基于35kV高壓開關(guān)柜綜合局部放電檢測技術(shù)研究

吳由予

摘要：隨著國內(nèi)城市電網(wǎng)建設(shè)與改造的加快，高壓進(jìn)入市區(qū)，直接深入負(fù)荷中心，環(huán)網(wǎng)供電成為解決城市負(fù)荷密度增加而呈現(xiàn)的必然結(jié)果。環(huán)網(wǎng)供電是在不同的變電所或同一變電所的不同母線的兩回或多回饋線。相互之間連接成一個環(huán)路進(jìn)行供電的方式。這需要在環(huán)網(wǎng)中連接大量配電開關(guān)設(shè)備，這使得城市電網(wǎng)對環(huán)網(wǎng)開關(guān)設(shè)備硬件的需求也越來越大。絕緣換網(wǎng)柜的需求也越來越大。對高壓開關(guān)柜局部放電產(chǎn)生原因及檢測方法進(jìn)行介紹，并結(jié)合35KV高壓開關(guān)柜進(jìn)行檢測試驗，結(jié)果表明可真實模擬運行狀態(tài)情況。能夠有效地發(fā)現(xiàn)運行中GIS的絕緣缺陷并進(jìn)行定位，為設(shè)備維護(hù)和安全運行提供有力的保障。

關(guān)鍵詞：高壓開關(guān)柜;局部放電;檢測技術(shù)

一、引言

隨著城市電網(wǎng)用戶對供電穩(wěn)定性和可靠性的要求越來越高，為盡可能減小系統(tǒng)檢修和故障停電對城市生產(chǎn)生活造成的影響，我國城市電網(wǎng)原有的以變電站為中心，采用放射式或樹干式的配電形式已逐漸被環(huán)網(wǎng)供電方式代替。目前，市場主流產(chǎn)品是 SF6 氣體絕緣環(huán)網(wǎng)柜。根據(jù)設(shè)備運行情況，影響開關(guān)柜絕緣故障的類型有絕緣系統(tǒng)內(nèi)部存在缺陷導(dǎo)致絕緣消減或喪失，電極表面出現(xiàn)凸起異常，接地出現(xiàn)接觸不良情況，另外設(shè)備在制造或者安裝過程中如果有殘存金屬微粒也會造成設(shè)備的局部出現(xiàn)放電情況。通過采取局部放電檢測手段進(jìn)行設(shè)備檢查，可以檢測其內(nèi)部早期的缺陷，因這些缺陷還不至于對系統(tǒng)運行造成影響，通過對這些早期缺陷進(jìn)行干預(yù)，避免后期運行中產(chǎn)生故障。

二、高壓開關(guān)柜產(chǎn)生局部放電的原因分析

局部放電過程是一個相對復(fù)雜的物理過程，在此過程中還伴隨著電荷的轉(zhuǎn)移和電能的損耗，同時還伴隨著產(chǎn)生電磁輻射、光、熱等能量。在絕緣中如果存在氣泡，高頻電壓施加在絕緣體的兩端，如果作用在氣泡上的電壓低于其擊穿電壓，此時氣泡上的壓力隨著外加電壓的變化而變化，如果氣泡上的電壓高于擊穿電壓，氣泡則會發(fā)生放電，放電過程中使得中性氣體分子發(fā)生電離，產(chǎn)生大量的帶有相反電荷的氣體分子，并在外加電壓的作用下發(fā)生相對移動，遷移到氣泡壁上，形成與外加電場相反方向的內(nèi)部電壓，此時的電壓則是內(nèi)部電壓和外部施加電壓的疊加結(jié)果，當(dāng)氣泡上的實際電壓低于其擊穿電壓時，此時放電暫停，氣泡上的電壓隨著外加電壓的升高而升高，直至增加至擊穿電壓時，此時則會發(fā)生第二次放電過程，周而復(fù)始，則會出現(xiàn)多次放電。

