應用超聲波檢測技術對開關柜早期故障的診斷

何小平，蘇淼，陸穎杰，閆學龍

(國網(wǎng)寧夏電力有限公司檢修公司，寧夏 銀川 750011)

隨著科技水平和帶電檢測技術的不斷進步，目前已經(jīng)有很多較為成熟的局部放電檢測技術和方法，如特高頻法、超聲波法、暫態(tài)地電壓法等[1-2]。不同電氣設備對不同原理的檢測方法表現(xiàn)出的靈敏度有所差別[3]。高壓開關柜局部放電的檢測方法中超聲波法和暫態(tài)地電壓法的應用較多[4-5]，本文主要介紹超聲波檢測技術在高壓開關柜前期故障診斷中的應用。

1 現(xiàn)狀分析

2020年3月22日，帶電檢測專業(yè)人員對某330 kV變電站35 kV開關柜開展例行帶電檢測工作，外觀檢查過程中發(fā)現(xiàn)35 kV 1號主變壓器301-1開關柜(以下簡稱301-1開關柜)存在異常聲響，疑似放電聲音。經(jīng)超聲波、暫態(tài)地電波局部放電普測后，初步判斷該開關柜可能存在早期潛伏性放電故障。

采用暫態(tài)地電波法對該小室全部開關柜進行局部放電檢測，檢測數(shù)據(jù)見表1。與2019年檢測數(shù)據(jù)相比幅值差大于20 dB，依據(jù)開關柜暫態(tài)地電波定值判別依據(jù)判斷暫態(tài)地電波信號異常。

表 1 開關柜暫態(tài)地電波測試結果

2 超聲波檢測及定位

采用超聲波對該小室全部開關柜進行局部放電檢測，檢測發(fā)現(xiàn)301-1開關柜超聲信號幅值異常，測試數(shù)據(jù)見表2，其他開關柜未見異常。

表 2 開關柜超聲波測試結果

分別用連續(xù)模式、相位模式、波形模式檢測發(fā)現(xiàn)：301-1開關柜后柜超聲波信號圖譜異常，且超聲波檢測儀耳機可聽見明顯的放電聲，圖譜如圖1—圖3所示。

圖 1 超聲波連續(xù)模式圖譜

圖 2 超聲波相位模式圖譜

圖 3 超聲波波形模式圖譜

通過圖譜可知：在連續(xù)模式下，超聲波幅值最大為24 dB(空氣背景最大值1 dB)，頻率成分2明顯大于頻率成分1；在相位檢測模式下，有相位聚集效應，在一個工頻周期內(nèi)表現(xiàn)為兩簇，即“雙峰”；在時域波形模式下，有明顯放電波形，表現(xiàn)為一個周期有兩個放電波。綜上所述可初步判斷該開關柜內(nèi)存在放電故障，放電類型疑似為懸浮或沿面放電。

采用幅值比較法[6]對放電點位置進行初步定位，數(shù)據(jù)如表2所示，最后確定放電故障位于301-1開關柜后柜上柜內(nèi)。

3 驗證分析

3.1 特高頻檢測驗證

為了進一步驗證放電類型和放電點的位置，隨后對該小室開關柜開展特高頻檢測，檢測圖譜如圖4—圖7所示。

圖 4 空氣背景特高頻圖譜

圖 5 301-1開關柜后柜特高頻圖譜

圖 6 301-1開關柜前柜特高頻圖譜

圖 7 301-1相鄰后柜特高頻圖譜

通過特高頻圖譜發(fā)現(xiàn)：空氣背景中無異常特高頻信號；301-1開關柜后柜特高頻檢測異常。從圖5可知有兩簇幅值較高相位相差180°的等高線條，且兩簇線條呈“外八字”形狀，符合懸浮放電特征；同時存在幅值較低且分散的兩簇對稱線條，符合沿面放電特征。

綜上分析該放電為沿面放電和懸浮放電的綜合放電[7](一個放電故障中有兩種或兩種以上放電類型同時產(chǎn)生)，301-1開關柜前柜特高頻檢測正常，小室內(nèi)其他開關柜特高頻檢測均正常。

綜合超聲波檢測、定位結果以及特高頻檢測情況，最終判斷301-1開關柜后柜上柜門內(nèi)存在懸浮放電和沿面放電的綜合放電故障。

3.2 原因分析

2020年4月1日，對301-1開關柜安排停電檢查，發(fā)現(xiàn)位于該開關柜后柜內(nèi)上部的一支母線隔離套管與母線排連接的等電位線斷裂，套管內(nèi)壁有嚴重放電燒傷痕跡，如圖8所示。

圖 8 開關柜放電情況

放電痕跡位于套管內(nèi)壁連接等電位線的螺栓處，該螺栓與母線排之間的距離小于1 cm，屬于裝備缺陷,另外兩相套管螺栓與母線排之間的距離均大于5 cm。

3.3 送電后復測情況

送電后，35 kV高壓室內(nèi)301-1開關柜異響消失，對小室開關柜進行超聲波復測[9]，復測結果見表3。301-1開關柜后柜超聲波信號幅值從原來的最大值28 dB降為-1 dB，相鄰開關柜最大值-1 dB，綜合判斷301開關柜超聲波檢測正常。隨后進行特高頻、暫態(tài)地電波檢測均未見異常。

表 3 送電后超聲波復測結果

4 效果評價

(1)本次對異響開關柜的帶電檢測診斷，采用超聲波法快速、準確確定了異響原因及故障位置，及時發(fā)現(xiàn)早期缺陷，避免重大事故發(fā)生。

(2)通過超聲波相位模式、連續(xù)模式、時域波形模式下的圖譜特征，有效判斷出放電類型及放電嚴重程度。

(3)結合超聲波測試數(shù)據(jù)，依據(jù)開關柜超聲波帶電檢測定值判據(jù)，科學、有效提出了檢修策略。

(4)通過超聲波幅值定位法，快速、準確確定了放電位置，避免了盲目停電檢修，從而提高設備的檢修效率及質量。

5 結 論

(1)超聲波檢測技術能夠在開關柜早期故障診斷中發(fā)揮重大作用，并有利于設備狀態(tài)評價與檢修工作的開展。

(2)超聲波檢測技術具有抗電氣干擾性強，檢測靈敏、方便快捷等優(yōu)點，可逐漸推廣應用在帶電檢測中。

(3)超聲波檢測技術與特高頻、暫態(tài)地電波等技術聯(lián)合應用，能夠更好地發(fā)揮局部放電故障診斷作用。