一種局部放電綜合管理系統(tǒng)在配電設(shè)備中的應(yīng)用

毛 恒

（廈門紅相電力設(shè)備股份有限公司，福建 廈門361001）

0 引言

配電設(shè)備作為電網(wǎng)的重要組成部分，是保證對終端客戶可靠供電的主要設(shè)備，其運行的安全可靠性直接影響到城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。但是，由于配電設(shè)備在惡劣的環(huán)境中運行，容易形成絕緣缺陷，進(jìn)而故障頻發(fā)。根據(jù)2005—2010年全國6～35kV開關(guān)柜事故統(tǒng)計，絕緣和載流故障引起的總事故占40.2%［1－3］，廣東電網(wǎng)公司對1992—2002年間開關(guān)設(shè)備故障類型的統(tǒng)計結(jié)果顯示，絕緣與載流性故障的比例甚至高達(dá)66%［4］，可見，由絕緣和接觸不良導(dǎo)致的故障所占比率是很高的，并且在事故潛伏期都可能產(chǎn)生局部放電現(xiàn)象，局部放電的強(qiáng)弱能夠及時反映絕緣狀態(tài)水平［5］。因此，對配電設(shè)備局部放電進(jìn)行檢測來判斷絕緣狀態(tài)，對于配電設(shè)備的綜合診斷、前期預(yù)警以及保護(hù)人員和設(shè)備安全具有很大的意義。

配電設(shè)備局部放電檢測技術(shù)在國外發(fā)展較早，但目前國內(nèi)相關(guān)技術(shù)還不夠成熟。傳統(tǒng)的檢測體系是根據(jù)規(guī)程定期進(jìn)行檢測，由于設(shè)備存在潛在的不安全期和實驗條件不夠等因素而往往檢測不到信號，不能及時排除隱患，同時必須停電操作，存在很大的盲目性［6］。為克服預(yù)防性檢修體系的局限性，減少停電，應(yīng)對配電設(shè)備開展?fàn)顟B(tài)檢修。

從狀態(tài)檢修的實際意義來說，電力公司目前利用的僅僅是狀態(tài)檢修的手段，而狀態(tài)檢修的目的在于通過局部放電檢測數(shù)據(jù)的積累及分析發(fā)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)中的異常現(xiàn)象，并總結(jié)出指導(dǎo)檢修的普遍性規(guī)律。但是，目前國內(nèi)開關(guān)設(shè)備的狀態(tài)檢修仍存在“重檢測、輕管理”的現(xiàn)象，以及數(shù)據(jù)安全性較差、分析數(shù)據(jù)來源不足、檢修策略過于簡單等缺陷。目前仍然沒有很好地解決現(xiàn)場檢測、數(shù)據(jù)存儲、管理、分析和應(yīng)用的關(guān)系，亟需加以改進(jìn)和完善。本文提出一個系統(tǒng)化解決方案，能很好地解決開關(guān)設(shè)備從局放檢測、數(shù)據(jù)管理、科學(xué)分析、故障定位到應(yīng)用的問題，達(dá)到科學(xué)檢修的目的。

1 局部放電檢測技術(shù)

高壓開關(guān)柜絕緣性能的劣化會導(dǎo)致局部放電的產(chǎn)生，局部放電是指電氣設(shè)備絕緣結(jié)構(gòu)中某個區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)的放電現(xiàn)象，這種放電只是絕緣結(jié)構(gòu)在該區(qū)域內(nèi)局部被破壞，但若局部放電長期存在，會不斷侵蝕其周圍的絕緣介質(zhì)，最終可能導(dǎo)致整個絕緣系統(tǒng)失效，所以局部放電是造成絕緣惡化的主要原因，同時它也是絕緣惡化的重要征兆和表現(xiàn)形式［7］。目前高壓配電設(shè)備局部放電檢測運用較廣的技術(shù)是暫態(tài)對地電壓檢測技術(shù)和超聲波檢測技術(shù)。