三、基于35 kV高壓開關(guān)柜綜合局部放電檢測技術(shù)

（一）超聲波檢測原理

在進(jìn)行局部放電檢測過程中，會伴隨產(chǎn)生聲波發(fā)射現(xiàn)象。超聲波檢測技術(shù)就是通過檢測局部放電過程中產(chǎn)生的超聲波信號，對設(shè)備內(nèi)部的缺陷進(jìn)行檢測。超聲波的測試聲波頻率處于20-200KHz區(qū)間。

利用超聲波檢測技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢，可以對電磁干擾造成的干擾進(jìn)行屏蔽、具有定位準(zhǔn)和操作簡便的特點。因為超聲波在設(shè)備的內(nèi)部的產(chǎn)生和傳遞比較復(fù)雜，存在超聲波的反射和折射作用，會隨著折射和反射的進(jìn)行，超聲波的能量會出現(xiàn)衰減，對測試結(jié)果造成影響。因此，利用超聲波檢測對于前期缺陷比較嚴(yán)重的設(shè)備進(jìn)行檢測具有可行性，而對于缺陷比較少的設(shè)備進(jìn)行檢測時，可能會出現(xiàn)檢測結(jié)果不準(zhǔn)的情況出現(xiàn)。

（二） 特高頻檢測原理

在進(jìn)行局部放電檢測過程中，會伴隨產(chǎn)生高頻電波現(xiàn)象。特高頻檢測技術(shù)就是通過檢測局部放電過程中產(chǎn)生的高頻電波信號，對設(shè)備內(nèi)部的缺陷進(jìn)行檢測。超聲波的測試聲波頻率處于300-3000MHz區(qū)間。利用特高頻檢測手段進(jìn)行局部缺陷的定位檢測，近幾年應(yīng)用比較廣泛，該方法的優(yōu)點是敏感度高、對低頻電暈的干擾屏蔽效果好，能夠有效的識別缺陷的類型和位置，該技術(shù)在應(yīng)用過程中容易受到環(huán)境中的相同頻率的電波影響。采用該方法進(jìn)行缺陷檢測不能準(zhǔn)確做到量化描述。

（三）時差定位法

利用納秒精度級別的高速示波器對測試部位進(jìn)行檢測，通過對比檢測部位信號的時間差對其進(jìn)行定位分辨，若分辨率能夠達(dá)到1ns，定位精度能夠達(dá)到30厘米，具有數(shù)據(jù)定位可靠的優(yōu)勢。該方法測試簡便、定位精度高。但應(yīng)用難點是對設(shè)備的精度要求比較高，且需要較高的采樣頻率，需要初始的脈沖信號較強，以準(zhǔn)確讀取信號的開始時間。

（四）聯(lián)合檢測方法

采用超聲波檢測和特高頻檢測手段對開關(guān)柜運行狀態(tài)進(jìn)行確認(rèn)，對其整體設(shè)備情況的具體情況進(jìn)行檢測，是具有重要可行性。兩種方式均可在不影響開關(guān)柜設(shè)備運轉(zhuǎn)的前提下完成對設(shè)備的檢測。兩種檢測手段各有優(yōu)劣勢，超聲波檢測方法可以比較精準(zhǔn)地定位缺陷發(fā)生的部位，而特高頻檢測手段抗干擾能力較強，對設(shè)備內(nèi)部的缺陷更加敏感，充分利用超聲波檢測和特高頻檢測的優(yōu)勢進(jìn)行聯(lián)合檢測，可以更好地確認(rèn)和保證開關(guān)柜設(shè)備安全運轉(zhuǎn)

