高压开关柜局部放电检测技术及应用

高压开关柜局部放电检测技术及应用概述高压开关柜是使用极广、数量最多的开关设备。开关柜的运行状态对电力系统供电可靠性具有重大影响。局部放电的产生对电力设备的绝缘状况影响是非常大的，严重时甚至会导致绝缘事故。常规的耐压试验难以发现局部放电这类绝缘缺陷。局部放电检测是反映开关柜绝缘状况的有效手段，检测局部放电可以避免电力设备在运行中发生突发性绝缘损坏事故。高压开关柜的局放检测与故障诊断，是实现设备预知性维修的前提，是保证设备安全可靠运行的关键。高压开关柜简介1开关柜局部放电类型及放电因素2超声波、暂态地电压检测技术3应用案例简介4总结5目录01高压开关柜简介开关柜定义01高压开关柜是用于电力系统的成套电气设备，用于电力系统发电、输电、配电、电能转换和消耗中起开合、控制或保护等作用。开关柜具有架空进出线、电缆进出线、母线联络等功能。主要适用于发电厂、变电站、石油化工、冶金轧钢、轻工纺织、厂矿企业和住宅小区、高层建筑等各种不同场所。高压开关柜须具备完善的“五防”功能，即1、防止误分合断路器。2、防止带负荷拉合开关。3、防止带电挂接地线。4、防止带接地线合断路器。5、防止误入带电间隔。开关柜组成02开关柜的生产、制造、试验都应满GB3906-2006《3.6kV~40.5交流金属封闭开关设备和控制设备》的有关要求，由柜体和断路器二大部分组成，柜体由壳体、电气元件(包括绝缘件)、各种机构、二次端子及连线等组成。柜内常用一次电气元件(主回路设备)常见的有如下设备：电流互感器、电压互感器、接地开关、避雷器、隔离开关、断路器、接触器、高压熔断器、变压器、带电显示器、穿墙套管、绝缘子、主母线和分支母线等。二次元件主要有继电器，电度表，电流表，电压表，功率表，功率因数表，频率表，熔断器，空气开关，转换开关，信号灯，电阻，按钮，微机综合保护装置等。开关柜分类03开关柜按照不同的回路方案或不同的功能进行划分，一般分为进线柜、出线柜、TV柜、计量柜、分段联络柜、站用变柜、电容器柜等，不同回路的开关柜内部一次电气元件也不同。02开关柜局部放电类型及放电因素开关柜局部放电类型01内部放电内部放电的产生放电脉冲一般发生在电源周期的第一和第三相限，且两个相位段的放电特征比较对称。表面放电这种情况可能出现在套管法兰处、电缆终端部，也可能出现在导体和介质弯角表面处。电晕放电电晕放电是在电气设备电场极不均匀的情况下，导体表面附近的电场强度达到气体的击穿场强时所发生的放电。悬浮放电悬浮电位放电是指高压设备中某个导体部件存在结构设计缺陷，或者其它原因导致接触不良断开开关柜局部放电因素02导致设备局部放电的因素运行状态的影响运行过电压；雷电波冲击；谐波畸变；设备本身的原因绝缘材料不均匀；内部存在空洞和杂质；导体表面存在凸出部；绝缘强度的不足；环境因素的影响：潮湿、过热03超声波、暂态地电压检测技术TEV局放检测技术原理01局部放电的伴生现象电磁波的发射：HF～VHF～UHF～SHF；声音信号：可闻噪声～超声波；气体生成物：氮化物、碳化物、氟化物；光：红外、紫外；发热：红外；电流行波：高频脉冲电流。TEV局放检测技术原理01局部放电发生时，带电粒子会快速地由带电体向接地的非带电体快速迁移，如配电设备的柜体放电点产生高频电流波，并在非带电体上产生高频电流行波，且以光速向各个方向快速传播；受集肤效应的影响，电流波仅集中在金属柜体内表面传播，而不会直接穿透；在金属断开或绝缘连接处，电流波转移至外表面，并以电磁波形式进入自由空间；开关柜金属盘传感器绝缘层传感器主体引出线带电体TEV局放检测流程021234背景检测暂态地电压检测结论综合分析TEV局放检测数据分析03TEV读数结论1.高背景读数，即大于20dB。(a)高水平噪声可能会掩盖开关柜内的放电。(b)可能是由于外部的影响，可能时，应该消除外部干扰源再重新测试，或使用局部放电监测仪以识别开关柜中的任何放电。2.