基于案例的变电站开关柜带电检测技术探索

0引言

变电站作为电力系统的重要组成部分,承担着调度电力、实现电能转换和分配的关键任务。开关柜,作为变电站中不可或缺的设备,其健康状态直接影响到整个电网的稳定性和安全性^[1]。局部放电现象作为开关柜绝缘老化和损坏的早期警示,其监测和诊断对预防电力设备故障、确保电网可靠运行具有至关重要的作用。

在电力行业快速发展的背景下,传统的维护方法逐渐无法满足高效、精确的现代化需求,尤其是在不停电的条件下对设备进行状态监测和故障诊断方面。带电检测技术,特别是局部放电检测,其能够在不中断设备运行的前提下识别潜在的绝缘问题,因而成为电力系统维护中的关键技术。

1 开关柜局放检测介绍

1.1 高压开关柜介绍

开关柜是指按一定的方案将一次设备、二次设备组装而成的成套配电装置。高压开关柜由于在设计、制造、安装和运行维护方面存在着不同程度的问题,因而事故率比较高,同时污秽、绝缘薄弱、小动物侵入等原因也常引发事故。开关柜绝缘事故原因分析主要有以下方面^[2]:

1)爬距及空气间隙不够;

2)接点容量不足或接触不良;

3)制造装配质量及工艺不良;

4)环境条件影响。

1.2 开关柜检测原理介绍

1.2.1暂态地电压(TEV)

1)局部放电发生时,放电点产生高频电流波,并向两个方向传播。

2)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。

3)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。

4)电磁波上升沿碰到金属外表面,产生暂态对地电压^[3]。

1.2.2超声波(Ultrasonic)

1)接触式超声波传感器,贴在电力设备表面,检测局放产生的超声波信号在电力设备表面金属板中传播所感应的振动现象。

2)空气式超声波传感器,检测放电产生的超声波信号在空气中传播时的振动现象。

1.2.3特高频(Ultra—High—Frequency,UHF)

电力设备绝缘体中绝缘强度和击穿场强都很高,当局部放电在很小的范围内发生时,击穿过程很快,产生很陡的脉冲电流,其上升时间小于1 ns,并激发频率高达数吉赫兹的电磁波。

1.2.4高频(HFCT)

当电力设备发生局部放电时,通常会在其接地引下线或其他地电位连接线上产生脉冲电流。通过高频电流传感器检测流过接地引下线或其他地电位连接线上的高频脉冲电流信号,实现对电力设备局部放电的带电检测。

2 案例分析

通过对35 kV一/二分段开关柜以及10 kv二段甲压变/避雷器柜的局部放电缺陷进行详细分析和处理,揭示了带电检测技术如何有效地识别和解决开关柜的潜在问题,突显了带电检测技术在实际应用中的巨大价值。这项技术不仅显著提升了变电设备的可靠性,而且在预防故障发生、减少意外停电事件方面做出了重要贡献。

2.135 kV一/二分段开关柜局部放电缺陷处理

某35 kV开关站于2013年5月投运,采用金属铠装移开式开关柜。在例行带电检测巡检时发现35 kv电缆有异常高频信号,进一步分析确认为金属性悬浮放电信号,源自一/二分段开关柜母线穿柜套管处,如图1所示。

2.1.1现场放电部位分析确认

使用PDS—G1500型变电站局部放电检测与定位系统,通过同源性分析、定相分析和精确定位,确定异常信号源自一/二分段开关柜母线穿柜套管处。

1)同源性分析:分别将黄、绿、红传感器卡接在存在异常信号电缆处,三个传感器脉冲信号呈一一对应,说明异常信号来自同一个放电源。

2)异常信号定相分析:分别将黄、绿、红传感器分别卡接在35kV #2号站用变电缆A相、B相、C相,A相传感器波形起始沿与其他两相相反,说明异常信号来自A相。

3)异常信号精确定位分析:使用特高频对电缆上方开关柜进行测试,在35 kV #2号站用变和一/二分段柜发现异常特高频信号,一/二分段柜特高频幅值最大,最大幅值63dB(图2),信号具有悬浮放电特征。

4)现场情况分析确认:在局放信号定位基础上,分析现场运行方式,确定异常信号具体位置,通过开启母线室检查,发现A相穿墙套管内有较为明显的放电痕迹,将套管拆下后,检查发现在A相套管中间部位母排处有一人字形弹簧,弹簧已烧穿变形。确认放电点为35kv一/二分段开关柜A相母线穿柜套管内侧。

2.1.2放电原因分析及改进措施

由于人字形等电位弹簧功能落后,弹性回复能力不佳,开关柜长时间运行后,弹簧弹性减弱,加之环境温度变化导致弹簧与套管内壁接触不良,形成放电。对A、B、C三相穿柜套管进行更换,并将等电位弹簧更换为片式弹簧(图3),这种弹簧弹性系数高且增大了与套管内壁的接触面积,可大大降低因接触不良造成放电的可能性。

