電力系統(tǒng)中的高低壓開關柜檢驗技術分析

陳城

國網(wǎng)江蘇省電力有限公司儀征市供電分公司 江蘇 儀征 211400

引言

高壓開關齒輪設備包括斷路器、隔離開關、變壓器等多種配置結(jié)構(gòu)，每種配置結(jié)構(gòu)出現(xiàn)故障都會影響整個設備的運行，從而對供電系統(tǒng)的運行產(chǎn)生不利影響。在日常管理期間，應采取有效的維護和監(jiān)控方式，以提高設備故障的預防效果，降低故障發(fā)生的概率。在這個過程中電壓的大小都要改變。為了保證電力傳輸?shù)陌踩碗娏Π踩Ｗo電力相關設施設備，就需要應用到低壓開關柜。低壓開關柜作為電力系統(tǒng)的重要結(jié)構(gòu)，在電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行中起著至關重要的作用。低壓開關柜結(jié)構(gòu)設計的合理性，在很大程度上可以起到保護電氣元件，使其發(fā)揮正常使用性能的作用，確保電力系統(tǒng)的運行更加穩(wěn)定。

1 高低壓開關柜概述

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和科學技術的進步，越來越多的家庭用電設備得到應用，很多家庭用電設備的耗電量都很大。如果電網(wǎng)建設不合理，家庭用電設備的大量使用會影響電能質(zhì)量，給人們的生活帶來很大不便。因此，相關設計單位必須進行合理的電氣設計，以提高電網(wǎng)的運行效率，優(yōu)化電力消耗狀態(tài)，促進電網(wǎng)的穩(wěn)定發(fā)展。其中高低壓開關柜的結(jié)構(gòu)設計是重點內(nèi)容。目前，市場上的高低壓開關柜可以分為穩(wěn)定型和可拔出型兩種。其中，穩(wěn)定型高低壓開關柜內(nèi)的器件設備都得到加強，一般為方形。加強低壓開關柜的內(nèi)部器件，可以提高開關柜的穩(wěn)定性。穩(wěn)定型高低壓開關柜的結(jié)構(gòu)是專門為電子元件的正確安裝和操作而設計的，可以為電子元件提供必要的支持。采用穩(wěn)定型高低壓開關柜時，工人們可以根據(jù)電路原理判斷電路結(jié)構(gòu)，根據(jù)電路特性判斷故障根源，然后進行維修。可拔出型高低壓開關柜由固定柜體和帶有重要部件的可移動裝置組成。在可拔出型高低壓開關柜中，進、出回路的電子部件均安裝在可移動裝置（抽屜）內(nèi)側(cè)[1]。在可拔出型高低壓開關柜中，一般用鐵片或塑料材料制成的母線、電纜分隔成母線、性能單元和電纜3個區(qū)域。可拔出型高低壓開關柜具有較高的可靠性、安全性、交換性，并且相同型號或規(guī)格的高低壓開關柜可以互相交換部件。

2 高低壓開關柜故障問題

目前我國各地電力系統(tǒng)使用的高低壓開關柜數(shù)量和種類很多，因此運行過程中出現(xiàn)的故障概率和故障類型也比較多，從目前我國高低壓開關柜的實際運行情況來看。種類故障后，會對高低壓開關柜的作用產(chǎn)生負面影響，因此整個電力系統(tǒng)可能無法正常工作。其主要原因是，機械設備發(fā)生故障后，會妨礙整個傳動系統(tǒng)的順利運行，其主要表現(xiàn)在控制指令發(fā)出錯誤、電氣控制回路無法正常運行等方面。產(chǎn)生這種類故障之后不僅高低壓開關柜無法正常運行，整個電力系統(tǒng)也受到損壞。絕緣故障是高低壓開關柜最常發(fā)生的一種故障類型，發(fā)生后整個高低壓開關柜的絕緣性能會發(fā)生下降導致其運行不暢通。嚴重甚至還會引發(fā)各種安全事故，導致這類故障的主要原因是高低壓開關柜本身的質(zhì)量存在缺陷，或者是在使用途中受到了雷擊等外界因素所干擾所致。

3 電力系統(tǒng)高低壓開關柜檢驗技術

3.1 背景局部放電測試

一般來說，在進行局部放電測試時，相關工程技術人員要對局部放電水平進行有效評估，就必須測量開關室內(nèi)部空氣和金屬部分的局部放電數(shù)值。對空氣進行局部放電數(shù)值測試的方法是在開關室內(nèi)部的懸空狀態(tài)下設置一小塊金屬。局部放電測試使用相關儀器的探針，以垂直緊貼金屬板相關位置的方式進行測試，通過測試之后，相應開關站內(nèi)部空氣里的局部放電水平數(shù)值達到了38dB。對于金屬材質(zhì)局部放電的測試方式是選擇開關室內(nèi)部某個處于接地狀態(tài)的金屬部件，把局部放電測試儀裝置的探頭以垂直并且緊貼在接地金屬部件表面的模式來實施測試操作，通過測試得出此開關室內(nèi)部的金屬材質(zhì)的局部放電水平數(shù)值是55dB。因為此開關室內(nèi)部各個位置的局部放電水平數(shù)值很可能存在一定差別，因此需要針對多個點位實施空氣中的局部放電及金屬材質(zhì)上局部放電現(xiàn)象的測量操作，隨后對于多個點位的測量數(shù)據(jù)選取平均數(shù)值之后即得到最終結(jié)果。根據(jù)相應測量數(shù)據(jù)的結(jié)果可以知道，此開關室內(nèi)部局部放電背景數(shù)值相對偏高，初步可以判定其存在局部放電的狀況。