本項目在消化和吸收國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)和成熟經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，通過技術(shù)創(chuàng)新，基于暫態(tài)對地電壓和超聲波檢測技術(shù)的綜合應(yīng)用，構(gòu)建了一個閉環(huán)式配電設(shè)備局部放電綜合管理系統(tǒng)。

2 配電設(shè)備局部放電綜合管理系統(tǒng)

2.1 綜合管理系統(tǒng)組織架構(gòu)

該綜合管理系統(tǒng)包括檢測設(shè)備、綜合管理系統(tǒng)兩大部分，其中檢測設(shè)備包含局部放電巡檢設(shè)備和局部放電定位設(shè)備，實現(xiàn)配電設(shè)備局部放電的現(xiàn)場檢測和故障點定位；綜合管理系統(tǒng)實現(xiàn)對檢測設(shè)備檢測的局部放電數(shù)據(jù)的集中管理、分析和應(yīng)用。系統(tǒng)組織架構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)組織架構(gòu)

2.2 綜合管理系統(tǒng)工作流程

運維部門根據(jù)所轄區(qū)域配電設(shè)備情況，在綜合管理系統(tǒng)中建立相應(yīng)變電站和設(shè)備的臺賬信息，不僅可以對所有設(shè)備的廠家、型號、投運年限、使用情況進(jìn)行系統(tǒng)的管理，還可以根據(jù)下達(dá)的檢測任務(wù)將相應(yīng)的站臺信息直接下載到局部放電檢測終端中，該檢測終端進(jìn)行配電設(shè)備的局部放電檢測，檢測獲得的數(shù)據(jù)再上傳到后臺綜合管理系統(tǒng)，并通過數(shù)據(jù)庫的導(dǎo)入和導(dǎo)出進(jìn)行檢測數(shù)據(jù)和分析結(jié)果的共享和交流，通過趨勢分析、橫向分析、閾值比較分析、統(tǒng)計分析等分析算法對數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，如果分析結(jié)果異常，可使用局部放電定位儀對設(shè)備故障點進(jìn)行定位，從而實現(xiàn)了配電設(shè)備局部放電檢測數(shù)據(jù)存儲、匯總、共享、分析、定位和應(yīng)用的高度統(tǒng)一，并根據(jù)綜合分析結(jié)果為用戶提供基本的輔助決策建議。系統(tǒng)工作流程如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)工作流程

該系統(tǒng)保障了檢測數(shù)據(jù)管理的安全性和規(guī)范性，通過集中與共享檢測數(shù)據(jù)滿足了進(jìn)行配電設(shè)備狀態(tài)分析對數(shù)據(jù)充足性、廣泛性的要求；應(yīng)用各種分析方式了解開關(guān)設(shè)備的局部放電情況，應(yīng)用有效的狀態(tài)分析模型從檢測數(shù)據(jù)中總結(jié)開關(guān)設(shè)備的運行狀態(tài)，經(jīng)過長期大量數(shù)據(jù)積累，總結(jié)分析結(jié)果，還可形成一套標(biāo)準(zhǔn)或?qū)t，指導(dǎo)開關(guān)設(shè)備進(jìn)行有效的狀態(tài)檢修。

3 局部放電的分析技術(shù)

本項目通過研究國內(nèi)外流行的狀態(tài)檢修數(shù)據(jù)分析方法，利用趨勢分析技術(shù)、橫向分析技術(shù)、閾值比較技術(shù)、故障概率統(tǒng)計技術(shù)、綜合分析技術(shù)等對開關(guān)柜的局部放電檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行智能化分析［8］。通過多種分析結(jié)果綜合評判檢測對象的絕緣狀態(tài)，判斷絕緣故障，并利用輔助決策模型給出相應(yīng)的輔助決策建議。

3.1 趨勢分析

趨勢分析假定某一開關(guān)柜的絕緣水平不會發(fā)生突發(fā)性惡化，連續(xù)性的局部放電檢測數(shù)據(jù)也不會出現(xiàn)大的躍變，即變化量基本保持穩(wěn)定，且圍繞平均水平上下波動。因此，可以通過分析某次局部放電檢測數(shù)據(jù)偏離平均水平的變化程度來判斷該設(shè)備是否存在絕緣缺陷及缺陷嚴(yán)重程度。具體的分析過程應(yīng)按如下步驟進(jìn)行：

