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带电检测
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  带电检测是在电力设备通电运行状态下进行监测的一种高新技术。利用传感技术和微电子技术对运行中的设备进行实时监测,获取设备运行状态的各种物理量数据,并对其进行分析处理,预测运行状况,根据实时数据得出检测报告。带电检测是了为保证电力系统的安全运行,对系统的重要设备的运行状态进行的监视与检测,及时发现设备的各种劣化过程的发展,以求在可能出现故障或性能下降到影响正常工作之前,及时维修、更换,避免发生危及安全的事故。

 开关柜带电检测技术简介

  10kV开关柜是电网的重要组成部分,其运行的稳定性直接影响到电网安全运行。然而,传统的定期预试性试验技术暴露出来的问题无法满足当前的需要,因此,采取适当的方法进行监测是很有必要的。而根据实际运行经验发生故障前在事故潜伏期内应该都可能有放电现象产生,局部放电是导致10kV开关柜设备绝缘劣化发生绝缘故障的主要原因,其检测和评价已经成为绝缘状况监测的重要手段。为了能将局放测试实现带电测试,近年来发现了通过在线测量开关柜内因局部放电致使其金属壳体上产生的瞬间对地电压(Transient Earth Voltages,以下简称TEV),检测判断设备内部是否存在绝缘故障,即TEV检测法。具有以下优点:可以带电监测、灵敏度高、抗干扰能力强,能进行有效的故障定位,可以获得定量数据对内部放电监测灵敏度。

  1  超声波和TEV基本原理

  局部放电是指发生在电极之间但并未贯穿电极的放电,这些微弱的放电产生累积效应会使绝缘的介电性能逐渐劣化,最后导致整个绝缘击穿。局部放电主要分为绝缘材料内部放电、表面放电、导体尖端放电等,并以电磁声波、气体形式等释放能量。

  1.1  超声波检测原理

  当高压电气设备内部存在局部放电,在放电过程中,随着放电的发生,伴随着爆裂状的声发射,产生超声波,且很快向四周介质传播。伴随有声波能量的放出,超声波信号以某一速度通过不同介质(隔板、油、SF6气体等)以球面波的形式向四周传播。但由于超声波频率高其波长较短,因此它的方向性较强,从而它的能量较为集中,容易进行定位。超声波检测主要采用20 kHz以上频率,可不受外部噪声的干扰。通常认为,当在被测设备外壳的接缝处进行测量时,由于探头完全置于设备体外,放电信号通过绝缘介质衰减很严重,灵敏度较差、定量分析比较困难,仅对局放初测及比较严重的空气中的放电才比较有效,超声波测量放电工作原理图1所示


图1超声测试工作原理图
 

  1.2  TEV检测原理

  根据麦克斯韦电磁场理论,局部放电现象的发生产生出变化的电场,变化的电场激起磁场,而变化的磁场又会感应出电场,这样,交变的电场与磁场相互激发并向外传播,形成了电磁波。通过放电产生的电磁波通过金属箱体的接缝处或气体绝缘开关的衬垫传播出去,同时产生一个暂态电压,通过设备的金属箱体外表面而传到地下去。这些电压脉冲是于1974年由Dr John Reeves首先发现,并把它命名为暂态对地电压(TEV)。TEV在设备内部产生传播如图2所示。

 


图2 TEV产生示意图
 

  当开关柜的内部元件对地绝缘发生局部放电时,小部分放电能量会以电磁波的形式转移到柜体的金属铠装上,并产生持续约几十纳秒的暂态脉冲电压,在柜体表面按照传输线效应进行传播。地电波局放检测技术采用容性传感器探头检测柜体表面的暂态脉冲电压,从而发现和定位开关柜内部的局部放电缺陷。

  2  超声波、TEV测量法在电力系统中的应用

  针对大量的开关柜设备,为提高工作效率,减少工作量,测试过程可按如下3个步骤:

  1) 先行使用便捷式局放测试仪对设备进行普测(普测周期为3个月一次),通过普测逐步建立起设备状态库,将正常合格设备与异常数据设备分列建立状态库。

  2) 针对有问题或异常数据库设备开展复测(普测后7~10天内),建立复测档案,同时对于测试数据严重超标设备采用便捷式局部放电定位仪进行故障定位测试。

  3) 结合停电计划和安排专人对缺陷设备进行检查和处理,对处理的设备记录处理结果和原因分析,在设备处理完毕后及时开展局放测试对比处理效果,如正常更新状态库。

  2.1  测试过程和测试点选取

  测试过程中需要严格遵照仪器说明要求,做好各项防护,同时也总结出以下的测试过程;

