10kV開關(guān)柜是電網(wǎng)的重要組成部分，其運行的穩(wěn)定性直接影響到電網(wǎng)運行。然而，傳統(tǒng)的定期預(yù)試性試驗技術(shù)暴露出來的問題無法滿足當(dāng)前的需要，因此，采取適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM行監(jiān)測是很有必要的。而根據(jù)實際運行經(jīng)驗發(fā)生故障前在事故潛伏期內(nèi)應(yīng)該都可能有放電現(xiàn)象產(chǎn)生，局部放電是導(dǎo)致10kV開關(guān)柜設(shè)備絕緣劣化發(fā)生絕緣故障的主要原因，其檢測和評價已經(jīng)成為絕緣狀況監(jiān)測的重要手段。為了能將局放測試實現(xiàn)帶電測試，近年來發(fā)現(xiàn)了通過在線測量開關(guān)柜內(nèi)因局部放電致使其金屬殼體上產(chǎn)生的瞬·間對地電壓(Transient Earth Voltages，以下簡稱TEV)，檢測判斷設(shè)備內(nèi)部是否存在絕緣故障，即TEV檢測法。具有以下優(yōu)點：可以帶電監(jiān)測、靈敏度高、抗干擾能力強，能進行有效的故障定位，可以獲得定量數(shù)據(jù)對內(nèi)部放電監(jiān)測靈敏度。

　　1  超聲波和TEV基本原理

　　局部放電是指發(fā)生在電極之間但并未貫穿電極的放電，這些微弱的放電產(chǎn)生累積效應(yīng)會使絕緣的介電性能逐漸劣化，導(dǎo)致整個絕緣擊穿。局部放電主要分為絕緣材料內(nèi)部放電、表面放電、導(dǎo)體尖·端放電等，并以電磁聲波、氣體形式等釋放能·量。

　　1.1  超聲波檢測原理

　　當(dāng)高壓電氣設(shè)備內(nèi)部存在局部放電，在放電過程中，隨著放電的發(fā)生，伴隨著爆裂狀的聲發(fā)射，產(chǎn)生超聲波，且很快向四周介質(zhì)傳播。伴隨有聲波能·量的放出，超聲波信號以某一速度通過不同介質(zhì)(隔板、油、SF6氣體等)以球面波的形式向四周傳播。但由于超聲波頻率高其波長較短，因此它的方向性較強，從而它的能·量較為集中，容易進行定位。超聲波檢測主要采用20 kHz以上頻率，可不受外部噪聲的干擾。通常認為，當(dāng)在被測設(shè)備外殼的接縫處進行測量時，由于探頭完全置于設(shè)備體外，放電信號通過絕緣介質(zhì)衰減很嚴重，靈敏度較差、定量分析比較困難，對局放初測及比較嚴重的空氣中的放電才比較有效，超聲波測量放電工作原理圖1所示

圖1超聲測試工作原理圖
 

　　1.2  TEV檢測原理

　　根據(jù)麥克斯韋電磁場理論，局部放電現(xiàn)象的發(fā)生產(chǎn)生出變化的電場，變化的電場激起磁場，而變化的磁場又會感應(yīng)出電場，這樣，交變的電場與磁場相互激·發(fā)并向外傳播，形成了電磁波。通過放電產(chǎn)生的電磁波通過金屬箱體的接縫處或氣體絕緣開關(guān)的襯墊傳播出去，同時產(chǎn)生一個暫態(tài)電壓，通過設(shè)備的金屬箱體外表面而傳到地下去。這些電壓脈沖是于1974年由Dr John Reeves首先發(fā)現(xiàn),并把它命名為暫態(tài)對地電壓(TEV)。TEV在設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生傳播如圖2所示。