（2）當(dāng)平均值的偏移量≥10%時，應(yīng)先進(jìn)行干擾判斷，如不是干擾則應(yīng)列入危險等級。趨勢分析需要基于一定的連續(xù)檢測數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量越大，時間間隔越短，分析結(jié)果越準(zhǔn)確。

3.2 橫向分析

橫向分析法是對同一個站室內(nèi)所有配電設(shè)備的同一次測試結(jié)果進(jìn)行比較，當(dāng)某一或某幾個配電設(shè)備的測試結(jié)果比其他配電設(shè)備的測試結(jié)果及現(xiàn)場背景值均大時，就可以判斷此配電設(shè)備有存在缺陷的可能性。具體按以下步驟進(jìn)行：

（2）對于最大值偏移量參考表1內(nèi)容進(jìn)行分析。

表1 最大值偏移量判斷標(biāo)準(zhǔn)

3.3 閾值比較分析

根據(jù)局部放電檢測設(shè)備測試數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，并給出“正常”、“關(guān)注”、“預(yù)警”、“檢修”等多種輔助決策建議。

3.3.1 超聲波閾值比較方法

在超聲波檢測時應(yīng)先使用聲音判別，再使用閾值比較判別。具體超聲波閾值比較判別依據(jù)如表2所示，其中P 為開關(guān)柜超聲波巡檢測試值。

表2 超聲波閾值比較判別依據(jù)

3.3.2 TEV 閾值比較方法

在TEV 檢測時，應(yīng)先測試站室內(nèi)的背景噪聲值，背景噪聲應(yīng)在金屬門、金屬柵等金屬制品上檢測，每個站室內(nèi)建議至少檢測3個位置的背景噪聲值，并取平均值作為背景信號的參考值。具體閾值比較判別依據(jù)如表3所示，其中A 為現(xiàn)場測試的背景噪聲值，P 為開關(guān)柜暫態(tài)地電壓巡檢測試值。

表3 TEV閾值比較判別依據(jù)

3.3.3 TEV 定位的判斷

利用同一放電源到不同探測器的時間差，用兩個探測器對局部放電點進(jìn)行定位。首先在開關(guān)柜的橫向進(jìn)行定位，當(dāng)兩個傳感器同時觸發(fā)時，說明放電位置在兩個傳感器的中線上。同理，在開關(guān)柜的縱向進(jìn)行定位，同樣確定一條中線，兩條中線的交點就是局部放電的具體位置。

3.4 統(tǒng)計分析

該分析是以電力公司所有的配電設(shè)備為統(tǒng)計樣本，對各個變電站不同電壓等級開關(guān)柜一定時間段內(nèi)的整體運行情況進(jìn)行概率分布計算，得到其典型統(tǒng)計參數(shù)，并結(jié)合假設(shè)一定的概率分布模型，計算與故障概率值對應(yīng)的放電水平，即放電判斷閾值。統(tǒng)計分析首先需要開展廣泛的現(xiàn)場測試，以獲取足夠的統(tǒng)計樣本，根據(jù)電力公司的具體條件選擇合理的正常設(shè)備概率，據(jù)此可以大致判斷具體設(shè)備的絕緣狀態(tài)。

3.5 綜合分析

對開關(guān)柜局部放電的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，不能單一地以某一種分析技術(shù)來判斷設(shè)備是否存在故障，而應(yīng)綜合各種分析技術(shù)，進(jìn)行綜合判斷分析，對檢測的數(shù)據(jù)要進(jìn)行收集、匯總、分析，再加以應(yīng)用，并需遵循以下原則：基于任何檢測技術(shù)的數(shù)據(jù)都是有用的，基于任何檢測技術(shù)的數(shù)據(jù)都有其局限性，規(guī)律隱藏在長期、連續(xù)的測試數(shù)據(jù)當(dāng)中，實施狀態(tài)檢修，既需要充分利用現(xiàn)有的規(guī)律，更需要對現(xiàn)有規(guī)律的持續(xù)完善和補(bǔ)充。

