢測(cè)開關(guān)柜內(nèi)部局部放電故障時(shí)可全面管控開關(guān)柜的檢修狀態(tài)，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，加大開關(guān)柜在線檢測(cè)、找出有針對(duì)性的問題，避免盲目地求全、求細(xì)、求精，把握實(shí)用性原則。尤其是絕緣與載流故障發(fā)生時(shí)，此兩種故障在開關(guān)柜故障中所占比例較大，進(jìn)行局部放電檢測(cè)具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。聲電聯(lián)合檢測(cè)是開關(guān)柜局部放電檢測(cè)的最佳選擇，通過(guò)趨勢(shì)對(duì)比、橫向分析以及統(tǒng)計(jì)分析等多種方式，確定各方面的信息才能充分發(fā)揮超聲波檢測(cè)方法的最佳效用。檢測(cè)技術(shù)僅是幫助開關(guān)柜狀態(tài)維修的一種技術(shù)方式，而局部放電技術(shù)則是狀態(tài)檢修的核心內(nèi)容。狀態(tài)檢修分析技術(shù)回答的不單是或否的問題，它通過(guò)一系列的技術(shù)手段為故障設(shè)備提供更加有效的方式。

此外，如開關(guān)柜在進(jìn)行安裝檢修維護(hù)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)到未倒角、未去毛刺、螺栓選擇不當(dāng)會(huì)存在尖端放電，這容易和相間絕緣擋板接觸不良，引發(fā)嚴(yán)重的絕緣破壞。此時(shí)在進(jìn)行開關(guān)柜局部放電預(yù)防過(guò)程中需加大高壓室的密封工作，除排風(fēng)扇外應(yīng)將高壓室全部通風(fēng)口封死，加裝自動(dòng)啟動(dòng)裝置門。封閉開關(guān)柜后及時(shí)清理夾縫中的存水，避免電纜絕緣夾層浸入水[7]。在潮濕環(huán)境中還需添加風(fēng)扇，避免潮氣通過(guò)地下室進(jìn)入到電纜，降低地下空氣的相對(duì)濕度。