高压开关柜局部放电检测技术2013年3月28日 、高压开关柜的故障特征二、高压开关柜局放实用检测技术 三、高压开关柜局放数据的分析 四、测试仪器介绍 五、现场测试A高压开关柜是城市配电网中重要基础设施，其运行的稳定性直接影响到城市 经济的发展,人民生活水平 质量的提高因此，开关柜设备的可靠性直接决定了用户供电的可靠性2005年度国家电网公司高压开关设备运行情况＞状态检修是提高供电设备可靠性的重要技术手段但是，开关柜不可能采取像高压变压器、GIS设备那样的监测技术路线，实现全面、实时的监 测♦高压开关柜数量众多;♦开关柜的设备造价低;4% 1%♦监测设备的成本很高;12kV(24) ■ 40.5kV■ 72.5kV■ 126kV■ 252kV ■ 363kV■ 500kV800kV隐龌A开关柜设备故障已经导致严重后果♦开关柜爆炸导致供电中断，影响电网供电可靠性;♦引发火灾事故，造成重大经济损失;开关柜究竟有哪些类型的故障？开关柜的主要故障形式又是什么？ ♦拒动故障,♦载流故障，主要是接触不良、插件偏心;♦外力或其它故障，如加工工艺不良等；主要是机构等机械原因； 主要是二次控制回路原因； 主要是缺陷、爬电、闪络等;故障，多种原因；♦绝缘故障,♦开断与关V＞开关柜的故障类型及统计结果 >1989〜1997开关柜故障统计结果绝缘与载流故障约占30 %〜40%!根据中国电科院开关设备故摩统 计结果分析得出，不含40.5kV以上拒动■误动■开断与关合■绝缘故障■载流故障■外力其他> 1992年〜2002年广东电网开关设备故障统计结果绝缘与载流故障约占66%!拒动■误动■绝缘故障■截流故障■开断与关合故障■其他故障 特旃:绝缘与载流故障比率约在30%〜50%之间!绝缘与载流故障都是与放电现象密切有关的！对中压开关设备实施放电检测可显著减少故障概率!*■ ","■ ""ii t ・" — —• i「一- ：J .fu . w^t* bw"*rwraB k 1** 上一一_————一—•厂一・・ ■・ rr―――—「 Ln一.」Lwv昌。
食醺绘圆戢酸雕脚的怒包为也得维缆喜闻辎合窗画包锄包可图窟o也可皿婚自然辍宓艇日维缀卷陶圆画质S展日曲稣卷包画画忌卷豳P画/电 检测局部放电的意义1常规的非耐压和耐压试验难以发现局部放电 这类绝缘缺陷2局部放电将导致电力设备绝缘的劣化和缺陷 的恶性循环，严重时甚至会导致绝缘事故3检测局部放电可以避免电力设备在运行中发生突发性绝缘损坏事故-U 1■ WO* JV0 L w< .电醐施豳瞬＞局部放电既是征兆，也是造成绝缘劣 化的重要原因＞局部放电检测和监测是实现状态监测的重要技术手段导致设备局部放电的因素■运行状态的影响♦运行过电压;♦雷电波冲击;♦谐波畸变；■设备本身的原因尖端「 浮电位 CM金绝缘材料不均匀；④内部存在空洞和杂质;令导体表面存在凸出部;＜绝缘强度的不足；■环境因素的影响：潮湿、过热高电位体统缘表皿涔电位固体绝绦绝续:扁J缺陷低电位体A局部放电的伴生现象令 电磁波的发射：HF〜VHF〜UHF〜SHF； 令声音信号：可闻噪声〜超声波；◎ 气体生成物：氮化物、碳化物、氟化物;◎ 光：红外、紫外；◎ 发热：红外；令电流行波：高频脉冲电流 频海魅局部放电的电量测量法名称检测手段检测对象使用条件备注1脉冲电流法检测阻抗变压器、电缆、GIS、套管 等离线IEC60270泄漏或介损HFCTx电容耦 合器绝缘子、套管等容性设备 离线可校准射频检测法HFCT、射频天线、电容耦合变压器、电缆、GIS、开关 柜、发电机离线 可校准*超高频天线变压器、电缆、GIS、发电 机离线 无法校准1*a^| ^*^***** 名称检测手段检测对象使用条件备注声测法超声波传感器、 麦克风变压器、 电缆、GIS 套管、开关柜 离线超声波 检测法光测法光纤传感器变压器 GIS离线 化学检测法气体传感器变压器、GIS离线 DGA法SF6分角星物开关柜局放检测实用技术■电磁测量法;■声音测量法;3Optional IsolalableVoltage Transformer■ 气体测量法;■ 光测量法；■ 热测量法；BusborChamberMoving PortionCurrent Transformers 