4 系統(tǒng)應(yīng)用

2013年我公司應(yīng)用該系統(tǒng)對某配變站進(jìn)行了常規(guī)局部放電檢測，并利用后臺管理軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，同時采用局部放電定位儀進(jìn)行定位，根據(jù)結(jié)果提供了初步的狀態(tài)檢修輔助決策建議。

在對某配電站進(jìn)行局放檢測時，發(fā)現(xiàn)整個35kV 開關(guān)柜室背景值較高，但很難判斷出站內(nèi)是否放電及其位置，使用該設(shè)備對站內(nèi)的所有開關(guān)柜設(shè)備普測一遍，發(fā)現(xiàn)35kV ZS5開關(guān)柜的值更高，并且用超聲波耳機(jī)聲音監(jiān)測，其內(nèi)部放電聲音明顯，可聽見“噼、啪”聲，然后再將該站所有開關(guān)設(shè)備測試數(shù)據(jù)導(dǎo)入后臺管理軟件進(jìn)行橫向分析，分析結(jié)果如圖3所示，發(fā)現(xiàn)該開關(guān)柜兩側(cè)的測試值逐步下降，綜合分析后，初步確定為該柜存在放電缺陷。

圖3 TEV測試結(jié)果橫向分析圖

后經(jīng)采用局部放電定位儀進(jìn)行定位，發(fā)現(xiàn)該柜子有明顯放電，建議檢修。檢修發(fā)現(xiàn)的確是該柜子穿板套管內(nèi)均壓環(huán)彈片因接觸不良產(chǎn)生放電，如圖4所示，可見放電痕跡明顯，取下彈片后，測試值明顯減小。

5 結(jié)語

圖4 痕跡明顯的彈片

配電設(shè)備絕緣故障檢測定位與綜合管理系統(tǒng)創(chuàng)造性地將配電設(shè)備局部放電檢測、定位、存儲、管理與分析應(yīng)用整合在一起，其有效應(yīng)用有利于及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備潛在的運行隱患，采取有效的防控措施，降低事故發(fā)生概率；有利于科學(xué)地進(jìn)行檢修需求決策，將極大地保障配電設(shè)備的安全性與可靠性。通過該項目能根據(jù)配電設(shè)備的絕緣狀況制定合理的檢修策略，從而避免周期性停電檢修造成的經(jīng)濟(jì)損失，大大提高電力公司的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

［1］田勇，田景林.6～10kV 開關(guān)柜事故統(tǒng)計分析與改進(jìn)意見［J］.東北電力技術(shù)，1996（8）：5－10，13.

［2］袁大陸.全國電力系統(tǒng)高壓開關(guān)設(shè)備10年運行狀況述評［J］.電力設(shè)備，2000（1）：29－34.

［3］宋杲，崔景春，袁大陸.2004 年高壓開關(guān)設(shè)備運行統(tǒng)計分析［J］.電力設(shè)備，2006，7（2）：10－14.

［4］李端姣，鄭曉光，陳錦清.廣東電力系統(tǒng)高壓開關(guān)設(shè)備運行狀況分析［J］.廣東電力，2004，17（3）：32－34.

［5］馮義，劉鵬，涂明濤.10kV 配電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用初探［C］//2009年全國輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修技術(shù)交流研討會論文集，2009：38－44.

［6］裴斌斌，張麗，郭燦新，等.基于超聲的局放檢測系統(tǒng)［J］.電工技術(shù)，2009（11）：43－44.

［7］Hong T，F(xiàn)ang M T C，Hilder D.PD classification by a modular neural network Based on task decomposition［J］.IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation，1996，3（2）：207－212.

［8］吳篤貴.配電設(shè)備的狀態(tài)檢修技術(shù)［J］.高電壓技術(shù)，2012，38（S）：1－9.