摘要：高压开关柜作为配电网中的重要组成部分，其处在变电站变压器低压侧，扮演着变压器与负荷用户的连接导体角色，用于开合、控制以及保护用电设备，在全面电力系统配电环节发挥着至关重要的作用。伴随近年来我国电网改造事业的不断推进，电力设备质量得到显著提升，电力设备事故率也得到明显减少。然而现阶段因为在设计、装置、管理维护等方面存在不同程度的问题，使得高压开关柜依旧存在防护等级与实际要求不符、绝缘等级不足等一系列安全隐患。高压开关柜带点检测作为一项可促进电力设备有序运行的有力手段，其可有效找出开关柜潜在的放电问题。因而，对高压开关柜局部放电检测技术开展研究，对促进高压开关柜的安全有序运行至关重要。
关键词：高压开关柜；局部放电诊断；定位技术；运用
1局部放电现象以及其危害
1.1局部放电现象
局部放电现象是指在足够强的电场作用下，电力设备绝缘介质局部范围内出现的放电现象。该现象会导致导体间的绝缘局部短接，造成各种破坏。根據目前的研究结果，局部放电可能在液体绝缘气泡、固体绝缘空穴、导体或半导体的边缘处发生，大多集中于气隙部位。
1.2局部放电现象的危害
局部放电的危害主要包括两个方面，一是造成系统设备绝缘性下降、加快老化速度，二是造成电能的浪费。由于高压开关柜电压较高，超过空气等介质的击穿场强，会对系统中各类构件的绝缘外皮造成不利影响，在强大电压作用下，电流的破坏力十分突出，绝缘皮的老化速度会在局部放电的影响下加快，二者呈现显著的正相关。电能的浪费方面，频繁的局部放电会造成系统电能损耗的加剧，研究人员曾对广州某地11座大型商民两用建筑进行过调查，结果表明严重的局部放电会导致电能损耗增加8%-15%。因此，在电力系统的工作中应重视局部放电问题，由于局部放电带有隐蔽性，分析其检测技术十分重要。
2缺陷检测与分析定位
2.1发现过程
2017年5月18日,试验人员对220kVXX变电站进行带电检测巡检时,在对站内35kV高压室内的开关柜进行超声波局部放电检测,在“35kV1号所变S31-1刀闸”隔离开关柜上方检测到明显的超声波局部放电信号,在隔离开关柜柜顶中间缝隙区域最强,超声周期最大值为13.0mV,频率成分1(50Hz)为0.3mV小于频率成分2(100Hz)为1.0mV,可知超声波相位图谱及波形图谱具有工频相关性,且相位图谱每个周期有两簇信号,成驼峰状,具有明显的聚集效应,波形图谱每个周期有两组脉冲波形,波形形状各不相同,且幅值不一,同时耳机中也具有放电特征声音,根据这些超声特征,依据Q/GDW11059.1—2013《超声波法局部放电带电检测技术现场应用导则》,综合判断35kV1号所变S31-1隔离开关柜内检测到超声波异常信号。
RURALELECTRIFIC对35kV开关柜进行暂态地电压局部放电检测,测试空气背景读数为13dB,金属背景读数为12dB,1号所变S31-1高压开关柜的信号最大,并且距离1号所变S31-1高压开关柜越远的开关柜检测数值越小。依据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》,若开关柜检测结果与环境背景值的差值大于20dBmV,须查明原因。
对35kV1号所变S31-1高压开关柜进行特高频局部放电检测,检测数据及图谱。可知特高频PRPD/PRPS图谱具有的局部放电特征,PRPD/PRPS图谱显示在一个工频周期出现两簇局部放电信号,信号在工频周期内有很强的对称性,依据Q/GDW11059.2—2013《特高频法局部放电带电检测技术现场应用导则》,呈现明显的放电特征。
2.2定位分析
通过局部放电精确定位系统检测可以看到示波器的绿色、黄色和红色通道显示在一个工频周期内有两簇脉冲信号,呈现很均匀的特征,脉冲信号间隔时间基本相等,最大幅值约为1.22V,综合判断放电类型为金属性放电。