如果开关柜和背景基准的所有读数都小于20dB。无重大放电。每年一次重新检查。3.开关柜读数比背景值高10dB并且读数大于20dB（而不是比背景值高20dB），脉冲计数大于50。开关柜内部很有可能存在内部放电。使用局部放电定位仪器做进一步监测，定位。4.读数伴随着超过1000的脉冲计数这表示该区域内有背景干扰电磁辐射。如果读数大于20dB建议使用PDM03以区分外部电磁活动。表面放电会引起较高的脉冲计数，在这种情况下可以使用仪器提供超声波测试方法来确认。依据Q/GDW1168-2013《输变电设备状态检修试验规程》、《DLT1250-2013气体绝缘金属封闭开关设备带电超声局部放电检测应用导则》，国家电网公司变电检测管理规定（试行）第5分册暂态地电压局部放电检测细则。开关柜检测项目、周期和标准。AE局放检测技术原理04局部放电产生的声波的频谱很宽，可以从几十Hz到几MHz，其中频率低于20kHz的信号能够被人耳听到，而高于这一频率的超声波信号必须用超声波传感器才能接收到。通过测量超声波信号的声压大小，可以推测出放电的强弱。AE局放检测数据分析05依据Q/GDW1168-2013《输变电设备状态检修试验规程》、Q/GDW11060-2013《交流金属封闭开关设备暂态地电压局部放电带电测试技术现场应用导则》，开关柜检测项目、周期和标准。1.声音判别技术在现场巡检中，进行超声波判断分析时应首先进行声音判别，再进行超声波阈值比较分析。监听到放电声音，那么进行可进行超声波阈值比较，判断局部放电的严重程度；如果未监听到放电声音，那么无论超声波检测数据如何，均表示开关柜正常，按照巡检周期安排再次进行巡检；AE局放检测数据分析052.阈值比较技术当在巡检中，监听到放电声音时：如果超声波检测值在8dB以下，应对该开关柜加强关注，缩短巡检周期，观察检测幅值的变化趋势；如果开关柜的检测值在8~15dB，则表明该开关柜存在局部放电现象，应缩短巡检周期，并使用定位技术对放电点进行定位，必要时停电进行检查；如果开关柜的检测值在15dB以上，则表明该开关柜存在严重局部放电现象，应使用定位技术对放电点进行定位，同时停电进行检查。声电联合检测的有效验证06电磁测量与声音测量的对比暂态地电压法对脉冲的变化速度比较敏感，比较适合介质内部放电；对放电频谱较低的套管、终端、绝缘子表面放电不敏感；易受外界电磁干扰的影响；能够精确定位，但分辨率不高，主要是设备精度限制；传播过程衰减较小；超声波法对介质类型比较敏感，适合检测空气介质放电；比较适合检测套管、终端、绝缘子的表面放电；易受现场机械振动的干扰；定位精度受内部反射、折射等现象的影响，但对设备精度要求较低；传播过程衰减大；声电联合检测的有效验证06单一的运用某种检测方法，存在着一定局限性，并不能全面、客观、真实的反映被检设备的运行状况，有时甚至出现误判断。由于放电类型能量的释放形式不同、各种检测方法的实用性与灵敏度也存在差异，所以在对开关柜局部放电检测过程中，要将上述检测手段综合应用；唯有综合运用不同的检测方法，通过相关软件对测试数据进行专业分析才能做到对设备运行状况最客观的评估，从而做出合理的决策；声－电联合测试是开关柜局部放电检测的最佳选择！04应用案例简介异常概况012018年6月1日，14时30分对330kV某变35kVⅡⅢ段高压室开关柜开展带电检测工作，利用超声波检测在3539935kVⅢ母YH柜检测到异常信号；地电波检测34dB，背景28dB；特高频未检测到异常信号；利用超声波定位在后柜下部电缆室中间位置检测到最大50dBμV的信号，背景-1dBμV，对应电缆B相位置，现场勘查电缆室，B相电缆中部位置存在放电痕迹，与超声波检测定位位置相吻合；15时30分进行复测，超声信号幅值稳定，地电波35dB，特高频无异常信号；17时00分将缺陷进行上报，18时40分停电；20时10分打开后柜下部对电缆室进行检查，B相电缆40CM处位置存在放电痕迹，伞裙存在受潮现象，伞裙上部位置存在碳焦状位置，电缆头接线板位置存在铜锈，电缆绝缘290MΩ（正常大于5000MΩ）；次日2时30分对电缆头进行更换，05时33分恢复送电，06时20分进行复测，超声波信号-5dBμV，与背景相同；地电波13dB，背景10dB，对比无明显差异；特高频检测无异常信号；异常信号消失，消缺工作顺利完成；解体结果与检测分析结果吻合。