开关柜局部放电检测技术

开关柜局部放电检测技术

广州供电局电力试验研究院2013年6月四、开关柜局放检测仪器介绍八、总结五、常用UltraTEVPlus+使用方法一、背景七、案例分析二、开关柜故障特征三、开关柜局放检测技术介绍目录六、开关柜局放检测数据分析

一、背景一、背景—重要性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。

一、背景—问题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设备那样的在线监测技术路线，实现全面、实时的在线监测。高压开关柜数量众多

开关柜的设备造价低

监测设备的成本很高传统方法检出率较低一、背景—后果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

二、开关柜故障特征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？二、开关柜故障特征二、开关柜故障特征—分类拒动故障误动故障绝缘故障开断与关合故障载流故障外力或其他故障故障开关柜的故障类型二、开关柜故障特征—统计结果1989～1997开关柜故障统计结果（中国电科院统计）1992～2002广东电网开关柜故障统计结果开关柜的故障统计结果二、开关柜故障特征—结论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开关柜实施放电检测可显著减少故障概率三、开关柜局放检测技术介绍三、开关柜局放检测技术介绍—定义局部放电定义电力设备绝缘中部分被击穿的电气放电，可以发生在导体附近，也可以发生在其他地方局部放电内部局部放电：发生在绝缘体内部的放电表面局部放电：发生在绝缘体表面的放电电晕：发生在被气体包围的导体附件的放电三、开关柜局放检测技术介绍—意义检测局部放电的意义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三、开关柜局放检测技术介绍—原因导致设备局部放电的因素导致局放的因素运行状态环境因素设备本身运行过电压雷电波冲击谐波畸变绝缘材料不均匀内部存在空洞和杂质导体表面存在凸出部绝缘强度的不足潮湿、过热三、开关柜局放检测技术介绍—现象

