10、35kv金屬封閉式開關柜故障分析及處理

0常規局部放電檢測方法10.35kv金屬開放式開關箱廣泛應用于大型供電站。其運行安全直接影響整個供電站的電源可靠性。因此,對開關柜運行狀態的監測及對故障的預判和合理檢修是保證開關設備安全可靠運行的關鍵。目前,對開關柜設備局部放電的檢測方法主要有脈沖電流法、暫態對地電壓(TEV)法、超聲法、超高頻(UHF)法等。但由于變電站現場干擾源繁多、檢測手段單一等因素,開關柜內局部放電的判斷水平難以提高,限制了該技術在變電站現場深入應用。正因為如此,深圳供電局試驗研究所在實際應用中不斷探索,將TEV和UHF兩種方法同時應用,取長補短,在2011年成功檢測出某變電站10kV532BCT柜中的隔離開關A相靜觸頭存在較強的局放信號。處理后,原來的局放信號消失,從而采用TEV和UHF這兩種原理相結合的方式檢測10kV開關柜故障的有效性,為高壓開關柜進行狀態評估技術手段選擇提供了另一條思路。1原理1.1局部放電產生的時變電場分析當開關柜絕緣結構中發生局部放電時,沿放電通道將會有過程極短的脈沖電流產生,并激發瞬態電磁波輻射。當放電間隙比較小時,放電過程的時間比較短,電流脈沖的陡度比較大,輻射高頻電磁波的能力比較強;而放電間隙的絕緣強度比較高時,擊穿過程比較快,此時電流脈沖的陡度比較大,輻射高頻電磁波的能力比較強。通常開關柜絕緣結構中發生的局部放電信號可以看成是由一個點源所發出的,當電介質某處發生局部放電時,由放電產生的電磁擾動隨時間變化,將會產生電磁波,它們遵循麥克斯韋的電磁場基本方程。引入動態向量位A和動態標量位φ來分析局部放電產生的時變電磁場,這時麥克斯韋基本方程組變為動態位方程組:式(1)中:δC為電流密度,A/m2;ρ為激勵源,C/m3;A為動態向量位,Wb/m;φ為動態標量位,V;ε為介電常數,F/m;μ為導磁率,H/m。式(1)表示了動態位與激勵源ρ和電流密度δC之間的關系,考慮洛倫茲條件在時變場的無源區域,由于ρ和δC均為0,因此,式(3)達朗貝爾方程成為波動方程考慮體積V中所有電荷的作用,其解為式(5)、(6)說明局部放電產生的電磁波是以速度ν沿著r方向傳播的,它是時間與位置的函數,該電磁波的能量以速度ν沿著r方向分布,即沿電磁波的傳播方向流動。由于局部放電電流形成的通道很細,放電路徑一般很短,式(5)、(6)中的積分區域V實際上接近一根短線,所以局部放電電流可以用電偶極子來等效,其輻射特性遵循電偶極子的輻射規律。1.2暫態對地電壓tev當10kV開關柜存在局部放電時,開關柜內部會輻射出電磁波信號,電磁波首先傳到金屬外殼的內表面,這些信號大部分被金屬外殼屏蔽,而小部分從金屬箱體的內表面通過箱體的連接處、絕緣襯墊或縫隙等處傳播至大地,同時在設備的金屬外殼的外表面上感應出能持續納秒級的一個電壓信號,稱為暫態對地電壓(TEV)。圖1為局放信號檢測示意圖。2開關柜設備的潛在隱患從2009年至今,深圳供電局試驗研究所先后完成了202個變電站共計12359面10kV開關柜的局部放電帶電測試工作,發現了多起開關柜設備的潛在隱患,其中成功消除某變電站10kV2BM、3BM過渡CT柜532BCT中的隔離開關A相靜觸頭缺陷的例子尤為典型,具體實例如下。2.1開關柜測試結果在2010年07月20日,深圳供電局試驗研究所采用TEV法對某變電站10kV高壓開關柜進行了局部放電帶電測試,當測到10kV3號高壓室的開關柜時,發現存在有較強的疑似異常局放信號。其中3號高壓室內共有23面柜,呈兩排布置,前門靠近532BCT開關柜,后門靠近F53開關柜,見圖2。測得的背景值見表1,開關柜測試結果見圖3、4。從以上測試結果可以看出,開關柜的信號幅值大于背景值,這就說明這種信號是來自于開關柜內,并且3號高壓室左排開關柜的信號幅值普遍高于右排開關柜,兩排開關柜的信號幅值有著基本相同的變化趨勢。從3號高壓室左排10kV開關柜測試結果可知,532BCT柜的幅值明顯高于其他柜,而且呈單邊衰減,所以初步判斷這種信號是來自于532BCT柜內部。鑒于首次碰到如此較強的局放信號,深圳供電局試驗研究所決定采用超高頻法和TEV在線監測法來進一步確認。2.2開關柜放電局部放電檢測局部放電特高頻檢測技術是局部放電檢測的一種新方法,近年來在國內外得到了較快發展,并在電力設備如GIS、同步電機、變壓器、電纜等的檢測中得了應用。特高頻檢測技術具有檢測信號頻率高、外界干擾信號少等特點,因而檢測系統受外界干擾影響小,可以極大地提高電氣設備局部放電檢測的有效性,因此深圳供電局試驗研究所創新性地將此項技術用于開關柜帶電局部放電檢測中。