3.2 絕緣性能檢驗技術

絕緣性能是衡量一個高低壓開關柜質(zhì)量優(yōu)劣以及電氣性能的重要指標，因此在對高低壓開關柜進行檢驗的時候需要將對其絕緣性能檢驗工作放在首要位置。根據(jù)國家相關標準，所有高低壓開關柜在正式投入使用之前都必須要接受工頻耐壓實驗，該實驗需要通過對高低壓開關柜施加一定的電壓并持續(xù)一定時間對其進行實驗，通過實驗可以有效檢驗高低壓開關柜斷口間以及相對地間的絕緣性能[2]。且能夠有效考察高低壓開關柜在實際應用過程中的性能表現(xiàn)以及其在長時間承受通電發(fā)熱下的電壓，同時通過該實驗還可以檢驗當高低壓開關柜受到水汽或者是外界灰塵侵襲后的實際絕緣性能下降情況。根據(jù)國家相關標準，開展沖擊耐壓試驗主要是形式檢驗項目，而由于該檢驗過程受到條件和相關設備的限制，因此需要在規(guī)定安裝相關類別的前提下進行。

3.3 超聲波局部放電檢測技術

高壓開關柜發(fā)生故障將嚴重降低整個設備的絕緣水平，通電狀態(tài)下電極擊穿絕緣材料發(fā)生放電行為，局部放電后絕緣介質(zhì)電氣強度水平減弱，安全風險加劇，放電過程中也穿透周圍空氣，對周圍環(huán)境產(chǎn)生不良影響，空氣密度明顯變化。超聲波局部放電檢測技術可以檢測高壓開關柜內(nèi)部的空氣密度狀態(tài)，然后回收檢測到的超聲波信號，掌握高壓開關柜內(nèi)部的工作狀態(tài)。超聲波檢測技術應用的設備連接在高壓開關柜的外側(cè)，在利用壓電晶體元器件來對超聲波信號進行收集和處理，經(jīng)過數(shù)據(jù)信號的轉(zhuǎn)換就能夠形成電信號，通過分析電信號就能夠?qū)Ω邏洪_關柜帶電運行情況進行明確。在超聲波檢測的過程中，不會受到其他因素的干擾，信號檢測與轉(zhuǎn)換的穩(wěn)定性較強，檢測結(jié)果具有良好的準確性，針對局部放電故障的檢測維修，能夠及時準確地察覺。

3.4 溫升檢驗技術

溫升檢查主要是檢測高低壓開關柜在額定電流下工作的狀態(tài)和內(nèi)部設備的實際溫升，以確定其是否在溫升的限制范圍內(nèi)。此外，還可以有效地確定開關齒輪內(nèi)所有部件的磁鐵和油類在丟失或發(fā)熱后是否對相關部件產(chǎn)生負面影響。例如，降低零件的絕緣性能。其檢查的原理是通過開關齒輪內(nèi)制定的電流值，在長時間運行的過程中全面檢測內(nèi)部部件緩慢的溫度上升現(xiàn)象，一旦在實驗過程中發(fā)現(xiàn)了開關柜出現(xiàn)了異常情況或者升溫值超過了規(guī)定范圍，那么整個高低壓開關柜內(nèi)的部件就有發(fā)生加速老化的隱患存在，所有部件的絕緣性能也會因此而下降。上訴故障問題主要是因為高低壓開關柜的結(jié)構(gòu)、主電路界面或者是載流部件受到異常影響所致，因此在進行檢驗實驗的時候需要重點觀察開關柜整體的溫升情況，確保其整體以及內(nèi)部部件都在溫升標準之內(nèi)，另外還需要考慮到試驗過程會受到相關設備和電纜線的影響。

3.5 超聲波信號的檢測

由于超聲波類型信號在高壓開關設備內(nèi)部的傳播距離很近，因此只能在放電點附近檢測到相應的超聲波類型信號，因此技術人員可以應用此功能對發(fā)生局部放電的高壓開關設備執(zhí)行重新測試操作，可以更準確地確定發(fā)生局部放電的高壓開關柜的確切位置。例如對于某個編號的高壓開關柜裝置及周邊高壓開關柜裝置實施檢測后發(fā)現(xiàn)此高壓開關柜位置的超聲波相關信號中既包含50Hz又包括了100Hz的分量，其局部放電的有效數(shù)值為8.5Hz，整個周期中的最大數(shù)值達到了31.5mV，可以看出其數(shù)值明顯大于其周邊的高壓開關柜裝置，再綜合暫態(tài)地電壓數(shù)值的結(jié)果，已經(jīng)基本上確定此高壓開關柜裝置即為發(fā)生局部放電的高壓開關柜裝置。