局部放电的伴生现象

电磁波的发射：HF～VHF～UHF～SHF；

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；

电流行波：高频脉冲电流。三、开关柜局放检测技术介绍—TEV法暂态地电压法（TEV）1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2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3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三、开关柜局放检测技术介绍—TEV法暂态地电压法（TEV）4电磁波上升沿碰到金属外表面，产生暂态对地电压(TransientEarthVoltage)5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6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，如垫圈的厚度三、开关柜局放检测技术介绍—TEV法暂态地电压法（TEV）7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，可以实现粗略的局部放电定位8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9对传感器输出的高频电流进行处理，可以间接获得局部放电的强度和频度三、开关柜局放检测技术介绍—超声法超声法1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2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3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，从而产生声波信号三、开关柜局放检测技术介绍—超声法超声法4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5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6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间复杂的比例关系三、开关柜局放检测技术介绍—超声法超声法7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8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沿面放电模型瓷绝缘子表面放电模型开裂瓷绝缘子内部放电模型超声波检测有效，电磁检测不敏感超声波检测有效，电磁检测不敏感电磁法检测有效，超声波检测基本无信号三、开关柜局放检测技术介绍—方法对比三、开关柜局放检测技术介绍—方法对比TEV法对比超声法TEV法对脉冲的变化速度比较敏感，比较适合介质内部放电对放电频谱较低的套管、终端、绝缘子表面放电不敏感易受外界电磁干扰的影响能够精确定位，但分辨率不高，主要是设备精度限制传播过程衰减较小超声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定位精度受内部反、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VS三、开关柜局放检测技术介绍—技术策略局放检测技术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最佳选择！四、开关柜局放检测仪器介绍四、开关柜局放检测仪器介绍UltraTEVPlus+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。超声波信号既可以通过数值显示，也可以通过耳机听到。UltraTEVPlus+判断规则（地电波模式）背景值设备上的测试值(p)推断所需采取的措施0～10dBP≤20dB未发现明显的放电现象每3个月测试一次20＜P≤30dB检测到一定程度的放电现象引起关注，需要跟踪测试或用监测仪进行在线监测，观察设备的放电趋势。30＜P≤40dB检测到较强的放电现象用定位仪进行定位，确定放电源的位置，对设备采取相应的措施。或用在线监测仪进行监测，观察放电趋势。P＞40dB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四、开关柜局放检测仪器介绍UltraTEVPlus+判断规则（超声模式）四、开关柜局放检测仪器介绍背景值设备上的测试值(p)推断所需采取的措施0～5dBP≤7dB未发现明显的放电现象每3个月测试一次7＜P≤10dB检测到一定程度的放电现象引起关注，需要跟踪测试，观察设备的放电趋势。10＜P≤30dB检测到较强的放电现象用定位仪进行定位，确定放电源的位置，对设备采取相应的措施。或用在线监测仪进行监测，观察放电趋势。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UltraTEVPlus+判断规则（地电波+超声综合判断模式）四、开关柜局放检测仪器介绍局放程度地电波/dB超声波/dB检测周期所需采取的措施L0TEV≤15AA≤81年跟踪处理L115≤TEV﹤228≤AA﹤121年跟踪处理L222≤TEV﹤2612≤AA﹤156个月引起关注，需要跟踪测试，观察设备的放电趋势L326≤TEV﹤3015≤AA﹤196个月引起关注，需要跟踪测试，观察设备的放电趋势。L430≤TEV﹤3519≤AA﹤221个月引起关注，需要跟踪测试，观察设备的放电趋势L535≤TEV﹤3822≤AA﹤261个月用定位仪进行定位，确定放电源的位置，对缺陷设备进行停电检修L638≤TEV﹤4526≤AA﹤301周用定位仪进行定位，确定放电源的位置，对缺陷设备进行停电检修L745≤TEV30≤AA立即检修紧急停电检修四、开关柜局放检测仪器介绍UltraProbe9000四、开关柜局放检测仪器介绍PDL01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。PDL01判断规则（地电波模式）背景值设备上的测试值(p)推断所需采取的措施0～10dBP≤20dB未发现明显的放电现象每3个月测试一次20＜P≤30dB检测到一定程度的放电现象引起关注，需要跟踪测试或用监测仪进行在线监测，观察设备的放电趋势。30＜P≤40dB检测到较强的放电现象用定位仪进行定位，确定放电源的位置，对设备采取相应的措施。或用在线监测仪进行监测，观察放电趋势。