空气通道Optional Fixed Voltoge Transformer■ 脉冲电流法; ＞开关柜局放的电磁测量法⑴■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;■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;■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 ＞开关柜局放的电磁测量法⑵暂态对地电压可用TEV传感器进行测量，其幅值与放电量和传播途径的衰减程度有关;■衰减量主要取决于放电点位置、设备的内部结构以及开口大小有关，如垫圈的厚度。
■利用装设在金属柜体外表面上的两个TEV传感器所测量的信号到达时差，可以实现粗略＞开关柜局放的电磁测量法⑶■暂态对地电压传感器类似于RF耦合电容器;■开关柜壳体上暂态对地电压的变化会在传感器的金属极板上感应出高频电流，感应电流的大小与放电脉冲的前沿陡峭程度有关；■对传感器输出的高频电流进行处理，可以间接带电体获得局部放电的强度和频度＞开关柜局放的声音测量法⑴局部放电前，放电点周围的电场应力、介质应力、粒子力处于相对平衡状态局部放电是一种快速的电荷释放或迁移过程,导致放电点周围的电场应力、机械应力与粒子力失去平衡状态而产生振荡变化过程;机械应力与粒子力的快速振荡，导致放电点 周围介质的振动现象，从而产生声波信号；＞开关柜局放的声音测量法⑵放电强度的大小决定了电场应力、机械应 力和粒子力的振荡幅度，直接决定了振动 的程度和声波的相度；对于同种程度的放电，振动幅度与介质的 弹性系数有关，固体与液体振动小，气体振动大;振动和声波的传播过程是有损耗的，传播途径的差异导致超声波响度与放电强度之＞开关柜局放的声音测量法(3)■电缆绝缘的内部放电导致的振动幅度较小，难以采用超声波方法测量;■绝缘子、母排导致的表面放电导致的振动幅值较大，方便使用超声波方法进行测量;A电磁测量与声音测量的对比电磁测量法4对脉冲的变化速度比较敏感, 比较适合介质内部放电；4对放电频谱较低的套管、终 端、绝缘子表面放电不敏感；4易受外界电磁干扰的影响；4能够精确定位，但分辨率不高，主要是设备精度限制;4传播过程衰减较小;声音测量法♦对介质类型比较敏感，适合检测空气介质放电；♦比较适合检测套管、终端、绝 缘子的表面放电；♦易受现场机械振动的干扰;4定位精度受内部反射、折射等 现象的影响，但对设备精度要 求较低；♦传播过程衰减大; A局部放电检测策略♦单一的运用某种检测方法，存在着一定局限性，并不能全面、客观、真实的反映被检设备的运行状况，有 时甚至出现误判断。
♦唯有综合运用不同的检测方法，通过相关软件对测试数据进行专业分析才能做到对设备运行状况最客观的 评估，从而做出合理的决策 声-电联合测试是开关柜局部放电检测的开裂瓷绝缘子内部放电模型电磁法检测有效，超声波检 测基本无信号；＞局部放电数据分析技术不是简单地回答“Yes”与“No” ,其目标是在海量数据中发现“异常者”，总结出指导检修的普遍性规律;诊断技术检测技术・ L^rwr"Jr q r*1* / fc-^i 11J ifii ji k-ww信息r ■ - . . r , r . COB知识ABB > 对高压开关柜局放数据进行分析，需要遵循下列基本原则:4 基于任何检测技术的数据都是有用的；♦ 基于任何检测技术的数据都有其局限性；♦ 规律隐藏在长期、连续的测试数据当中；AoiU二 I；♦ 实施状态检修，既需要充分利用现有的规律，更 需要对现有规律的持续完善和补充； ＞高压开关柜局放数据的常用分析方法-统计诊断技术:■ 统计诊断技术首先需要开展广泛的现场测试，以获取足够的统计样本;■ 根据企业的具体条件选择合理的正常设备概率，据此可以大致判断具体设备的绝缘状态;■ 根据统计结果给出的设备状态判断分析结果并不代表设备必然故障与否，仅属于一种可能性；■ 统计诊断技术是一种开放、循环的过程;A高压开关柜局放数据的常用分析方法-趋势分析技术:■假设条件：电力设备的绝缘劣化是一种缓慢累积的过程，突发性的绝缘破坏不适合趋势分析法;SpD > SseT■绝缘裂化判据： A高压开关柜局放数据的常用分析方法-横向分析技术：考虑的可比因素:♦ A、B、C三相测试数据的比较;♦ 邻近开关柜测试数据的比较；♦ 同型开关设备测试数据的比较;高压开关柜局放数据的常用分析方法-横向分析技dB▲术：开关柜测试数据分析方法Ultra TEV Plus+测试信号强度以数值形式显示。
