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10kV开关柜局部放电暂态对地电压测量方法研究背景及意义
点击次数:805 发布时间:2017-08-21

开关柜在电力系统中占有要地位,担负着电力系统中发电、输电、变电、配电和用电各环节中控制、保护等多重功能。开关柜内部包含断路器、熔断器、负荷开关、隔离开关、互感器、继电保护装置等各种一次、二次设备,电压等级范围从3.6kV到55OkV。开关柜一般由钢板分隔成手车(断路器)室、母线室、电缆室及仪表室等独立空间,内部布置紧凑。开关柜通过连接多条母线和出线,对电能进行分配和控制,其运行状况直接关系到电网的安全运行和供电可靠性。因此,开关柜在电力系统中占有非常重要的地位。

 

局部放电是一种局部场强达到放电临界值,但整个绝缘部件尚未完全击穿的放电形式。局部放电一般不会直接引起绝缘体的贯穿性击穿,但是如果局部放电现象长时间存在,会逐渐降低绝缘强度。据统计,局部放电是绝缘老化、裂化的主要原因,且zui终将导致设备故障。因此,局部放电对于运行中的电气设备来说是一种长期的、缓慢的、潜在的故障隐患,必须及时予以发现和排除。

 

10kV开关柜是直接面向用户的配电设备,担负着线路控制和线路保护的双重功能,其运行中的可靠性直接关系到配电网的安全生产和供电可靠性,开关柜故障会直接造成母线短路、出线停电等严重事故。开关柜局部放电引起的电磁效应、热效应、化学效应以及其他众多因素都会造成绝缘劣化,降低绝缘强度。根据国家电网公司统计资料表明,2004年全国共发生开关柜故障56次,占开关故障总数的14.3%,其中126-550kV开关绝缘故障占比达到26.8%;12-40.5kV开关绝缘故障占比达到73.2%。而南京供电公司近年来,由于开关柜绝缘故障造成的柜体烧毁、母线跳闸、强迫停运等故障己多达17起,造成了巨大的经济损失,社会影响重大。由此可见,绝缘故障是10kV开关柜故障的重要原因之一。10kV开关柜故障会直接造成母线解列、出线停电等严重事故。受目前的检修手段的限制,高压开关柜内故障检测主要是在停电状态下进行的,由于开关柜是配电过程中面向用电客户的主要设备。受运行方式、用户用电性质等多方面制约,不能经常停电检修,由此便带来超周期运行,设备失修、失控等问题,严重影响供电稳定性及电网的安全运行。因此,掌握开关柜内部的绝缘状况,及时合理的安排停电检修,可以有效避免事故的发生,大大的提高供电可靠性。

 

开关柜局部放电检测地电波方法zui早是由英国的Dr. John Reeves在上世纪70年代提出了概念,并同时给出了理论依据和测量方法。Dr. John Reeves指出,开关柜内部局部放电产生的电磁波会在柜体金属板的外表面感应出电位,称该电位为暂态地电压(Transient Earth Voltages,简称TEV,即地电波)而根据麦克斯韦的理论,局部放电时会激发出电磁波向外部空间传播。如果开关柜柜体是封闭且连续的,根据电磁屏蔽的原理,电磁波会被限制在柜体金属板的内表面上,并不会在开关柜的外表面上传播并检测到电磁波信号。但在实际的生产运行中,开关柜在绝缘垫圈、电缆终端和柜门等多处存在着较大缝隙,柜体是不连续的。因此我们可以在开关柜体外表面上检测到该电磁波所感应出的有效电压信号,即地电波信号。

 

局部放电检测作为设备绝缘状况监测的重要手段,能够直接反映电气设备内部的绝缘状况,对于及时发现绝缘缺陷,有效减少不必要的设备停电造成的安全风险以及停电操作带来的用电损失都有着十分重大的意义。通过地电波信号测量具有测量装置简单、不需要对开关柜进行停电操作、测量方法简便易行,读数时间较短、放电源定位时间短等诸多优点,测量到的地电波信号与放电位置、放电类型、放电时间和放电量有直接关系。通过对运行中开关柜的地电波信号进行测量和分析,可以在一定程度上掌握开关柜内部部件的绝缘状况,及时合理安排停电检修,从而预防绝缘故障的发生,降低开关柜故障发生率。地电波测量方法原理简单、特点鲜明,易于掌握,尤其适合于在开关柜正常运行巡检中大规模使用。因此,开展地电波测量方法研究具有现实意义和实际应用价值。

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