建议后期开关柜厂家选择套管时选用带等电位线的套管,采用软导线替代等电位弹簧,等电位的软导线一端接在套管内部并引出,另一端在套管安装时固定于母排,提高了安装便利性和接触可靠性。

2.2 10 kv二段甲压变/避雷器柜局部放电缺陷处理某35 kV变电站,在对10 kV开关柜进行带电检测时发现特高频、暂态地电压异常信号,结合G1500数据,综合分析信号具有绝缘放电特征,判断局放源位于10 kV二段甲压变/避雷器柜柜前下部位置,如图4所示。

2.2.1带电检测数据分析

1)暂态地电压检测数据分析。

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》8.5结果分析方法^[4]:

(1)开关柜检测结果与环境背景值差值大于20dB;

(2)开关柜检测结果与历史数据的差值大于20dB;

(3)本开关柜检测结果与邻近开关柜检测结果的差值大于20 dB。

结合表1的数据以及不同背景值(空气背景:4dB、金属背景1:7 dB、金属背景2:9 dB、金属背景3:8dB),对10 kV二段甲压变/避雷器柜进行检测结果分析,判断10 kV二段甲压变/避雷器柜暂态地电压检测存在异常。

2)特高频数据分析。

从图5中特高频PRPD/PRPS图谱可以看出,信号最大值64 dB,每周期存在两簇脉冲信号,脉冲相位较宽,脉冲幅值大小不一。

结合PDS-G1500型变电站局部放电检测与定位系统,综合分析信号具有绝缘放电特征,局放源位于10 kV二段甲压变/避雷器柜的柜前下部避雷器仓位置(图4)。

缩短检测周期,关注信号发展趋势,对10 kV二段甲压变/避雷器进行更换。更换后进行带电检测,没有发现异常信号,测试结果正常,10 kV二段甲压变/避雷器柜缺陷处理完毕。

2.2.2处理措施和改进建议

结合停电检修对10 kV二段甲压变/避雷器进行更换。更换后进行带电检测,没有发现异常信号,测试结果正常。后续工作中建议更换老化的绝缘材料,利用更高标准的绝缘产品提升开关柜的整体绝缘性能,同时引入定期的监测计划,以早期识别潜在的绝缘问题。

3综合分析与建议

通过两个案例分析,笔者深入探索了变电站开关柜带电检测技术的实际应用,可以看到使用先进的检测与定位技术能够有效识别和定位局部放电的源头。从两个案例的分析中,得出两个关键结论:首先,根据具体需求选择合适的带电检测技术对保障检测的准确性和电力系统的整体安全至关重要;其次,面临技术挑战、环境变化和操作问题时,采取创新方案和及时的技术调整是解决问题的关键。

在后续的带电检测工作中,推荐采用多种检测技术相结合的办法,可以避免受到单一技术的限制,以提升检测效果和准确性。此外,对于带电检测专业人员,建议定期开展理论知识与技能培训,以不断提高他们的专业水平,及时掌握行业内的最新技术。同时,对检测标准和操作规程的持续完善也至关重要,进一步确保检测工作的规范化、高效与安全。

4结束语

在本文探讨的两个案例中,笔者实施的解决策略不仅可直接应对已识别的问题,还进一步对整体维护计划进行了深度优化。这些策略在提升变电站开关柜的可靠性与安全性方面起到了决定性的作用。面临电力系统运行中的诸多挑战时,采纳一个综合性的解决方案显得格外重要。这一方案涵盖了:

1)多样化的检测技术:采用多种检测手段,从不同角度监测潜在问题。

2)深入的分析手段:通过深入分析,准确识别问题根源。

3)针对性的技术优化:根据分析结果,实施专门设计的优化措施。

这种综合方案不仅有助于解决当前的问题,还显著增强了系统的整体性能与可靠性,从而为电力系统的持续发展与技术创新提供了实践基础和理论参照,引导电力系统未来的发展趋势。

随着科技的飞速进步,带电检测领域正在迎来一系列创新技术的蓬勃发展。尤其是基于人工智能的故障预测分析和无人机巡检技术,它们正不断地推动着带电检测工作的效率和准确性向前迈进。未来,带电检测技术的进步不仅仅停留在新技术的应用上,还需重视与电力系统管理技术的深度融合。通过构建更智能化的电网监控系统,实现对变电站状态的实时监控与精准管理,带电检测将成为推动电力系统高效、安全运行的关键力量。

[参考文献]

[1]徐天,王俊,侯东方.基于人工智能的变电站智能化运维管理系统设计与优化[J].电气技术与经济,2023 (8):102-105.

[2]朱有明,黄强.基于局部放电检测技术应用于配电开关柜的研究[J].电子世界,2014(16):62-63.

[3]张大宝,苏峰,李志强,等.基于综合带电检测的故障诊断技术[J].中国设备工程,2020(22):10-11.

[4]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:Q/GDW 11060—2013[S].

2024年第14期第20篇