・测试仪器可以显示每个周期的PD脉冲数、严重程度、内部放电最大水 平❸超声波信号既可以通过数值显示，也可以通过耳机听到Ultra TEV Plus+判断规则(地电波模式)背景值 设备上的测试 推断 所需采取的措施值(p)0〜10dB P<20 dB 未发现明显的放电 每3个月测试一次现象2040dB检测到强烈的放电 现象用定位仪进行定位，确定放电源的位置,对缺陷设备进行停电检修Ultra TEV Plus+判断规则（超声波模式）背景值 设备上的测试推断值（P）所需采取的措施0 〜5dB P<7dB未发现明显的放电 现象每3个月测试一次7
P>30dB检测到强烈的放电 现象用定位仪进行定位，确定放电源的位置，对缺陷设备进行停电检修 PDL1•计算放电脉冲到达两个探头的不同时间，并且轮流地显示与 探头相关的局部放电信息，可对故障进行精确定位•可与示波器连接使用，以判断放电类型PDL1判断规则(地电波模式)背景值 设备上的测试 推断 所需采取的措施值(p)0〜10dB P<20 dB 未发现明显的放电 每3个月测试一次现象2040dB检测到强烈的放电 现象用定位仪进行定位，确定放电源的位置,对缺陷设备进行停电检修PDM03•持续监测局部放电信号，数据可以储存两个月・4个天线可有效屏蔽外部干扰，8个检测探头能全面检测局放信号并实现定位•数据可以在个人计算机上通过标准也子数据表分析软件包分析，得出短期局部放 电剧烈程度值、每测量循环周期内的脉冲数量等局放参数PDM03工作模式检：用仪器配备的 ,自检源检测各个通道初始化设置：开关房位置、名称、开关类型、时间、 日期等现场布线：1、2、11、 12为天线，距开关柜最好2.1m以上连续监测, 数据分析PDM03探头布置 PDM03测量数据格式（DATA.txt）[ LEVEL[ NUMBER OFPULSES --Ch MaxNos ofAvShortNos of%MaxAssoc% SeverityLevelL PulsesLevel TermPulsesPulsesPulsesLevelTime Long Maxper cyclGSeverityper cycleTerm Sho1 520.2402596643224150.54925100 4 962 520.0171771508500.0312271 0 73 464.76743951 ：122865307914 . 93343100 631 9514 490.01218320000600.03019100 0 35 400.00040012700.00105 0 06 430.711161004043301.9394043 0 1947 130.0001309000.00102 0 0I 8 430.008241401800.019025 0 19 430.4623165488978441.8023134 2 6510 490.003261128400.02506 0 111 430.001200606327442.03534100 2 13312 460.0031917495900.2513189 0 9Totalnumber ofpulses=135658264Totalnumber ofsetsof data= 195412 channels connected, 14400 cycles per 5 minutesPDM03局放判断存在局放?/短期局部放电剧烈程度值＞0/每测量循环周期内的脉冲数量＞0.05/局部放电源位于开关装置内部实际工作中 宜将二者结 合使用便携式多功能测量、 仪(UltraTEV) 主要用来初判是否 存在局放局部放电监测仪 (PDM03)主要实现对局放 点定布多功能TEV巡检测量a超声波状态3琥珀色绿色 J ?—— —JI—PDM03 确 认放电及 初步定位重要开 科关设备是*TEV状态。
