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帶電檢測

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  帶電檢測是在電力設備通電運行狀態下進行監測的一種高新技術。利用傳感技術和微電子技術對運行中的設備進行實時監測,獲取設備運行狀態的各種物理量數據,并對其進行分析處理,預測運行狀況,根據實時數據得出檢測報告。帶電檢測是了為保證電力系統的安全運行,對系統的重要設備的運行狀態進行的監視與檢測,及時發現設備的各種劣化過程的發展,以求在可能出現故障或性能下降到影響正常工作之前,及時維修、更換,避免發生危及安全的事故。

 開關柜帶電檢測技術簡介

  10kV開關柜是電網的重要組成部分,其運行的穩定性直接影響到電網安全運行。然而,傳統的定期預試性試驗技術暴露出來的問題無法滿足當前的需要,因此,采取適當的方法進行監測是很有必要的。而根據實際運行經驗發生故障前在事故潛伏期內應該都可能有放電現象產生,局部放電是導致10kV開關柜設備絕緣劣化發生絕緣故障的主要原因,其檢測和評價已經成為絕緣狀況監測的重要手段。為了能將局放測試實現帶電測試,近年來發現了通過在線測量開關柜內因局部放電致使其金屬殼體上產生的瞬間對地電壓(Transient Earth Voltages,以下簡稱TEV),檢測判斷設備內部是否存在絕緣故障,即TEV檢測法。具有以下優點:可以帶電監測、靈敏度高、抗干擾能力強,能進行有效的故障定位,可以獲得定量數據對內部放電監測靈敏度。

  1  超聲波和TEV基本原理

  局部放電是指發生在電極之間但并未貫穿電極的放電,這些微弱的放電產生累積效應會使絕緣的介電性能逐漸劣化,最后導致整個絕緣擊穿。局部放電主要分為絕緣材料內部放電、表面放電、導體尖端放電等,并以電磁聲波、氣體形式等釋放能量。

  1.1  超聲波檢測原理

  當高壓電氣設備內部存在局部放電,在放電過程中,隨著放電的發生,伴隨著爆裂狀的聲發射,產生超聲波,且很快向四周介質傳播。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(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,當在被測設備外殼的接縫處進行測量時,由于探頭完全置于設備體外,放電信號通過絕緣介質衰減很嚴重,靈敏度較差、定量分析比較困難,僅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

  根據麥克斯韋電磁場理論,局部放電現象的發生產生出變化的電場,變化的電場激起磁場,而變化的磁場又會感應出電場,這樣,交變的電場與磁場相互激發并向外傳播,形成了電磁波。通過放電產生的電磁波通過金屬箱體的接縫處或氣體絕緣開關的襯墊傳播出去,同時產生一個暫態電壓,通過設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首先發現,并把它命名為暫態對地電壓(TEV)。TEV在設備內部產生傳播如圖2所示。

圖2 TEV產生示意圖
 

  當開關柜的內部元件對地絕緣發生局部放電時,小部分放電能量會以電磁波的形式轉移到柜體的金屬鎧裝上,并產生持續約幾十納秒的暫態脈沖電壓,在柜體表面按照傳輸線效應進行傳播。地電波局放檢測技術采用容性傳感器探頭檢測柜體表面的暫態脈沖電壓,從而發現和定位開關柜內部的局部放電缺陷。

  2  超聲波、TEV測量法在電力系統中的應用

  針對大量的開關柜設備,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備狀態庫,將正常合格設備與異常數據設備分列建立狀態庫。

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

  3) 結合停電計劃和安排專人對缺陷設備進行檢查和處理,對處理的設備記錄處理結果和原因分析,在設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。由于開關柜外部的電磁信號一樣可以在開關柜上產生暫態對地電壓(TEV),這些信號源同樣可以在變電站內的金屬物品上產生暫態對地電壓,如金屬門或側欄處,測試金屬面板上的背景值時并不是在開關設備上檢測,應該在金屬門等金屬制品上檢測,在開關室不同的位置檢測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:單個模式和連續模式,如遇到測試數據跳躍比較大的時候可以兩種模式切換測試,選取其中讀數穩定做為測試數據;在連續模式下一定要記錄下對應的脈沖數作為后續的輔助判斷;在連續模式下時候可能有時會有數據連續跳動比較的情況,需要貼緊測試的開關柜面板,同時仔細觀察數據選擇記錄相對穩定和幅度大的為測試數據。