圖2 TEV產(chǎn)生示意圖
 

　　當(dāng)開關(guān)柜的內(nèi)部元件對地絕緣發(fā)生局部放電時，小部分放電能·量會以電磁波的形式轉(zhuǎn)移到柜體的金屬鎧裝上，并產(chǎn)生持續(xù)約幾十納秒的暫態(tài)脈沖電壓，在柜體表面按照傳輸線效應(yīng)進行傳播。地電波局放檢測技術(shù)采用容性傳感器探頭檢測柜體表面的暫態(tài)脈沖電壓，從而發(fā)現(xiàn)和定位開關(guān)柜內(nèi)部的局部放電缺陷。

　　2  超聲波、TEV測量法在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　針對大量的開關(guān)柜設(shè)備，為提高工作效率，減少工作量，測試過程可按如下3個步驟：

　　1) 先行使用便捷式局放測試儀對設(shè)備進行普測(普測周期為3個月一次)，通過普測逐步建立起設(shè)備狀態(tài)庫，將正常合格設(shè)備與異常數(shù)據(jù)設(shè)備分列建立狀態(tài)庫。

　　2) 針對有問題或異常數(shù)據(jù)庫設(shè)備開展復(fù)測(普測后7~10天內(nèi))，建立復(fù)測檔案，同時對于測試數(shù)據(jù)嚴重超標設(shè)備采用便捷式局部放電定位儀進行故障定位測試。

　　3) 結(jié)合停電計劃和安排專人對缺陷設(shè)備進行檢查和處理，對處理的設(shè)備記錄處理結(jié)果和原因分析，在設(shè)備處理完畢后及時開展局放測試對比處理效果，如正常更新狀態(tài)庫。

　　2.1  測試過程和測試點選取

　　測試過程中需要嚴格遵照儀器說明要求，做好各項防護，同時也總結(jié)出以下的測試過程;

　　1) 測試前先進行背景值測試，記錄空氣和金屬制品背景聲。由于開關(guān)柜外部的電磁信號一樣可以在開關(guān)柜上產(chǎn)生暫態(tài)對地電壓(TEV)，這些信號源同樣可以在變電站內(nèi)的金屬物品上產(chǎn)生暫態(tài)對地電壓，如金屬門或側(cè)欄處，測試金屬面板上的背景值時并不是在開關(guān)設(shè)備上檢測，應(yīng)該在金屬門等金屬制品上檢測，在開關(guān)室不同的位置檢測3個點的值，并取中間值作為背景信號的參考值。

　　2) 將TEV測試儀器探頭貼緊開關(guān)柜進行測試。實際過程中需要靈活的變換采用TEV的兩種測試模式：單個模式和連續(xù)模式，如遇到測試數(shù)據(jù)跳躍比較大的時候可以兩種模式切換測試，選取其中讀數(shù)穩(wěn)定做為測試數(shù)據(jù);在連續(xù)模式下一定要記錄下對應(yīng)的脈沖數(shù)作為后續(xù)的輔·助判斷;在連續(xù)模式下時候可能有時會有數(shù)據(jù)連續(xù)跳動比較的情況，需要貼緊測試的開關(guān)柜面板，同時仔細觀察數(shù)據(jù)選擇記錄相對穩(wěn)定和幅度大的為測試數(shù)據(jù)。

　　3) 測試過程中需要注意對干擾噪聲的排除避免將手機靠得過近產(chǎn)生干擾;測試過程中注意熒光燈及風(fēng)機扇的影響，可以先關(guān)閉后進行測試，所得數(shù)據(jù)一般要低幾dB;同時要注意配電房周邊環(huán)境影響，在實測過程中發(fā)現(xiàn)部分測試地點的微波發(fā)射塔對測試數(shù)據(jù)有較大影響，通過多次測試對比排除的干擾因數(shù)后測試結(jié)果屬正常范圍;干擾過大時候可以在連續(xù)模式的所得脈沖數(shù)明顯看出，此時脈沖數(shù)一般會達到幾千乃至上萬。

　　4) 采用超聲波模式時一定要測試背景讀數(shù)，剛開始測試時調(diào)整增益到大，如果讀數(shù)大大時適當(dāng)?shù)臏p少增益;將傳感器對準開關(guān)設(shè)備的空氣通道處進行測試，如斷路器電纜盒、母線柜等設(shè)備，在測量的時候一定要注意保持足夠的距離;超聲波傳感器沿著開關(guān)柜上的縫隙掃描進行檢測，傳感器與開關(guān)設(shè)備間一定要有空氣通道，用來保證超聲波信號可以傳出來。