下一次测 壁期性PDL1精确 定位川9是PDM03 确 认放电及 初步•定位下一次测 量期性8♦缩短试睑 周期，密切 关注设备 状态PDL1精确IE位测试中存在的干扰现场电子仪器测试步骤:＞测量现场背景噪音＞消除现场干扰源＞记录开关柜的铭牌参数＞地电波模式下，测量开关柜的地电波信号,并记录测量数据＞超声波模式下，测量开关柜的超声波信号,并记录测量数据＞判断开关柜是否存在局放(1)白云局远景开关房局放测试＞便携式测试仪超声(28dB)和TEV (25dB)信号均超标初步判定远景开关房内的开关 柜存在局部放电，用PDM03进一步连续监测发现还是存在明显的局放信号＞这批开关柜为半封闭式SM6开关柜，结构较落后，投运已达10多年另外，运行人员发 现现场有臭氧味道，决定把这几台开关柜停运＞最后经仔细检查，发现这些开关柜内部老化严重，有明显的铜锈和污渍，可能是引发局) 放的原因之一2)芳村紫香开关房局放测试超声信号:25dB(0dB)—Im I ■15dB(5dB) TEV 信号:[ ——LEVEL - ][ BIUMBER OFPULSES -- ]Ch MaxNos ofAv Short Nos of %MaxAssoc % SeverityLevelPulses per cycleLevel Term Pulses PulsesSeverityPulses per cycleLevel Time Long Max Term Short.1 520.1621 65 28039 20. 1S252 34 0 652 490.0663 19 86887 60.3 8846 41 0 773 310.0020 0 2067 00.0102 8 13 0 04 250.0000 0 176 00.0020 2 0 05 250.0000 0 1223 □0.01419 8 0 06 250.0040 0 999 □0.01313 6 0 07 250.01Z0 0 810 □0.01Z25 7 0 08 190.0020 0 136 □0.00219 3 0 09 190.0050 0 2004 □0.00519 17 0 010 160.0000 0 44 00.0000 2 0 011 371.2564 89 1326143 921-70019 58 0 8912 28 0.011 0 0 5576 0Total nurriber of pulses = 1442 62 9Total nurttoer of sets of data = 12010.023□ 18 0 012 channeIs connected, 14400 cycles per 5 ininut.es每个探测器的短期局部放电剧烈程度值=0每测量循环周期内的脉冲数量=0依判据，不存在明显的局放信号发现该开关柜内部外绝缘老化严重，电极有明显白色锈蚀＞受环境潮湿影响，在裸露导体及绝缘交接部分容易发生凝露，继 而发表面生闪络现象，闪络的重复发生将会导致铜电极的锈蚀；＞开关室上部的污由该类型开关柜的结构缺陷引起的，开关室上部 与外界有气孔相连，但开关柜内的空气流通速率不够大时，且当 湿度和灰尘较大时，易使绝缘子表面积污。
(3)萝岗云埔开关房局放测试超声信号： 27dB(5dB) TEV 信号： OdB(OdB)“嘶嘶”声 SS： 臭氧味>电极腐蚀原因可能为开关柜内潮湿引发电极腐蚀，进而引发表面爬电，此过程重复发 生导致表面锈蚀严重；> A相黑色烧焦痕迹疑为高能局部放电引起电缆外绝缘损伤所致，目前电缆缺陷正在进 一步调查之中 ＞开关柜的状态检修对提高电力系统的供电可靠性具有重要的现实意义；对开关柜实施监测，需要找出重点问题，切忌盲目求全、求精、求细，应讲求实用性;＞绝缘与载流故障在开关柜故障中比重较大，开展局部放电监测具有现实意义；声一电联合测试是开关柜局部放电监测的最佳选择; A趋势分析、横向对比、统计分析等都是状态检修的重要技术，阈值分析法需要综合各方面的信息才能应用；检测技术仅是状态检修的技术手段，局部放电数据的分析 才是状态检修的核心；A状态检修分析技术回答的不是简单的“是”与“否”问题，仅是提供一系列有效的技术手段；判断为故障的设备未必真有故障，判断为没有故障的设备也未必真的没。