关键词：带电测试技术；开关柜绝缘故障；检测应用
引言
作为整个矿区电网中的一个节点，煤矿地面变电站担负着电能传输、分配的监测、控制和管理的任务，对煤矿安全生产和生活有着举足轻重的作用。高压开关柜作为连接电网和矿井供电系统的枢纽设备，其运行状况对煤矿供电系统的稳定性和可靠性起着至关重要的影响作用。因此，对煤矿地面变电站高压开关柜的运行状态进行实时监测和诊断非常必要。
1高压开关柜带电检测技术概述
随着开关柜的长期运行，受环境、强电场、热化学效应等影响，柜内设备绝缘不断劣化，产生局部放电现象，以声音、光、电磁波等形式向外辐射能量。局部放电现象会进一步加快绝缘劣化速度，形成恶性循环，最后导致绝缘击穿，甚至开关柜爆炸，引起近区短路，危及主变安全，降低供电可靠性，提高运维成本。局部放电发生时，电子快速由带电体向接地的非带电体迁移，如柜体，在柜体上产生高频电流行波，并向各个方向传播。受集肤效应的影响，电流波仅集中在金属柜体内表面传播，而不会直接穿透柜体，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，电磁波上升沿碰到金属外表面，产生暂态对地电压。在放电区域中，分子间产生剧烈的撞击，这种撞击在宏观上表现为一种压力。由于局部放电是一连串的脉冲形式，所以由此产生的压力波也是脉冲形式的，即产生了声波。它含有各种频率分量，频带很宽，声音频率超过20kHz范围的称为超声波。由于局部放电区域很小，局放源通常可看成点声源。带电检测技术就是通过检测暂态地电压、超声波等声电信号，判断绝缘故障及其发展程度和趋势，实现开关柜状态监测和故障定位。目前，带电检测技术在开关柜状态检修中的应用已非常广泛，针对开关柜误动、绝缘故障、载流故障、异物入侵等缺陷故障，发现了绝缘隔板脏污受潮、螺栓松动、引线偏离、触头盒表面凝露、绝缘隔板等绝缘故障，有力地保证了变电站供电可靠性。
2带电测试技术在开关柜绝缘故障检测的应用
2.1暂态地电压检测技术
高压开关柜内部发生局部放电时，带电粒子快速由导体向外迁移，在开关柜柜体上产生高频电流行波。受集肤效应的影响，电流行波无法穿透金属柜体，只能集中在开关柜内表面，当遇到不连续的金属断开面时，电流行波从内表面转移到外表面，以电磁波的形式向空间传播，且在金属柜体外表面产生暂态地电压，该信号可由特定的传感器接收、识别，暂态地电压信号产生机理如图1所示。通过对比开关柜不同部位接受到的暂态地电压信号幅值大小、重复程度可初步判断局部放电的位置及危险程度。
2.2超声波检测的具体应用
举例来说，针对于某电厂变电站开关柜进行超声波局部放电检测，通过超声波306间接测试可以发现存在异常现象。在306间接测试中可以看出，其有效值达到了8.5mV，除有效值外，其周期性峰值达到了26mV，由此可见其频率相关性在50Hz及100Hz时较为明显（这主要是相对于背景测试而言）。在背景测试，其有效值在0.45mV左右，而其周期峰值在1.6mV左右，而在实际的背景测试中频率相关性并没有出现，这就说明背景测试中不存在其他方面的形式干扰（白噪声，频率均匀分布，具有典型性）。同样是在间隔测试中，其检测信号则存在较大程度的增长，且增长相对来说急剧性。通过相位模式分析（见图2），整个检测形成的信号幅值较为分散，其幅值呈现出聚集不明显的特性。其本身也并未呈现出明显的急剧性特征，因此可排除自由颗粒所带来的影响性。但是，未出现急剧性的现象并不能得出“不存在局部放电及电晕放电的现象”这一结论。这主要是超声波在复杂的绝缘套、板等复杂的结构情况下，因开关柜各个界面的反射、扩散等作用产生出衰减性，通过超声波所显示出的可能并不明显。而实际中的放电现象可能相对来说更加具有明显性。针对以上现象，发现存在的问题可对开关柜进行解体性检查。通过观察找出开关柜内部母线是否存在放电、烧蚀痕迹；检查引线及静触头连接螺栓是否存在松动现象。通过这些检查针对具体现象加以解决。
2.3红外检测现场应用
在对110kV开发区变电站10kV开关柜进行红外测试时发现1号主变进线柜柜体发热严重，测试时1号主变进线负荷1700A，环境参照体温度为32℃，开关柜侧面红外图谱如图7所示，继电器室红外图谱如图8所示。从红外图谱中可以看出，从上至下，进线柜柜体金属缝隙处温度明显高于正常值，上部继电器室温度最高。由于柜体金属的阻隔无法准确定位发热部位，结合进线柜内部结构可以确定发热位置应位于母线排上，柜体整体发热是由于封闭空间内的热对流效应导致。为进一步确认缺陷性质，分别进行暂态地电压局部放电测试和超声波局部放电测试，均未发现异常，排出了局部放电存在的可能性。初步确定发热现象可能是由于热塑绝缘护套破损或穿墙套管处涡流损耗所引起。经停电检查发现进线母线桥积灰严重，热缩护套已卷曲烧损。处理后发热现象消失。
3应对措施
在实践中，表面放电的问题其实非常常见，其根源在于配电室的环境控制措施不足，设备运行环境不佳，且维护工作不及时，导致开关柜内湿度过大，以至于形成凝露。我们可以从以下几个方面采取针对性措施。①加强配电室除湿工作，保障设备运行环境。可以在配电室放置除湿袋、安装除湿机以及温湿度检测设备，及时检测设备运行环境，加强对设备的维护。②优化开关柜设计，融入通风散热功能。通过优化设计，加强开关柜自身对环境的适应力，可以设计百叶窗通风口以防止柜内潮气的聚集。③密切关注开关柜电缆孔密封状态，通过周期性的检查防止电缆沟内的潮气影响开关柜的运行。④加强开关柜除湿措施。加强开关柜的除湿功能，通过通风来疏散开关柜内的热量，加强蒸发作用，提高柜内干燥度，或者可以增加除湿装置的种类和数量，在安装位置及安装方式中也要注意采取有效措施防止其环境过度潮湿。
结语
我国经济水平和人民生活水平不断提高，对于供电系统的稳定性、安全性与可靠性的要求持续提高。开关柜设备的稳健运行直接影响到整个供电系统，须引起我们的足够重视。当前，开关柜局部带电检测技术已经具备了一定的实践基础，具有广泛的应用前景，在开关柜运行过程中，特高频、超声和暂态地电压检测能够及时发现开关柜内部沿面放电异常，若发生特高频及暂态地电压异常情况，应缩短周期多次跟踪监测，考虑开关柜所处环境及内部结构，综合分析故障原因，以便找到故障根源并进行处理，以免影响电网安全运行。同时，在开关柜验收投运时，应按照验收标准考察开关柜本身设计情况，着重注意带电体部位与绝缘隔板之间的距离，确保设备合格投运。
参考文献
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论文作者:孟祥海,邢鹏,任毅 郑江丽,李鹏
论文发表刊物:《科学与技术》2019年13期
论文发表时间:2019/12/5
标签：开关柜论文; 局部论文; 故障论文; 柜内论文; 现象论文; 电压论文; 超声波论文; 《科学与技术》2019年13期论文;