　　測試中對開關(guān)柜測試點的選?。簻y試過程中應(yīng)確定各電力設(shè)備所處位置，主要檢測母排(連接處、穿墻套管。支撐絕緣部件)、斷路器、CT、PT、電纜接頭等設(shè)備的局部放電情況，如有條件，還應(yīng)對開關(guān)室內(nèi)母線橋架進行檢測。傳感器應(yīng)盡量靠近觀察窗、通風(fēng)口等局放信號容易泄漏部位的金屬面板上，實際測試過程中一般選取前面面板上、中、下部，后面板的上、中、下部位，側(cè)面板能測試時也要測試。如果出現(xiàn)檢測數(shù)值較大的情況，建議測量3次以上以確定測試結(jié)果，測試時可以在觀察窗上下位置測試對比數(shù)據(jù)。

　　2.2 數(shù)據(jù)分析判斷

　　在結(jié)合實測經(jīng)驗以及同行測試的經(jīng)驗基礎(chǔ)上，采用如下的數(shù)據(jù)判斷方法：

　　1) 當(dāng)發(fā)現(xiàn)開關(guān)室內(nèi)TEV背景值與測試值都在20dB以下時，表示開關(guān)設(shè)備正常，下次再次進行巡檢。

　　2) 如果開關(guān)室內(nèi)TEV背景值在10dB以下，而某些開關(guān)柜的測試值在20dB~30dB，應(yīng)對該開關(guān)柜加強關(guān)注，觀察以后檢測幅值的變化趨勢。

　　3) 如果開關(guān)室內(nèi)TEV背景值10dB以下，而某些開關(guān)柜的TEV測試值大于30dB(相對值大于20dB)，而表明該開關(guān)柜有局部放電現(xiàn)象，應(yīng)使用定位技術(shù)對放電點進行定位。

　　4) 如果開關(guān)室內(nèi)TEV測試值和背景值都在30dB以上，且并沒有發(fā)現(xiàn)在某個開關(guān)柜上出現(xiàn)峰值，應(yīng)使用定位技術(shù)來判斷信號源的來源，如檢測結(jié)果發(fā)現(xiàn)信號源來自開關(guān)柜，而不是外界的干擾信號，應(yīng)使用定位技術(shù)對放電點進行定位。

　　5) 如果在某個開關(guān)柜的超聲波測試數(shù)據(jù)幅值大于6dB小于20dB，說明開關(guān)柜內(nèi)存在局部放電，需要進行復(fù)測。

　　6) 如果在某個開關(guān)柜的超聲波測試數(shù)據(jù)幅值超過20dB，說明該開關(guān)柜內(nèi)部存在嚴重的局部放電，應(yīng)盡快組織復(fù)測，密切關(guān)注檢測幅值的變化趨勢。

　　7) 所有故障處理過的開關(guān)柜，應(yīng)再次對該開關(guān)室進行局部放電監(jiān)測，檢測結(jié)果跟處理前進行比較，衡量故障處理的準確性。

　　同時除了數(shù)據(jù)判斷，還應(yīng)結(jié)合設(shè)備類型進行橫向、縱向?qū)Ρ?，對于同一開關(guān)柜要進行對比其周期歷史數(shù)據(jù)看變化大小差異，如果增加幅度超過5~10dB以上都需要予以加強關(guān)注;而同一室內(nèi)若是相同類型開關(guān)柜差異過大超過了10dB時需要引起注意，并需要進行現(xiàn)場分析是否柜體附近有較近的干擾源以及跟蹤關(guān)注檢測柜體是否 有故障缺陷。