P＞40dB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四、开关柜局放检测仪器介绍四、开关柜局放检测仪器介绍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个检测探头全面检测局放信号并定位数据可以在个人计算机上通过标准电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自检：用仪器配备的自检源检测各个通道现场布线：1、2、11、12为天线，距开关柜最好2.1m以上初始化设置：开关房位置、名称、开关类型、时间、日期等连续监测，数据分析PDM03工作模式四、开关柜局放检测仪器介绍开关柜前面天线1天线2天线11天线12传感器PDM03探头布置四、开关柜局放检测仪器介绍四、开关柜局放检测仪器介绍PDM03测量数据格式（DATA.txt）四、开关柜局放检测仪器介绍PDM03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四、开关柜局放检测仪器介绍UltraTEVPlus+UltraProbe9000主要用来初判是否存在局放PDM03主要实现对局放点定位实际工作中宜将二者结合使用仪器使用策略五、常用UltraTEVPlus+使用方法设备名称：UltraTEVPlus+34521图中各红圈名称1、内置测试探头2、超声波探头接口3、显示屏4、控制键5、电源键开机：长按5键即可开机，开机后按ok键即可进入当前所示的主选单，其中第一行为地电波测试模式，第二行为超声波测试模式，使用4中的方向键选定测试模式后按ok键即可开始相应的测试。五、常用UltraTEVPlus+使用方法地电波测试模式（TEVMODE）测试界面如左图所示。直接读出示数即可，当颜色为绿色时表示数据正常，黄色时为警戒值，红色时为数据超标。测试时务必将前方内置探头贴紧开关柜面金属部位，保持前端与柜面接触一段时间，示数基本稳定后读数。五、常用UltraTEVPlus+使用方法超声波测试模式（UltraMODE）测试界面如左图所示。直接读出示数即可，当颜色为绿色时表示数据正常，红色时为数据超标。测试时可直接使用前端的内置接头或在侧面连接外置接头，测试时接头靠近开关柜的缝隙处，沿缝隙缓慢移动测试。推荐使用耳机，增加判断的准确性。当显示屏出现圈中红色小箭头时，根据箭头方向，按控制键的上键或下键。五、常用UltraTEVPlus+使用方法如何消除测试干扰？这里的干扰主要指测量地电波时，周围环境的干扰。首先，在测量前要在开关房的门等金属位置测量背景信号强度。其次，在背景过强时尽可能的关闭照明、空调等电气设备。最后，在干扰无法消除时，使用脉冲模式，对比背景与测试设备的脉冲参数。正常连续模式脉冲模式在正常连续模式下，使用控制键中的右键，进入脉冲模式。其中：Pulses：表示2s内的地电波脉冲信号数目P/Cycle：表示一个周期内的脉冲数Severity：表示局放信号强度，为脉冲数与单个信号平均幅值的乘积五、常用UltraTEVPlus+使用方法仪器设定1、进入主菜单的Settings2、设定菜单MainMenu：返回主菜单TEVSettings：地电波设置UltraSettings：超声波设置SystemSettings:系统设置3、地电波设置Red：设定红色值Amber:设定黄色值Frequency：设定测量设备电源频率Mode：single表示每次测量一个脉冲，continous表示连续测量脉冲信号Defaults:返回出厂Save：保存退出3、超声波设置Red：设定红色值Gain:默认测量增益Defaults:返回出厂Save：保存退出五、常用UltraTEVPlus+使用方法六、开关柜局放检测数据分析六、开关柜局放检测仪数据分析测试中存在的干扰干扰陈旧空调老化照明灯具现场电子仪器重负荷设备建筑电气、汽车等测试步骤测量背景噪音，消除干扰源利用TEV法与超声法测量并记录数据判断开关柜是否发生局放六、开关柜局放检测仪数据分析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。指导思想：六、开关柜局放检测仪数据分析基本原则：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充分利用并不断完善、补充现有规律规律隐藏在长期、连续的测试数据当中六、开关柜局放检测仪数据分析数据分析方法一：统计诊断技术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、循环的过程六、开关柜局放检测仪数据分析数据分析方法二：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绝缘裂化判据：六、开关柜局放检测仪数据分析数据分析方法三：横向分析技术可比因素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dB间隔号间隔1间隔2间隔3。。。。。。。。。。。。。。。。间隔n1020304050六、开关柜局放检测仪数据分析数据分析方法四：纵向分析技术dB测试时间第一次第二次第三次。。。。。。。。。。。。。。。。第n次1020304050对同一设备不同时间的测试结果进行分析，从而比较分析得出设备的运行状况六、开关柜局放检测仪数据分析七、案例分析七、案例分析（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:15dB(5dB)TEV信号:25dB(0dB)七、案例分析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(2)芳村紫香开关房局放测试七、案例分析受环境潮湿影响，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。(2)芳村紫香开关房局放测试七、案例分析(3)海珠公安局开关房局放测试2010年4月26日，海珠公安局开关房局部放电地电波检测结果为38dB。6月4日，利用UltraTEVPlus+进行再次复测，结果发现地电波检测结果仍然超过20dB，达到32dB。前后两次超声波检测结果分别为-5dB和-6dB，正常。七、案例分析(3)海珠公安局开关房局放测试利用PDM03对上述异常开关柜进行局部放电定位，检测时间为2天。在开关柜四周布置4个天线探头接受外部空间直接侵入信号（编号分别为1、2、11、12）。七、案例分析(3)海珠公安局开关房局放测试6月24日10点6月27日11点2600放电严重程度6月25日10点6月26日10点负荷电流（A）1500检测通道收到的信号变化趋势有规律检测通道收到的信号变化与负荷电流变化趋势相反天线通道收到的信号变化趋势无规律七、案例分析(4)白云局河田开关房局放测试2009年6月，对某个电房内的开关柜进行状态检测，结果为局部放电超标（地电波检测结果显示幅值接近20dB，超声波检测结果显示超过8dB,接近15dB。七