四、檢測結(jié)果分析

GIS真型平臺可模擬GIS的主要運行狀態(tài)，并通過狀態(tài)量模擬技術(shù)對主要的非正常狀態(tài)進(jìn)斤再現(xiàn)。我們采用真實的局部放電物理模型來模巧GIS內(nèi)部的局部放電現(xiàn)象，確保所產(chǎn)生的局部放電信號的真實性。首先我們研究開發(fā)出滿足智能GIS檢測系統(tǒng)所需的起始放電電壓、放電量范圍和使用壽命要求的各類局部放電物理模型，包括：尖刺放電模型，自由金屬願粒放電模型，沿面放電模型和懸浮電位放電模型。通過接入不同類型的局部放電模型，產(chǎn)生不同的局部放電信號，利用示波器、局放儀等設(shè)備進(jìn)行對比試驗，從而對局部放電檢測IED的性能進(jìn)行檢測。

檢測系統(tǒng)主要可以分為加壓系統(tǒng)、局部模擬系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、局部放電檢測系統(tǒng)四個模塊。其中加壓系統(tǒng)可細(xì)分為主控臺、變壓器和調(diào)壓器、保護(hù)電阻設(shè)備等;局部放電模擬系統(tǒng)可以模擬產(chǎn)生小放電（5-20pC）、大放電（1000-10000pC）及聯(lián)合放電。對于運行中的GIS而言，超聲波檢測技術(shù)和特高頻檢測技術(shù)無疑是最理想的檢測方法，兩者都可以實現(xiàn)帶電檢測，其檢測方法都比較簡便實用，且不必改 變設(shè)備的運行方式。比較兩者的優(yōu)缺點可以發(fā)現(xiàn)，特高頻法抗干擾能力強，對電信號比較敏感且較超聲波法而言對絕緣內(nèi)部缺陷更敏感。而超聲波法不受檢測位置的限制，對缺陷定位更加方便和準(zhǔn)確。兩者聯(lián)合使用，互相補充，是實現(xiàn)GIS設(shè)備局部放電檢測的重要手段。

（1）GIS雷電沖擊試驗

GIS進(jìn)行充氣，充壓0.4Mpa。斷路器的氣壓為0.6Mpa，為了保證試驗的完整性，1050KV分別進(jìn)行正負(fù)各三次進(jìn)行沖擊試驗，試驗結(jié)果滿足要求

負(fù)極性：充電電壓每級47KV，充電的時間57秒。三次分別為1076KV、1076KV、1080KV。

正極性：充電電壓每級46KV，充電的時間56秒。三次分別為1045KV、1050KV、1046KV。

（2）本體局部放電試驗

將所有的電子設(shè)備開關(guān)進(jìn)行關(guān)閉，并將電源線進(jìn)行切斷處理，加壓175KV，局部儀小于2-3pC，試驗結(jié)果滿足要求。

（3）局部放電試驗

加壓18kV，局放儀15pc;加壓40kV，局放儀2邸C，此時為尖刺放電。隔離開關(guān)閉合，4號氣室尖刺放電高壓導(dǎo)桿斷開，此時只有1號氣室懸浮放電模型。加壓99kV，局放儀最大口5pc，此時為懸浮放電。

建立了檢測校驗系統(tǒng)。最后對聯(lián)合調(diào)試實驗，包括本體局部放電試驗、雷電沖擊耐壓試驗和局部放電試驗等，實驗結(jié)果均符合要求。

六、結(jié)語

本文結(jié)合35KV高壓開關(guān)柜產(chǎn)生局部放電的基本原因及局部放電的檢測方法進(jìn)行分析，并進(jìn)行了局部放電的檢測試驗，通過對聯(lián)合實驗過程和結(jié)果的介紹，可以看出監(jiān)測平臺可真實模擬運行狀態(tài)情況。能夠有效地發(fā)現(xiàn)運行中GIS的絕緣缺陷并進(jìn)行定位，為設(shè)備維護(hù)和安全運行提供有力的保障。

參考文獻(xiàn)：

[1]李永祥， 王天正， 晉濤， et al. 基于多種檢測技術(shù)的高壓開關(guān)柜內(nèi)部局部放電檢測與分析[J]. 高壓電器， 2017（1）：45-50.