　　由于兩種測試方法的差異及特性，表面放電成功的檢測方法是使用超聲波技術(shù)，因為表面放電發(fā)出的TEV信號要比內(nèi)部放電的要小很多。此外表面放電所產(chǎn)生的電磁波信號頻率也比TEV傳感器的檢測頻率要低，很多情況下表面放電不會被TEV傳感器檢測到，但可以被超聲波傳感器所檢測到。實測過程中許多TEV測試集中于15~17dB的柜，但測試超聲波達到了25~28dB，通過檢查發(fā)現(xiàn)了缺陷得到了印證。所以測試局放結(jié)果一定要綜合TEV和超聲波兩方面來看，測試過程中兩者都需要進行，可是起到良好的互補效果。

　　通過大量的測試發(fā)現(xiàn)了異常數(shù)據(jù)柜，測試數(shù)據(jù)主要集中于:TEV范圍為5~45dB;超聲波數(shù)據(jù)集中于6~28dB，總之，測試發(fā)現(xiàn)問題主要集中于電纜頭、電纜故障指示器、開關(guān)真空管連接母排處、穿墻套管處等，因此測試過程中需要對這些部分多加關(guān)注。
 

　　變壓器帶電檢測技術(shù)方案

　　1. 設(shè)計規(guī)范性引用文件

　　下列文件中的條款通過本規(guī)范的引用而成為本規(guī)范的條款，其新版本適用于本規(guī)范。

　　GB50150電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗標準

　　GB/T7354局部放電測量

　　GB/T7252變壓器油中溶解氣體分析和判斷標準

　　GB/T5654液體絕緣材料工頻相對介電常數(shù)、介質(zhì)損耗因數(shù)和體積電阻率的測量

　　DL/T596電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程

　　DL/T664帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)范

　　DL419電力用油名詞術(shù)語

　　DL429.9絕緣油介電強度測定法

　　Q/GDW168 輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗規(guī)程

　　Q/GDW169油浸式變壓器(電抗器)狀態(tài)評價導(dǎo)則

　　Q/GDW170油浸式變壓器(電抗器)狀態(tài)檢修導(dǎo)則

　　3 定義

　　3.1 帶電檢測

　　一般采用便攜式檢測設(shè)備，在運行狀態(tài)下，對設(shè)備狀態(tài)量進行的現(xiàn)場檢測，其檢測方式為帶電短時間內(nèi)檢測，有別于長期連續(xù)的在線監(jiān)測。

　　3.2 高頻局部放電檢測

　　高頻局部放電檢測技術(shù)是指對頻率介于3MHz-30MHz區(qū)間的局部放電信號進行采集、分析、判斷的一種檢測方法。

　　3.3 紅外熱像檢測

　　利用紅外熱像技術(shù)，對電力系統(tǒng)中具有電流、電壓致熱效應(yīng)或其他致熱效應(yīng)的帶電設(shè)備進行檢測和診斷。

　　3.4 超聲波信號檢測

　　超聲波檢測技術(shù)是指對頻率介于20kHz-200kHz區(qū)間的聲信號進行采集、分析、判斷的一種檢測方法。

　　3.5 高頻局部放電檢測

　　高頻檢測技術(shù)是指對頻率介于300MHz-3000MHz區(qū)間的局部放電信號進行采集、分析、判斷的一種檢測方法。

　　3.6 暫態(tài)地電壓檢測

　　局部放電發(fā)生時，在接地的金屬表面將產(chǎn)生瞬時地電壓，這個地電壓將沿金屬的表面向各個方向傳播。通過檢測地電壓實現(xiàn)對電力設(shè)備局部放電的判別和定位。

　　3.7 接地電流測量

　　通過電流互感器或鉗形電流表對設(shè)備接地回路的接地電流進行檢測。

　　3.8 相對介質(zhì)介質(zhì)損耗因數(shù)

　　兩個電容型設(shè)備在并聯(lián)情況下或異相相同電壓下在電容末端測得兩個電流矢量差，對該差值進行正切換算，換算所得數(shù)值叫做相對介質(zhì)介質(zhì)損耗因數(shù)。