2.3局部放电定位分析
为了准确定位局部放电的位置,采用特高频局部放电平分面法和时差法进行定位。采用平分面法进行精确定位步骤如下:左右水平移动两传感器,当示波器2个检测通道的信号波形重叠时,则局部放电源位于2个传感器连线的垂直平分面P上。
在确定局部放电源位于O位置周围后,可在邻近开关柜缝隙处或者观察窗分别放置2个传感器B1和B2,2个传感器之间水平距离L,并通过示波器观察2个传感器接收到的信号时间差Δt。设开关柜局部放电源距传感器B1距离为x,按式(1)可以计算局部放电源的准确位置。
式中:c为电磁波等效传播速度,3×108m/s。
第一次定位检测判断特高频局部放电信号来自开关柜内部还是外部,绿色传感器波形上升沿位置超前于红色传感器,且红色传感器基本无特高频信号,可知信号源位于开关柜内部。
第二次定位检测局部放电信号左侧定位分析,绿色传感器波形上升沿位置超前于红色传感器,可知信号源位于左侧即35kV1号所变S31-1高压柜开关柜。
第三次定位检测局部放电信号右侧定位分析,绿色传感器波形上升沿位置超前于红色传感器,可知信号源位于右侧即35kV1号所变S31-1高压开关柜。
第四次定位检测局部放电信号横向定位分析,绿色传感器检测到的信号波形与红色传感器检测到的信号波形上升沿基本相同,由此可知信号到达2个传感器的时间基本相同,说明局部放电信号源位于2个传感器连线垂直平分面上。
第五次定位检测局部放电源纵向定位分析,上下移动传感器,绿色传感器检测到的信号波形与红色传感器检测到的信号波形的上升沿基本一相同,可知信号到达2个传感器的时间基本相同,说明局部放电源位于2个传感器连线垂直平分面上。
第六次定位检测局部放电信号深度定位分析,红色传感器放置在1号所变S31-1高压开关柜后侧观察窗,绿色传感器放置在1号所变S31-1高压开关柜前侧观察窗,2传感器物理距离约为2.4m(开关柜的前后距离);根据示波器波形可以看出红色波形超前绿色波形约6ns,对应的物理距离约为1.8m。代入时差法公式得出放电源距离绿色传感器的距离大约为0.3m的位置。
2局部放电位置检查与处理
经过停电检查发现在35kV1号所变S31-1高压开关柜与311开关柜A相穿柜套管内母线与套管屏蔽层之间发生了放电。为了使母线和套管屏蔽层之间形成等电位,在母线与套管屏蔽之间用屏蔽弹簧相连。长期运行,屏蔽弹簧的机械强度会降低,材质太软,变形后不易恢复,如果受到外力或者设备电动力的作用,屏蔽弹簧出现松动,就会和套管屏蔽层接触不良形成金属性放电。经过检查套管内部有明显的放电灼烧痕迹,屏蔽弹簧由于放电烧蚀的非常严重。通过更换套管和屏蔽弹簧消除了放电缺陷。
结论
综上所述，在高压开关柜中引发局部放电现象是一种较为常见的故障情况，正是由于其较为常见，才变得极易对全面电力设备安全稳定运行造成不利影响，甚至会致使电力系统引发大面积停电事件。由于电网高压开关柜局部放电现象时常发生，所以要求相关检测人员必须要加强对高压开关柜的局部放电检测，提高对一系列专业检测技术的掌握水平，更新各项检查硬件的综合水平，在专业水平高的技术人员指导下，建立科学有效的检测维护方案，做到有针对有依据的开展高压开关柜局部放电检测，尽可能降低高压开关柜局部放电引发概率，促进电力电网的安全稳定运行。
参考文献:
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论文作者:谷涛
论文发表刊物:《电力设备》2019年第8期
论文发表时间:2019/9/18
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