测试数据02超声波检测数据利用超声波技术在3539935kVⅢ母YH柜检测到异常超声信号，超声定位信号最大点位置位于后柜电缆室下部中间位置，幅值50dBμV。测试数据02设备厂家陕西开关厂设备型号JYN-35仪器名称开关柜局部放仪仪器型号UltraTEVplus+超声背景-1dBμV金属背景28dB温度24.5℃湿度39%天气晴开关柜名称前中dB前下dB后上dB后中dB后下dB侧上dB侧中dB侧下dB超声检测有无异常声响（有√无×）检测结果3539935kVⅢ母YH柜1516322934303434√异常地电波检测数据地电波后柜下部信号34dB，背景28dB，现场排除可能存在的干扰后，地电波数据无较大变化，判断分析较大地电波背景存在两种来源：一种为外界线路或变压器干扰，另一种为开关室内存在放电信号造成较大背景干扰，因开关室内范围较小，造成柜体检测与背景差异较小。参照超声波检测结果，分析开关室内较大背景数值可能为第二种情况造成；测试数据02特高频检测无异常。依据超声波、地电波及特高频检测结果，分析开关柜电缆室下部中间位置存在类似沿面特征的放电类型，随即通过观察窗对母线室进行勘察，发现B相母线电缆头中部位置存在白色粉末放电痕迹，明显存在受潮现象，第一个伞裙上部存在污垢积累，接线头位置存在铜锈，如右图所示，该放电位置与超声波定位位置相吻合。白色粉末放电痕迹检测结果分析03依据《DLT1250-2013气体绝缘金属封闭开关设备带电超声局部放电检测应用导则》及国家电网公司变电检测管理规定（试行）第5分册暂态地电压局部放电检测细则，判断在3539935kVⅢ母YH柜电缆室B相电缆头位置存在放电，同时电缆头部位受潮严重，超声波幅值达50dBμV，放电特征较强烈，随时存在安全隐患，15时30分进行复测，信号幅值稳定；针对该缺陷特征，立即上报站内值班人员，建议立即停电进行处理。现场检查处理情况042018年6月1日18时40分对3539935kVⅢ母YH柜进行停电，20时10分进行解体，开柜检查后，除B相电缆头放电痕迹外其他部位均无异常，B相电缆头背面位置放电痕迹更严重，伞裙位置存在碳胶状物质。23时10分拆除电缆对侧接线后对电缆绝缘进行测量，绝缘电阻290MΩ，A相及C相绝缘电阻均大5000MΩ，次日凌晨40分对放电部位减除后，重新检测电缆绝缘，绝缘电阻大于5000MΩ，满足绝缘要求，确定B相电缆故障位置已经排除，重新制作电缆头。2时30分，电缆头制作完成，进行电缆绝缘测量，电阻大于5000MΩ，满足绝缘要求；2时50分恢复安装。恢复后检测05超声波检测5时33分，3539935kVⅢ母YH柜恢复送电，6时20分，检测人员对该开关柜进行复测；超声波检测电缆室下侧中间位置幅值-5dBμV，与背景检测值相同地电波检测地电波检测后柜下部13dB，背景10dB，对比消缺前存在明显差异；验证消缺前28dB背景值来源于3539935kVⅢ母YH柜内部放电影响，与前期分析结果吻合。特高频检测无异常信号。综合超声波、地电波及特高频检测数据分析，异常信号消失，设备运行状态良好，开关柜内部放电源已成功处理，避免事故发生。05总结总结超声波、暂态对地电压等检测技术对开关柜内电力设备的可靠运行有了进一步的保证，对目前开展的状态检修也有了进一步的推进。检测技术的智能化需要基础绝缘理论、测试技术等的突破。带电检测技术的不断尝试有利于推动基础研究，也利于最快的掌握先进的状态检测手段，真正有效提高电力设备健康运行水平。谢谢大家