2011年3月2日深圳供電局試驗研究所對某變電站進行局部放電帶電測試,示波器顯示波形見圖5。圖5中A代表1探頭,其位置在532BCT開關柜的正面觀察窗;B代表探頭2,其位置在532BCT開關柜的背面觀察窗。由圖5可以看出,A探頭測到的信號幅值(峰值125mV)明顯高于B探頭(峰值50mV),說明放電源很有可能是開關柜靠正面的位置;而且放電比較穩定,正負半周(5ms一小格,每4格為一個周期)的放電幾乎同時產生,圖譜形狀也比較相似。放電相位在90°和180°峰值附近,是典型的表面放電圖譜(符合DL417-91《電力設備局部放電現場測量導則》中給出的典型放電響應波形),而且兩探頭的放電脈沖在相位上高度一致,基本上可以肯定是同一放電源。為了進一步確認某變電站10kV532BCT柜的局放信號,深圳供電局試驗研究所采用TEV在線監測法對該站10kV532BCT柜進行在線監測。2.3局部放電的判定2011年3月2日,深圳供電局試驗研究所采用TEV在線監測儀對該站10kV532BCT柜進行在線TEV局放測試,測試時間為一周。探頭平面布置圖見圖6(俯視圖)。其中1、2、11、12這4個探頭是天線,主要屏蔽周圍的電磁騷擾;3-10這8個探頭就是測量開關柜用的,由于重點監測532BCT柜,所以在這面柜放置了3個探頭,其中7探頭單獨放置于532BCT柜的背面,5、6探頭分別放置于532BCT柜的正面的上部和中部。2011年3月9日取回數據,檢測結果截圖見圖7。根據國內外的經驗數據,存在局部放電的判據有如下3條:1)探頭測得的短期局部放電劇烈程度值(ShortTermSeverity)>0;2)每測量循環周期內的脈沖數量(NosofPulsespercycle)>0.05;3)局部放電源位于開關裝置內部。根據國內外的經驗數據,局部放電源個數的判定方法如下:1)1個局放源判斷方法:(1)測得的脈沖總數量(Totalnumberofpulses)=某面開關柜上探頭測得的脈沖數量;(2)測得的脈沖總數量(Totalnumberofpulses)<<鄰近探頭所接收到的脈沖的總數量。2)2個以上局放源判斷方法:測得的脈沖總數量(Totalnumberofpulses)=探頭分散測量所測得的脈沖總數量。在線監測的結果表明,這面柜的3個探頭(5、6、7)的脈沖數的總和(323843079)與測得的脈沖總數量(323126159)大致相等,且鄰近探頭(3、4、8、9、10)的脈沖數都遠小于這3個探頭,由此可以確認只有532BCT柜存在局放源;而且6探頭處完全符合上述判據中的3個條件,其獲得的脈沖數最多,占到89%,短期局部放電劇烈程度值(ShortTermSeverity)、長期局部放電劇烈程度值(LongTermSeverity)、平均幅值等指標在8個探頭中是最大的,所以放電源就位于6號探頭附近,詳情見圖8、9(以短期局部放電劇烈程度值為例)。從短期局部放電劇烈程度圖可知,通道6的值比通道2高出許多。綜上所述,532BCT開關柜可以確定存在局放源,而且放電源是在532BCT柜正面的中部,所以深圳供電局試驗研究所馬上申請停電檢查。3隔離開關a相靜觸頭處產生的局放和產品2011年3月3日,深圳供電局試驗研究所對該變電站10kV532BCT柜進行了停電開柜門檢查,在檢查過程中看到柜內各設備的表面并沒有明顯的放電痕跡,但是發現該柜的A相隔離開關靜觸頭處的銅片有松動,見圖10。于是現場技術人員嘗試加上運行相電壓6kV,發現在隔離開關A相動靜觸頭連接處產生放電火花,見圖11,而且該隔離開關比較靠近532BCT柜的正面,所以懷疑該處是產生局放的源頭處。另外在現場也對該柜的其他設備進行了加壓局放試驗(加相電壓6kV同時測量局放),并沒有發現異常局放信號,所以最終確定該柜只存在一個局放源,而且局放源位于隔離開關A相靜觸頭處,于是深圳供電局試驗研究所立即上報檢修班組同事進行處理。2011年3月4日,深圳供電局試驗研究所再次對處理后的532BCT柜進行加壓局放檢測,發現原來存在的局放信號全都消失了。經分析,產生局放的原因是由于靜觸頭的兩側銅片松動,導致動靜觸頭之間接觸不良,存在間隙,產生放電,待將銅片上的螺絲擰緊,讓動靜觸頭接觸良好后,放電現象消失。4加運行電壓邊測局放的方法一般在金1)在停電檢查開關柜內設備缺陷時,不一定通過打耐壓的方式,可以采用邊加運行電壓邊測局放的方法;2)由于現場干擾因素較多,因此在進行10kV開關柜局部放電帶電測試前,必須測量10kV高壓室內的非帶電金屬物品,作為背景值;3)對存在有疑似局部放電的變電站要進行跟蹤測試。5地放電法與其他常用方法的對比1)通過此次缺