  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生干擾;測試過程中注意熒光燈及風機扇的影響,可以先關閉后進行測試,所得數據一般要低幾dB;同時要注意配電房周邊環境影響,在實測過程中發現部分測試地點的微波發射塔對測試數據有較大影響,通過多次測試對比排除的干擾因數后測試結果屬正常范圍;干擾過大時候可以在連續模式的所得脈沖數明顯看出,此時脈沖數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,剛開始測試時調整增益到最大,如果讀數大大時適當的減少增益;將傳感器對準開關設備的空氣通道處進行測試,如斷路器電纜盒、母線柜等設備,在測量的時候一定要注意保持足夠的安全距離;超聲波傳感器沿著開關柜上的縫隙掃描進行檢測,傳感器與開關設備間一定要有空氣通道,用來保證超聲波信號可以傳出來。

  測試中對開關柜測試點的選取:測試過程中應確定各電力設備所處位置,主要檢測母排(連接處、穿墻套管。支撐絕緣部件)、斷路器、CT、PT、電纜接頭等設備的局部放電情況,如有條件,還應對開關室內母線橋架進行檢測。傳感器應盡量靠近觀察窗、通風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,側面板能測試時也要測試。如果出現檢測數值較大的情況,建議測量3次以上以確定測試結果,測試時可以在觀察窗上下位置測試對比數據。

  2.2 數據分析判斷

  在結合實測經驗以及同行測試的經驗基礎上,采用如下的數據判斷方法:

  1) 當發現開關室內TEV背景值與測試值都在20dB以下時,表示開關設備正常,下次再次進行巡檢。

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

  3) 如果開關室內TEV背景值10dB以下,而某些開關柜的TEV測試值大于30dB(相對值大于20dB),而表明該開關柜有局部放電現象,應使用定位技術對放電點進行定位。

  4) 如果開關室內TEV測試值和背景值都在30dB以上,且并沒有發現在某個開關柜上出現峰值,應使用定位技術來判斷信號源的來源,如檢測結果發現信號源來自開關柜,而不是外界的干擾信號,應使用定位技術對放電點進行定位。

  5) 如果在某個開關柜的超聲波測試數據幅值大于6dB小于20dB,說明開關柜內存在局部放電,需要進行復測。

  6) 如果在某個開關柜的超聲波測試數據幅值超過20dB,說明該開關柜內部存在嚴重的局部放電,應盡快組織復測,密切關注檢測幅值的變化趨勢。

  7) 所有故障處理過的開關柜,應再次對該開關室進行局部放電監測,檢測結果跟處理前進行比較,衡量故障處理的準確性。

  同時除了數據判斷,還應結合設備類型進行橫向、縱向對比,對于同一開關柜要進行對比其周期歷史數據看變化大小差異,如果增加幅度超過5~10dB以上都需要予以加強關注;而同一室內若是相同類型開關柜差異過大超過了10dB時需要引起注意,并需要進行現場分析是否柜體附近有較近的干擾源以及跟蹤關注檢測柜體是否 有故障缺陷。

  由于兩種測試方法的差異及特性,表面放電最成功的檢測方法是使用超聲波技術,因為表面放電發出的TEV信號要比內部放電的要小很多。此外表面放電所產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,通過檢查發現了缺陷得到了印證。所以測試局放結果一定要綜合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。

  通過大量的測試發現了異常數據柜,測試數據主要集中于:TEV范圍為5~45dB;超聲波數據集中于6~28dB,總之,測試發現問題主要集中于電纜頭、電纜故障指示器、開關真空管連接母排處、穿墻套管處等,因此測試過程中需要對這些部分多加關注。
 

  變壓器帶電檢測技術方案

  1. 設計規范性引用文件

  下列文件中的條款通過本規范的引用而成為本規范的條款,其最新版本適用于本規范。

  GB50150電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準

  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、介質損耗因數和體積電阻率的測量

  DL/T596電力設備預防性試驗規程

  DL/T664帶電設備紅外診斷應用規范

  DL419電力用油名詞術語

  DL429.9絕緣油介電強度測定法

  Q/GDW168 輸變電設備狀態檢修試驗規程

  Q/GDW169油浸式變壓器(電抗器)狀態評價導則

  Q/GDW170油浸式變壓器(電抗器)狀態檢修導則

  3 定義

  3.1 帶電檢測

  一般采用便攜式檢測設備,在運行狀態下,對設備狀態量進行的現場檢測,其檢測方式為帶電短時間內檢測,有別于長期連續的在線監測。

  3.2 高頻局部放電檢測

  高頻局部放電檢測技術是指對頻率介于3MHz-30MHz區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,對電力系統中具有電流、電壓致熱效應或其他致熱效應的帶電設備進行檢測和診斷。