  1) 测试前先进行背景值测试,记录空气和金属制品背景声。由于开关柜外部的电磁信号一样可以在开关柜上产生暂态对地电压(TEV),这些信号源同样可以在变电站内的金属物品上产生暂态对地电压,如金属门或侧栏处,测试金属面板上的背景值时并不是在开关设备上检测,应该在金属门等金属制品上检测,在开关室不同的位置检测3个点的值,并取中间值作为背景信号的参考值。

  2) 将TEV测试仪器探头贴紧开关柜进行测试。实际过程中需要灵活的变换采用TEV的两种测试模式:单个模式和连续模式,如遇到测试数据跳跃比较大的时候可以两种模式切换测试,选取其中读数稳定做为测试数据;在连续模式下一定要记录下对应的脉冲数作为后续的辅助判断;在连续模式下时候可能有时会有数据连续跳动比较的情况,需要贴紧测试的开关柜面板,同时仔细观察数据选择记录相对稳定和幅度大的为测试数据。

  3) 测试过程中需要注意对干扰噪声的排除避免将手机靠得过近产生干扰;测试过程中注意荧光灯及风机扇的影响,可以先关闭后进行测试,所得数据一般要低几dB;同时要注意配电房周边环境影响,在实测过程中发现部分测试地点的微波发射塔对测试数据有较大影响,通过多次测试对比排除的干扰因数后测试结果属正常范围;干扰过大时候可以在连续模式的所得脉冲数明显看出,此时脉冲数一般会达到几千乃至上万。

  4) 采用超声波模式时一定要测试背景读数,刚开始测试时调整增益到最大,如果读数大大时适当的减少增益;将传感器对准开关设备的空气通道处进行测试,如断路器电缆盒、母线柜等设备,在测量的时候一定要注意保持足够的安全距离;超声波传感器沿着开关柜上的缝隙扫描进行检测,传感器与开关设备间一定要有空气通道,用来保证超声波信号可以传出来。

  测试中对开关柜测试点的选取:测试过程中应确定各电力设备所处位置,主要检测母排(连接处、穿墙套管。支撑绝缘部件)、断路器、CT、PT、电缆接头等设备的局部放电情况,如有条件,还应对开关室内母线桥架进行检测。传感器应尽量靠近观察窗、通风口等局放信号容易泄漏部位的金属面板上,实际测试过程中一般选取前面面板上、中、下部,后面板的上、中、下部位,侧面板能测试时也要测试。如果出现检测数值较大的情况,建议测量3次以上以确定测试结果,测试时可以在观察窗上下位置测试对比数据。

  2.2 数据分析判断

  在结合实测经验以及同行测试的经验基础上,采用如下的数据判断方法:

  1) 当发现开关室内TEV背景值与测试值都在20dB以下时,表示开关设备正常,下次再次进行巡检。

  2) 如果开关室内TEV背景值在10dB以下,而某些开关柜的测试值在20dB~30dB,应对该开关柜加强关注,观察以后检测幅值的变化趋势。

  3) 如果开关室内TEV背景值10dB以下,而某些开关柜的TEV测试值大于30dB(相对值大于20dB),而表明该开关柜有局部放电现象,应使用定位技术对放电点进行定位。

  4) 如果开关室内TEV测试值和背景值都在30dB以上,且并没有发现在某个开关柜上出现峰值,应使用定位技术来判断信号源的来源,如检测结果发现信号源来自开关柜,而不是外界的干扰信号,应使用定位技术对放电点进行定位。

  5) 如果在某个开关柜的超声波测试数据幅值大于6dB小于20dB,说明开关柜内存在局部放电,需要进行复测。

  6) 如果在某个开关柜的超声波测试数据幅值超过20dB,说明该开关柜内部存在严重的局部放电,应尽快组织复测,密切关注检测幅值的变化趋势。

  7) 所有故障处理过的开关柜,应再次对该开关室进行局部放电监测,检测结果跟处理前进行比较,衡量故障处理的准确性。

  同时除了数据判断,还应结合设备类型进行横向、纵向对比,对于同一开关柜要进行对比其周期历史数据看变化大小差异,如果增加幅度超过5~10dB以上都需要予以加强关注;而同一室内若是相同类型开关柜差异过大超过了10dB时需要引起注意,并需要进行现场分析是否柜体附近有较近的干扰源以及跟踪关注检测柜体是否 有故障缺陷。

