[00136428]基于暂态地电压和超声波测试的10kV开关柜绝缘状态评价技术研究和应用

一、项目概述近年来，广州供电局对Ultra TEV局部放电检测仪、PDM03局部放电监测仪和ULTRA PROBE 9000局部放电声发射检测系统的使用经验表明：Ultra TEV可读出局部放电量和局部放电脉冲数（2秒钟内），分级显示放电水平；PDM03可用来监测一段时间内的放电情况，且可显示因环境（如电压波动、温度湿度等）的变化而引发局部放电的情况，采集到的数据可被储存长达两个月，且可以分析并显示放电水平及其变化；通过带电局部放电检测，可判断设备的运行状况，进而确定是否维修、以及应采取的措施，为电气设备实施状态检修提供有效的技术保障，同时，带电局部放电检测还具有可直接检测、不必停电、没有高压测试电源要求等优点。目前，广州电网电力设备状态监测采用停电预防性试验结合带电测试（或在线监测）的模式进行，正在实现从到带电测试为主停电预防性试验为辅的监督模式的转变。广州电网多年的缺陷统计分析表明：停电预试发现的缺陷已经越来越少，而带电测试发现的缺陷却曾明显上升趋势。该项目通过理论研究了解开关柜局部放电、暂态对地电压（Transient Earth Voltages，简称TEV）及超声波原理，在10kV开关柜内设置常见缺陷，通过多种设备对局部放电进行检测和数据分析研究，掌握相关测试设备工作特性和性能；在试验研究的基础上，开展大面积现场测试，总结并制订相关操作规范和试验规程。二、主要内容本项目通过理论分析、实验室验证和现场应用相结合的方法，掌握开关柜内部局部放电的TEV检测和定位原理，为大范围有效开展开关柜局部放电检测奠定基础并提供技术支持。取得的研究成果主要有：(1)国内首次完成了开关柜内部局部放电引起瞬态对地电压(TEV)的产生、检测和定位原理的理论分析，采用基于电磁数值计算方法FDTD（时域有限差分法）的全波三维电磁仿真软件XFDTD仿真开关柜内部局部放电及传播特性，为局部放电的带电检测提供理论依据和技术指导；(2)国内首次开展开关柜局放瞬态对地电压(TEV)仿真测试实验。在开关柜安装人工针板放电、内部放电和悬浮放电等三种典型放电模型，采用高精度示波器和局放分析仪辅助分析，通过大量仿真实验获取各类型局放检测仪的适用性、定位精度和灵敏度等数据，并归纳总结了适合现场测试和数据分析判断的指导性技术要点；(3)大规模开展运行开关柜局放瞬态对地电压(TEV)测试，发现多起严重设备缺陷。结合理论研究、仿真实验和现场测试经验，编制《广东电网公司10kV开关柜状态评估导则》、《广州供电局10kV开关柜局部放电带电测试管理规定》、《10kV开关柜局部放电带电测试标准化作业指导书》等管理和技术文件，上述文件对电力运行部门在10kV开关柜的日常维护中选取合适的带电检测方法具有重要的指导意义，有利于排除开关柜绝缘缺陷、避免事故发生，具有显著的经济效益。(4)项目组在相关理论和实验研究基础上，编制完成的《广东电网公司10kV开关柜状态评估导则》、《广州供电局10kV开关柜局部放电带电测试管理规定》、《10kV开关柜局部放电带电测试标准化作业指导书》等管理和技术文件可直接运用到广州电网10kV开关柜的状态检测和维修工作中，可为大范围有效开展开关柜局部放电检测工作，提高广州电网供电可靠性提供技术支撑。项目查新结果表明开关柜柜内部局部放电引起瞬态对地电压(TEV)产生、检测和定位原理的理论分析、开关柜局放瞬态对地电压(TEV)仿真测试实验以及《广东电网公司10kV开关柜状态评估导则》等管理和技术文件等方面的研究成果属于国内首次，是国内首个开展此项工作的基层运行单位。项目立项针对性强，其研究成果与思路可在广东电网、甚至南方电网系统各基层单位推广，具有很高的借鉴价值。三、项目主要创新点和成果(1)项目对开关柜内部局部放电引起暂态对地电压和超声波的产生、检测和定位机理开展了研究，采用基于时域有限差分法的全波三维电磁仿真软件对开关柜内部局部放电及传播特性进行仿真分析。(2)在国内首次开展开关柜局放暂态对地电压和超声波测试实验，在人工设置针板放电、内部放电和悬浮放电等三种典型模型上开展的试验检验了选购仪器的适用性、缺陷定位精度和灵敏度，归纳了适合现场测试和数据分析判断的指导性技术要点，编写了标准化作业规范和分析判据文档。(3)项目在南方电网公司系统内首次大规模开展开关柜局放带电测试，准确判断了多起设备缺陷。项目成果已应用于《广东电网公司电力设备预防性试验规程实施细则》、《广东电网公司10kV开关柜状态评估导则》、《广州供电局10kV开关柜局部放电带电测试管理规定》等重要技术文件。四、项目前景展望广州供电局是国内供电系统最早开展《10kV开关柜局部放电带电检测》理论分析和现场应用研究工作的单位，掌握了开关柜局部放电TEV检测法及超声波检测法的基本原理，验证了各类型局放检测仪的适用性、定位精度和灵敏度，并归纳总结了适合现场测试和数据分析判断的指导性技术文档，但是还存在现场经验较少、相关测试规程需要进一步完善等不足。因此，在目前工作的基础上，计划今后开展以下完善工作：(1)在广州电网甚至南方电网逐步开展10kV开关柜局部放电的带电检测工作，积累更加丰富的现场测试数据和工作经验；(2)结合不断积累的现场测试数据和工作经验，不断完善10kV开关柜的状态评估导则、带电测试管理规定等管理和技术文件，更好地指导10kV开关柜局部放电带电检测工作的开展。