10kv配网设备运行状态监测的研究
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作者: 王礼
摘要：10kv配网设备运行状态监测及评估的必要性、技术方法和路线、实验数据分析。
关键词：10kv；配网设备运行；技术方法；实验数据分析
中图分类号：TN931.3文献标识码：A
1 研究概述
1.1 开关柜局部放电检测的目的和意义
目前高压开关柜内故障检测主要是在停电状态下进行的，而实时在线检测技术较少。由于种种原因高压开关柜常常不能按照周期停电检修，导致开关柜内的部分设备长期出于失修、失控状态，严重威胁供电安全。而且，在两次停电检修间隔，设备绝缘状态处于不可知状态，一旦出现故障，不能及时被发现。对于封闭式开关柜如一旦出事故，危害常比过去分立的敞开设备严重，修复时间也常要拉长，另外开关柜产品越来越来紧凑，导致绝缘裕度减小。
随着电网发展和设备更新改造，变电站中使用封闭式设备越来越多。如中压系统中大量使用的金属铠装式开关柜、高压系统中大量使用的封闭式组合电器。对于这些设备依靠以往的巡视、试验和检测技术，往往难以达到及时掌握设备缺陷的要求。运行巡视是建立在人的视觉、听觉和嗅觉的感观基础上，对封闭式设备的效果不是很理想;传统的试验技术主要是依靠绝缘性能检查，这种方法一方面对设备内的固体绝缘件有累积损害效应，另一方面设备必须停役从而造成设备可用率和用户供电可靠性的下降;目前较为成熟的非接触检测方法，如红外和紫外技术，对于变压器、避雷器等敞开式设备的检测效果非常好，但对于封闭式设备，因有外壳屏蔽，效果不甚理想。
因此，迫切需要对开关柜实行状态检修，对设备运行状况进行实时和定时的在线监测，根据设备的运行状态和绝缘的劣化程度，确定检修时问和措施，减少停电时间和事故的发生，提高电力系统运行的安全可靠性及自动化程度。高压开关柜的绝缘故障主要表现为外绝缘对地闪络击穿，内绝缘对地闪络击穿，相间绝缘闪络击穿，雷电过电压闪络击穿，瓷瓶套管、电容套管闪络、污闪、击闪、击穿、爆炸，提升杆闪络，CT闪络、击穿、爆炸，瓷瓶断裂等。各类绝缘缺陷发展到最终击穿，酿成事故之前，往往先经过局部放电阶段，局部放电的强弱能够及时反映绝缘状态，因此通过在线监测局部放电来判断绝缘状态为实现开关柜绝缘在线监测及诊断的有效手段。
2 10kV配网设备运行状态监测及评估的必要性
高压开关柜的设备故障包括由于长时间使用引起的绝缘缺陷，由于触点的不良连接引起的放电的瞬间短路以及各个连接部分，过热、电涌、电流故障等。
目前，对开关柜设备局部放电（ＰＤ）的检测方法主要有脉冲电流法（ＥＲＡ）、射频法（ＲＦ）、超声法、超高频法（ＵＨＦ）等。其中，暂态对地电压（ＴＥＶ）法作为一种带电检测技术，具有灵敏度高、抗干扰能力强等优点，因此逐步在国内变电站推广使用。但由于变电站现场干扰源繁多、ＴＥＶ检测手段单一等因素，开关柜内局部放电的判断水平难以提高，限制了该技术在变电站现场深入应用。为了进一步提高ＴＥＶ技术的应用效果，需解决现场干扰源甄别困难等问题。
随着传感器技术、数据采集技术等的不断发展，局部放电的检测向着超高频和超宽频方向发展。局部放电超高频检测技术作为电气设备局部放电检测的一种新的手段和方法，越来越受到重视，在国内外得到了较快发展，并在电力设备如GIS、同步电机、电缆、变压器等的检测中得了到初步的应用。传统的局部放电检测方法，其检测信号的频率一般不超过1MHz，而且现场局部放电测试特别是在线检测，常常会受到各种电磁干扰的影响。当干扰信号与局部放电信号具有相同或者相似的特征时，被测信号往往被干扰所淹没。而在高压开关柜运行现场，变电站背景噪声和空气中电晕干扰其频率通常小于400MHz。因此，在超高频范围内（500-1500MHz）提取局部放电产生的超高频信号，外界干扰信号少，因而检测系统受外界干扰影响小，可以极大地提高中高压开关柜局部放电检测，特别是在线检测的可靠性和灵敏度。
3 技术方法和路线