　　3.9 SF6氣體分解物檢測

　　在電弧、局部放電或其他不正常工作條件作用下，SF6氣體將生成SO2、H2S等分解產(chǎn)物。通過對SF6氣體分解物的檢測，達到判斷設(shè)備運行狀態(tài)的目的。

　　3.10 SF6氣體泄漏成像法檢測

　　通過利用成像法技術(shù)(如：激光成像法、紅外成像法)，可實現(xiàn)SF6設(shè)備的帶電檢漏和泄漏點的準確定位。

　　3.11 金屬護套接地系統(tǒng)

　　為限制電纜金屬護套感應(yīng)電壓，將電纜金屬護套通過不同方式與地電位連接構(gòu)成的完整系統(tǒng)。

　　4 總則

　　4.1 對電力設(shè)備的帶電檢測是判斷運行設(shè)備是否存在缺陷，預(yù)防設(shè)備損壞并保證運行的重要措施之一。

　　4.2 帶電檢測實施原則

　　帶電檢測的實施，應(yīng)以保證人員、設(shè)備安·全、電網(wǎng)可靠性為前提，安排設(shè)備的帶電檢測工作。在具體實施時，應(yīng)根據(jù)本地區(qū)實際情況(設(shè)備運行情況、電磁環(huán)境、檢測儀器設(shè)備等)，依據(jù)本規(guī)范，制定適合本地區(qū)的實施細則或補充規(guī)定。

　　4.2.1 帶電局部放電檢測判定

　　帶電局部放電檢測中缺陷的判定應(yīng)排除干擾，綜合考慮信號的幅值、大小、波形等因素，確定是否具備局部放電特征。

　　4.2.2 缺陷定位

　　電力設(shè)備互相關(guān)聯(lián)，在某設(shè)備上檢測到缺陷時，應(yīng)當(dāng)對相鄰設(shè)備進行檢測，正確定位缺陷。同時，采用多種檢測技術(shù)進行聯(lián)合分析定位。

　　4.2.3 與設(shè)備狀態(tài)評價相結(jié)合

　　狀態(tài)檢測是開展設(shè)備狀態(tài)評價的基礎(chǔ)，為消隱除患、更新改造提供必要的依據(jù)。同時，狀態(tài)評價為較差的設(shè)備、家族缺陷設(shè)備等是下一周期狀態(tài)檢測的重點對象。目的都是盡大可能控制設(shè)備故障停電風(fēng)險、減少事故損失。

　　4.2.4 與電網(wǎng)運行方式結(jié)合

　　同一電網(wǎng)在不同運行方式下存在不同的關(guān)鍵風(fēng)險點，階段性的帶電檢測工作應(yīng)圍繞電網(wǎng)運行方式來展開，對關(guān)鍵設(shè)備適度加強測試能有效防范停電、電網(wǎng)事故。

　　4.2.5 與停電檢測結(jié)合

　　帶電檢測是對常規(guī)停電檢測的彌補，同時也是對停電檢測的指導(dǎo)。但是帶電檢測也不能解決全部問題，必要時、部分常規(guī)項目還是需要停電檢測。所以應(yīng)以帶電檢測為主，輔以停電檢測。

　　4.2.6 橫向與縱向比較

　　同樣運行條件、同型號的電力設(shè)備之間進行橫向比較，同一設(shè)備歷次檢測進行縱向比較，是有效的發(fā)現(xiàn)潛在問題的方法。

　　4.2.7 新技術(shù)應(yīng)用

　　帶電檢測已被證實為有效的檢測手段，新技術(shù)不斷涌現(xiàn)。在保證電網(wǎng)、設(shè)備安·全的前提下，積極探索使用新技術(shù)，積累經(jīng)驗，保證電網(wǎng)運行。