3.6 暫態(tài)的電壓檢測技術

在高壓開關設備的電氣操作過程中存在局部放電的情況下，與開關設備接地連接的外殼結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生頻率范圍在3~100MHz的放電信號。有電的物體和接地未充電的物體之間連接的區(qū)域會出現(xiàn)不斷移動的帶電粒子，運動速度也會加快，連接陸地的無線電物體結(jié)構(gòu)會有高頻電磁波，因此會分散，柜表面一層會形成暫態(tài)電壓。暫態(tài)電壓檢測技術就是對其形成的暫態(tài)電壓情況進行檢測，利用特殊制作的電容傳感器能夠?qū)崟r對低電壓脈沖信號進行感應，通過對信號的收集和分析，來對高壓開關柜內(nèi)部的故障、問題情況進行明確。暫態(tài)的電壓檢測技術主要是針對斷路器、電纜等部件進行檢測，需要根據(jù)帶電設備和高壓開關柜整體結(jié)構(gòu)情況，合理設定檢測布設點，當檢測到異常信號時，需要進行反復檢測，對比多次檢測的信號數(shù)據(jù)結(jié)果，保證檢測準確性。

4 高壓開關柜故障解決對策

4.1 增強環(huán)境保護工作重視程度

許多電力企業(yè)在電力系統(tǒng)運行管理過程中，都會忽視環(huán)境保護的重要性，大大增加了10kV高壓開關柜出現(xiàn)故障問題的可能性，加上環(huán)保措施保護工作不全，故障問題無法及時解決，就會影響電力系統(tǒng)的整體運營效果。針對這一問題，電力系統(tǒng)管理人員可采用增設通風窗網(wǎng)柵灰塵過濾器的方式，避免10kV高壓開關柜內(nèi)進入過量的灰塵，降低環(huán)境因素對10kV高壓開關柜應用效果的影響。另一方面，管理人員還需使用紅外線燈加熱或增設去濕器的方式，避免工作環(huán)境濕度過大影響10kV高壓開關柜正常應用，避免污閃等故障。

4.2 優(yōu)化爬電比距參數(shù)處理模式

10kV高壓開關柜中有一個更重要的參數(shù)，叫作升降比，為了保證10kV高壓開關柜的應用效果，系統(tǒng)管理人員需要正確處理該參數(shù)。為避免10kV高壓開關柜影響電力系統(tǒng)應用，有關部門針對爬電比距參數(shù)處理環(huán)節(jié)做出了明確規(guī)定。10kV高壓開關柜中涉及的組件以及組件支撐絕緣件外絕緣爬電比距屬于純瓷絕緣，系統(tǒng)管理人員需將其絕緣值控制在18mm/kV以上，但也不能超出20mm/kV的范圍。要想降低10kV高壓開關柜應用故障風險，系統(tǒng)管理人員要對爬電比距參數(shù)處理模式進行優(yōu)化，確保爬電比距與實際應用需求有較高適配性[3-4]。我國現(xiàn)階段多數(shù)供電企業(yè)選擇與專業(yè)生產(chǎn)廠家合作的組件獲取方式，由專門廠家負責10kV高壓開關柜應用組件的制作，有效保證了爬電比距參數(shù)出來效果，也降低了仿造組件產(chǎn)品的出現(xiàn)概率，為10kV高壓開關柜應用提供更高保障，滿足電網(wǎng)用戶對電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的需求。

4.3 加大設備應用安全檢測力度

設備運行安全也是保證10kV高壓開關柜應用效果的重要條件，作為電氣系統(tǒng)最重要的控制項目，還應努力提高10kV高壓開關柜的應用安全，對10kV高壓開關柜涉及的設備各個部分進行嚴格控制，保障應用質(zhì)量。如在安裝絕緣感應器設備時，管理人員要實現(xiàn)進行抽樣調(diào)查，確保該批次絕緣感應器的實用性以及安全性符合電力系統(tǒng)運行標準；而斷路器設備則要根據(jù)不同位置的需求進行抗壓能力判斷，提升整體10kV高壓開關柜故障防治系統(tǒng)的可靠性。

5 結(jié)束語

綜上所述，高低壓開關柜是電力系統(tǒng)的重要基礎設施設備，如果結(jié)構(gòu)設計不合理，將會產(chǎn)生各種不利影響，從而影響電力系統(tǒng)的正常運行。高低壓開關柜的結(jié)構(gòu)與內(nèi)部電氣設備有一定的相關性，會影響其設備的使用性能和壽命。低壓開關柜是一種重要設備，對其結(jié)構(gòu)、除濕技術、電弧保護、溫度控制等都需要加強研究，以提高電氣設備的使用性能，延長使用壽命。