  由于两种测试方法的差异及特性,表面放电最成功的检测方法是使用超声波技术,因为表面放电发出的TEV信号要比内部放电的要小很多。此外表面放电所产生的电磁波信号频率也比TEV传感器的检测频率要低,很多情况下表面放电不会被TEV传感器检测到,但可以被超声波传感器所检测到。实测过程中许多TEV测试集中于15~17dB的柜,但测试超声波达到了25~28dB,通过检查发现了缺陷得到了印证。所以测试局放结果一定要综合TEV和超声波两方面来看,测试过程中两者都需要进行,可是起到良好的互补效果。

  通过大量的测试发现了异常数据柜,测试数据主要集中于:TEV范围为5~45dB;超声波数据集中于6~28dB,总之,测试发现问题主要集中于电缆头、电缆故障指示器、开关真空管连接母排处、穿墙套管处等,因此测试过程中需要对这些部分多加关注。
 

  变压器带电检测技术方案

  1. 设计规范性引用文件

  下列文件中的条款通过本规范的引用而成为本规范的条款,其最新版本适用于本规范。

  GB50150电气装置安装工程电气设备交接试验标准

  GB/T7354局部放电测量

  GB/T7252变压器油中溶解气体分析和判断标准

  GB/T5654液体绝缘材料工频相对介电常数、介质损耗因数和体积电阻率的测量

  DL/T596电力设备预防性试验规程

  DL/T664带电设备红外诊断应用规范

  DL419电力用油名词术语

  DL429.9绝缘油介电强度测定法

  Q/GDW168 输变电设备状态检修试验规程

  Q/GDW169油浸式变压器(电抗器)状态评价导则

  Q/GDW170油浸式变压器(电抗器)状态检修导则

  3 定义

  3.1 带电检测

  一般采用便携式检测设备,在运行状态下,对设备状态量进行的现场检测,其检测方式为带电短时间内检测,有别于长期连续的在线监测。

  3.2 高频局部放电检测

  高频局部放电检测技术是指对频率介于3MHz-30MHz区间的局部放电信号进行采集、分析、判断的一种检测方法。

  3.3 红外热像检测

  利用红外热像技术,对电力系统中具有电流、电压致热效应或其他致热效应的带电设备进行检测和诊断。

  3.4 超声波信号检测

  超声波检测技术是指对频率介于20kHz-200kHz区间的声信号进行采集、分析、判断的一种检测方法。

  3.5 超高频局部放电检测

  超高频检测技术是指对频率介于300MHz-3000MHz区间的局部放电信号进行采集、分析、判断的一种检测方法。

  3.6 暂态地电压检测

  局部放电发生时,在接地的金属表面将产生瞬时地电压,这个地电压将沿金属的表面向各个方向传播。通过检测地电压实现对电力设备局部放电的判别和定位。

  3.7 接地电流测量

  通过电流互感器或钳形电流表对设备接地回路的接地电流进行检测。

  3.8 相对介质介质损耗因数

  两个电容型设备在并联情况下或异相相同电压下在电容末端测得两个电流矢量差,对该差值进行正切换算,换算所得数值叫做相对介质介质损耗因数。

  3.9 SF6气体分解物检测

  在电弧、局部放电或其他不正常工作条件作用下,SF6气体将生成SO2、H2S等分解产物。通过对SF6气体分解物的检测,达到判断设备运行状态的目的。

  3.10 SF6气体泄漏成像法检测

  通过利用成像法技术(如:激光成像法、红外成像法),可实现SF6设备的带电检漏和泄漏点的精确定位。

  3.11 金属护套接地系统

  为限制电缆金属护套感应电压,将电缆金属护套通过不同方式与地电位连接构成的完整系统。

  4 总则

  4.1 对电力设备的带电检测是判断运行设备是否存在缺陷,预防设备损坏并保证安全运行的重要措施之一。

  4.2 带电检测实施原则

  带电检测的实施,应以保证人员、设备安全、电网可靠性为前提,安排设备的带电检测工作。在具体实施时,应根据本地区实际情况(设备运行情况、电磁环境、检测仪器设备等),依据本规范,制定适合本地区的实施细则或补充规定。