　　4.3 在進行與溫度和濕度有關(guān)的各種檢測時(如紅外熱像檢測等)，應(yīng)同時測量環(huán)境溫度與濕度。

　　4.4 進行檢測時，環(huán)境溫度一般應(yīng)高于+5℃;室外檢測應(yīng)在良好天氣進行，且空氣相對濕度一般不高于80%。

　　4.5 室外進行紅外熱像檢測宜在日出之前、日落之后或陰天進行。

　　4.6 室內(nèi)檢測局部放電信號宜采取臨時閉燈、關(guān)閉無線通訊器材等措施，以減少干擾信號。

　　4.7 進行設(shè)備檢測時，應(yīng)結(jié)合設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點和檢測數(shù)據(jù)的變化規(guī)律與趨勢，進行全·面地、系統(tǒng)地綜合分析和比較，做出綜合判斷。

　　4.8 對可能立即造成事故或擴大損·傷的缺陷類型(如涉及固體絕緣的放電性嚴重缺陷、產(chǎn)氣速率超過標準注意值等)，應(yīng)盡快停電進行針對性診斷試驗，或采取其它較穩(wěn)妥的監(jiān)測方案。

　　4.9 在進行帶電檢測時，帶電檢測接線應(yīng)不影響被檢測設(shè)備的可靠性。

　　4.10 當(dāng)采用一種檢測方法發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在問題時，要采用其它可行的方法進一步進行聯(lián)合檢測，檢測過程中發(fā)現(xiàn)異常信號，應(yīng)注意組合技術(shù)的應(yīng)用進行關(guān)聯(lián)分析。

　　4.11 當(dāng)設(shè)備存在問題時，信號應(yīng)具有可重復(fù)觀測性，對于偶發(fā)信號應(yīng)加強跟蹤，并盡量查找偶發(fā)信號原因。

　　4.12 老舊設(shè)備局部放電帶電檢測

　　帶電高頻局部放電檢測需從末屏引下線抽取信號，很多老舊設(shè)備沒有末屏引下線，不能有效進行帶電檢測，可以在工作中結(jié)合停電安裝末屏端子箱和引下線，為帶電檢測創(chuàng)造條件。從末屏抽取信號時，盡量采用開口抽取信號，不影響被檢測設(shè)備的可靠運行。

　　4.13 帶電檢測信號表現(xiàn)出的家族性特征

　　應(yīng)重視帶電檢測發(fā)現(xiàn)家族性缺陷的分析統(tǒng)計工作，查找缺陷發(fā)生的本質(zhì)原因，著重從設(shè)備的設(shè)計、材質(zhì)、工藝等方面查找，總結(jié)同型、同廠、同工藝的設(shè)備是否存在同樣缺陷隱患，并分析這些缺陷在帶電狀態(tài)下表征出來的信號是否具有家族性特征。

　　5 變壓器檢測項目、周期和標準

　　5.1  紅外熱像檢測

　　檢測變壓器箱體、儲油柜、套管、引線接頭及電纜終端，紅外熱像圖顯示應(yīng)無異常溫升、溫差和/或相對溫差。檢測和分析方法參考DL/T664。

　　5.2  油中溶解氣體分析

　　對于66kV及以上設(shè)備，除例行試驗外，新投運、對核心部件或主體進行解體性檢修后重新投運的變壓器，在投運后的1、4、10、30天各進行一次本項試驗。若有增長趨勢，即使小于注意值，也應(yīng)縮短試驗周期。烴類氣體含量較高時，應(yīng)計算總烴的產(chǎn)氣速率。取樣及測量程序參考GB/T7252，同時注意設(shè)備技術(shù)文件的特別提示。當(dāng)懷疑有內(nèi)部缺陷(如聽到異常聲響)、氣體繼電器有信號、經(jīng)歷了過負荷運行以及發(fā)生了出口或近區(qū)短路故障時，應(yīng)進行額外的取樣分析。

　　5.3  高頻局部放電檢測

　　檢測從套管末屏接地線、高壓電纜接地線(變壓器為電纜出線結(jié)構(gòu))、鐵芯和夾件接地線上取信號。正常時應(yīng)無典型放電圖譜。當(dāng)懷疑有局部放電時，比較其它檢測方法，如油中溶解氣體分析、超高頻局部放電檢測、超聲波檢測等方法對該設(shè)備進行綜合分析。