  3.4 超聲波信號檢測

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

  3.5 超高頻局部放電檢測

  超高頻檢測技術是指對頻率介于300MHz-3000MHz區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 暫態地電壓檢測

  局部放電發生時,在接地的金屬表面將產生瞬時地電壓,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對電力設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備接地回路的接地電流進行檢測。

  3.8 相對介質介質損耗因數

  兩個電容型設備在并聯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,換算所得數值叫做相對介質介質損耗因數。

  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等分解產物。通過對SF6氣體分解物的檢測,達到判斷設備運行狀態的目的。

  3.10 SF6氣體泄漏成像法檢測

  通過利用成像法技術(如:激光成像法、紅外成像法),可實現SF6設備的帶電檢漏和泄漏點的精確定位。

  3.11 金屬護套接地系統

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

  4 總則

  4.1 對電力設備的帶電檢測是判斷運行設備是否存在缺陷,預防設備損壞并保證安全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,應以保證人員、設備安全、電網可靠性為前提,安排設備的帶電檢測工作。在具體實施時,應根據本地區實際情況(設備運行情況、電磁環境、檢測儀器設備等),依據本規范,制定適合本地區的實施細則或補充規定。

  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

  電力設備互相關聯,在某設備上檢測到缺陷時,應當對相鄰設備進行檢測,正確定位缺陷。同時,采用多種檢測技術進行聯合分析定位。

  4.2.3 與設備狀態評價相結合

  狀態檢測是開展設備狀態評價的基礎,為消隱除患、更新改造提供必要的依據。同時,狀態評價為較差的設備、家族缺陷設備等是下一周期狀態檢測的重點對象。最終目的都是盡最大可能控制設備故障停電風險、減少事故損失。

  4.2.4 與電網運行方式結合

  同一電網在不同運行方式下存在不同的關鍵風險點,階段性的帶電檢測工作應圍繞電網運行方式來展開,對關鍵設備適度加強測試能有效防范停電、電網事故。

  4.2.5 與停電檢測結合

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

  4.2.6 橫向與縱向比較

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

  4.2.7 新技術應用

  帶電檢測已被證實為有效的檢測手段,新技術不斷涌現。在保證電網、設備安全的前提下,積極探索使用新技術,積累經驗,保證電網安全運行。

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

  4.4 進行檢測時,環境溫度一般應高于+5℃;室外檢測應在良好天氣進行,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 室內檢測局部放電信號宜采取臨時閉燈、關閉無線通訊器材等措施,以減少干擾信號。

  4.7 進行設備檢測時,應結合設備的結構特點和檢測數據的變化規律與趨勢,進行全面地、系統地綜合分析和比較,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、產氣速率超過標準注意值等),應盡快停電進行針對性診斷試驗,或采取其它較穩妥的監測方案。

  4.9 在進行帶電檢測時,帶電檢測接線應不影響被檢測設備的安全可靠性。

  4.10 當采用一種檢測方法發現設備存在問題時,要采用其它可行的方法進一步進行聯合檢測,檢測過程中發現異常信號,應注意組合技術的應用進行關聯分析。

  4.11 當設備存在問題時,信號應具有可重復觀測性,對于偶發信號應加強跟蹤,并盡量查找偶發信號原因。

  4.12 老舊設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,可以在工作中結合停電安裝末屏端子箱和引下線,為帶電檢測創造條件。從末屏抽取信號時,盡量采用開口抽取信號,不影響被檢測設備的安全可靠運行。

  4.13 帶電檢測信號表現出的家族性特征

  應重視帶電檢測發現家族性缺陷的分析統計工作,查找缺陷發生的本質原因,著重從設備的設計、材質、工藝等方面查找,總結同型、同廠、同工藝的設備是否存在同樣缺陷隱患,并分析這些缺陷在帶電狀態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,在投運后的第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,也應縮短試驗周期。烴類氣體含量較高時,應計算總烴的產氣速率。取樣及測量程序參考GB/T7252,同時注意設備技術文件的特別提示。當懷疑有內部缺陷(如聽到異常聲響)、氣體繼電器有信號、經歷了過負荷運行以及發生了出口或近區短路故障時,應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構)、鐵芯和夾件接地線上取信號。正常時應無典型放電圖譜。當懷疑有局部放電時,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備進行綜合分析。

 

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