3.1 在人工气候室内模拟不同的空气湿度，测量城区供电局提供的开关柜绝缘子上污秽的等值盐密，将不同积污程度的开关柜绝缘子放置于人工气候室内进行局部放电实验，建立TEV法、UHF法和ULTRAPROBE超声法法检测局部放电的试验研究平台，通过实验的方法研究局部放电TEV信号、UHF信号的关系，为开关柜局部放电的TEV、UHF联合检测方法提供试验依据。
3.2 采用TEV法和UHF法对城区供电局内所有10kV开关柜内局部放电进行检测，测量局部放电的最大幅值和放电频数，验证TEV局部放电检测仪的有效性及其与UHF法检测信号的对应关系，全面获取开关柜内绝缘件的绝缘状态信息，建立10kv开关柜局部放电数据库。
3.3 开关柜局部放电检测实验装置
由实际应用中的开关柜、无晕实验变压器、隔离变压器、分压器、控制台以及相关的接线构成的开关柜局部放电检测装置。
4 实验步骤
4.1 给开关柜其中一相加压，在示波器上TEV法和UHF法通道均能看到稳定放电时停止加压。
4.2 利用示波器单次触发功能，记录同一时刻TEV法和UHF法通道的波形并进行比较。
4.3 在开关柜外壳表面上选取固定的四个检测点， TEV探头和UHF天线分别置于这四个检测点，记录每个位置下的TEV波形和UHF信号波形各若干组。
4.4 调节示波器时间旋钮，使得采样的时间总长度为一个工频周期20ms，采用TEV法和UHF法记录缺陷模型在一个工频周期内的放电次数。
4.5 TEV探头在某一固定位置时，改变施加的电压，测得的各个电压下模型的最大放电量，通过TEV法和UHF法通道波形分别读出对应TEV法和UHF法检测的最大值。
4.6 在湿度分别为75%、80%、90%情况下重复上述（1）~（5）步记录最终开关柜击穿的所施加的电压幅值以及最终所需的击穿时间。
5 实验数据分析及结论
5.1 超高频法
试验中UHF传感器置于开关柜外部，试验变压器输出的高压引线经引至柜体内的高压电极端，柜体可靠接地，试验中变压器输出电压均为9kv。示波器采用Tektronix DPO7104数字示波器，带宽1GHz，最大采样率20GS/s。
局部放电发生时，其信号的频谱较宽，在同样施加电压为9kv的情况下，随着湿度的增高，绝缘强度下降，放电更加剧烈，放电次数明显增多。实验结果表明：外部天线超高频法能有效避开空气中的干扰，检测到开关柜内部的局部放电信号；同时局部放电的情况受湿度的影响比较大，湿度越高，放电现象也更为剧烈，UHF信号的幅值也增大。
6 结语
经过理论研究、实验研究和现场调试、运行和结果分析，得出以下结论：
6.1 制定了10kv配网设备运行状态监测及评估实验的方案和步骤，包括实验前期准备工作、实验操作步骤、数据后期处理等方面的内容，为开展10kv配网设备运行状态监测及评估实验研究提供有利参考与指导作用。
6.2 采取UHF法，TEV法以及ULTRAPROBE超声检测法融为一体的检测方法，分别运用UHF法，TEV法以及ULTRAPROBE超声检测法对局部放电的信号进行检测，结果表明，这三种方法均能有效的检测局部放电信号，并且三种方法的检测结果比较吻合，趋于一致，提高了检测的准确性，成功提取TEV信号的特征量表征局部放电的严重程度。
6.3 三种检测方法的有效结合，现场检测开关柜内局部放电，测量开关柜绝缘子附近的空气湿度，全面获取了开关柜内绝缘件的绝缘状态信息，同时得出柜内空气湿度是影响开关柜内部放电的主要因素。
6.4 潮湿的柜内空气会引起柜内部件表面的凝露，导致该部件的起始放电电压和闪络电压显著降低，放电明显增强。针对湿度是影响开关柜内部放电的主要因素，有针对性的开展设备及环境改造，提出设备运行环境的改造意见以及相应的改进措施。
参考文献
[1]陈玉国,余向杰.调容变压器技术及其发展 山东达驰电气股份有限公司[J].电力设备，2006-06-15.
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