  4.2.1 带电局部放电检测判定

  带电局部放电检测中缺陷的判定应排除干扰,综合考虑信号的幅值、大小、波形等因素,确定是否具备局部放电特征。

  4.2.2 缺陷定位

  电力设备互相关联,在某设备上检测到缺陷时,应当对相邻设备进行检测,正确定位缺陷。同时,采用多种检测技术进行联合分析定位。

  4.2.3 与设备状态评价相结合

  状态检测是开展设备状态评价的基础,为消隐除患、更新改造提供必要的依据。同时,状态评价为较差的设备、家族缺陷设备等是下一周期状态检测的重点对象。最终目的都是尽最大可能控制设备故障停电风险、减少事故损失。

  4.2.4 与电网运行方式结合

  同一电网在不同运行方式下存在不同的关键风险点,阶段性的带电检测工作应围绕电网运行方式来展开,对关键设备适度加强测试能有效防范停电、电网事故。

  4.2.5 与停电检测结合

  带电检测是对常规停电检测的弥补,同时也是对停电检测的指导。但是带电检测也不能解决全部问题,必要时、部分常规项目还是需要停电检测。所以应以带电检测为主,辅以停电检测。

  4.2.6 横向与纵向比较

  同样运行条件、同型号的电力设备之间进行横向比较,同一设备历次检测进行纵向比较,是有效的发现潜在问题的方法。

  4.2.7 新技术应用

  带电检测已被证实为有效的检测手段,新技术不断涌现。在保证电网、设备安全的前提下,积极探索使用新技术,积累经验,保证电网安全运行。

  4.3 在进行与温度和湿度有关的各种检测时(如红外热像检测等),应同时测量环境温度与湿度。

  4.4 进行检测时,环境温度一般应高于+5℃;室外检测应在良好天气进行,且空气相对湿度一般不高于80%。

  4.5 室外进行红外热像检测宜在日出之前、日落之后或阴天进行。

  4.6 室内检测局部放电信号宜采取临时闭灯、关闭无线通讯器材等措施,以减少干扰信号。

  4.7 进行设备检测时,应结合设备的结构特点和检测数据的变化规律与趋势,进行全面地、系统地综合分析和比较,做出综合判断。

  4.8 对可能立即造成事故或扩大损伤的缺陷类型(如涉及固体绝缘的放电性严重缺陷、产气速率超过标准注意值等),应尽快停电进行针对性诊断试验,或采取其它较稳妥的监测方案。

  4.9 在进行带电检测时,带电检测接线应不影响被检测设备的安全可靠性。

  4.10 当采用一种检测方法发现设备存在问题时,要采用其它可行的方法进一步进行联合检测,检测过程中发现异常信号,应注意组合技术的应用进行关联分析。

  4.11 当设备存在问题时,信号应具有可重复观测性,对于偶发信号应加强跟踪,并尽量查找偶发信号原因。

  4.12 老旧设备局部放电带电检测

  带电高频局部放电检测需从末屏引下线抽取信号,很多老旧设备没有末屏引下线,不能有效进行带电检测,可以在工作中结合停电安装末屏端子箱和引下线,为带电检测创造条件。从末屏抽取信号时,尽量采用开口抽取信号,不影响被检测设备的安全可靠运行。

  4.13 带电检测信号表现出的家族性特征

  应重视带电检测发现家族性缺陷的分析统计工作,查找缺陷发生的本质原因,着重从设备的设计、材质、工艺等方面查找,总结同型、同厂、同工艺的设备是否存在同样缺陷隐患,并分析这些缺陷在带电状态下表征出来的信号是否具有家族性特征。

  5 变压器检测项目、周期和标准

  5.1  红外热像检测

  检测变压器箱体、储油柜、套管、引线接头及电缆终端,红外热像图显示应无异常温升、温差和/或相对温差。检测和分析方法参考DL/T664。

  5.2  油中溶解气体分析

  对于66kV及以上设备,除例行试验外,新投运、对核心部件或主体进行解体性检修后重新投运的变压器,在投运后的第1、4、10、30天各进行一次本项试验。若有增长趋势,即使小于注意值,也应缩短试验周期。烃类气体含量较高时,应计算总烃的产气速率。取样及测量程序参考GB/T7252,同时注意设备技术文件的特别提示。当怀疑有内部缺陷(如听到异常声响)、气体继电器有信号、经历了过负荷运行以及发生了出口或近区短路故障时,应进行额外的取样分析。

  5.3  高频局部放电检测

  检测从套管末屏接地线、高压电缆接地线(变压器为电缆出线结构)、铁芯和夹件接地线上取信号。正常时应无典型放电图谱。当怀疑有局部放电时,比较其它检测方法,如油中溶解气体分析、超高频局部放电检测、超声波检测等方法对该设备进行综合分析。

 

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