摘要

隨著工業(yè)用電規(guī)模的持續(xù)擴(kuò)大，中壓配電系統(tǒng)在保障企業(yè)連續(xù)生產(chǎn)中的重要性日益凸顯。開關(guān)柜作為工業(yè)配電系統(tǒng)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，其內(nèi)部絕緣狀態(tài)直接影響供電安全與運(yùn)行可靠性。局部放電作為絕緣劣化的早期表現(xiàn)形式，具有隱蔽性強(qiáng)、發(fā)展周期長(zhǎng)等特點(diǎn)，傳統(tǒng)運(yùn)維手段難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)。本文圍繞工業(yè)配電系統(tǒng)運(yùn)行特點(diǎn)，分析局部放電產(chǎn)生機(jī)理及其對(duì)設(shè)備運(yùn)行的影響，探討基于多傳感融合的局部放電在線監(jiān)測(cè)裝置在中壓開關(guān)柜中的應(yīng)用方式，為工業(yè)配電系統(tǒng)狀態(tài)評(píng)估與故障預(yù)警提供參考思路。

關(guān)鍵詞：

工業(yè)配電系統(tǒng)；中壓開關(guān)柜；局部放電；絕緣狀態(tài)監(jiān)測(cè)；在線監(jiān)測(cè)

引言

在工業(yè)企業(yè)配電系統(tǒng)中，中壓開關(guān)柜廣泛應(yīng)用于電能分配、負(fù)荷控制及系統(tǒng)保護(hù)等環(huán)節(jié)。受運(yùn)行年限、負(fù)載波動(dòng)、環(huán)境溫濕度及安裝工藝等因素影響，開關(guān)柜內(nèi)部絕緣結(jié)構(gòu)在長(zhǎng)時(shí)運(yùn)行過程中易逐漸產(chǎn)生氣隙、雜質(zhì)、尖端放電點(diǎn)等缺陷。在強(qiáng)電場(chǎng)作用下，這類缺陷區(qū)域容易出現(xiàn)未貫穿絕緣的局部放電現(xiàn)象。雖然局部放電在初期并不直接引發(fā)擊穿事故，但其持續(xù)存在會(huì)加速絕緣介質(zhì)老化，是中壓設(shè)備失效的重要誘因之一。

隨著工業(yè)用戶對(duì)供電可靠性和安全性的要求不斷提高，僅依靠周期性停電檢測(cè)和人工巡檢已難以滿足運(yùn)維需求，構(gòu)建面向運(yùn)行狀態(tài)的在線監(jiān)測(cè)體系成為工業(yè)配電系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

局部放電機(jī)理及其對(duì)工業(yè)配電系統(tǒng)的影響

現(xiàn)階段電力系統(tǒng)中，金屬封閉開關(guān)設(shè)備得到廣泛應(yīng)用，因此開關(guān)柜運(yùn)行的是否穩(wěn)定可靠是重中之重。中壓電氣設(shè)備的絕緣內(nèi)部如氣泡間隙、雜質(zhì)、尖刺等缺陷，在強(qiáng)電場(chǎng)作用下使得開關(guān)柜絕緣內(nèi)部的電場(chǎng)分布不均勻，在缺陷部位的電場(chǎng)強(qiáng)度會(huì)增大，從而容易導(dǎo)致該部位發(fā)生未貫穿整個(gè)絕緣的放電，即局部放電。局部放電一般不會(huì)引起開關(guān)柜內(nèi)部絕緣的穿透性擊穿，但是卻會(huì)導(dǎo)致絕緣介質(zhì)的局部損壞。若其長(zhǎng)時(shí)存在，則會(huì)在一定條件下造成絕緣裝置電氣強(qiáng)度的破壞，最終造成開關(guān)柜內(nèi)部絕緣擊穿。對(duì)于電氣設(shè)備而言，電氣設(shè)備發(fā)生局部放電現(xiàn)象是導(dǎo)致其絕緣老化或劣化甚至損壞從而引發(fā)設(shè)備損毀及電力系統(tǒng)事故的重要原因之一，同時(shí)也是設(shè)備絕緣完整性退化的標(biāo)志。因此對(duì)電氣設(shè)備的局部放電進(jìn)行監(jiān)檢測(cè)是評(píng)估設(shè)備絕緣狀況的重要手段，也是發(fā)現(xiàn)設(shè)備潛伏性故障實(shí)現(xiàn)故障預(yù)警，避免故障發(fā)生的有效措施之一。

局部放電通常發(fā)生在絕緣內(nèi)部或絕緣與導(dǎo)體、金屬外殼之間的薄弱區(qū)域。當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度在局部區(qū)域超過介質(zhì)耐受極限時(shí)，會(huì)形成短暫的放電過程，但并未貫穿整個(gè)絕緣結(jié)構(gòu)。長(zhǎng)時(shí)反復(fù)的放電作用會(huì)導(dǎo)致絕緣材料局部碳化、裂解或性能退化，最終降低整體絕緣水平。

在工業(yè)配電系統(tǒng)中，局部放電往往具有以下特點(diǎn)：

一是發(fā)生位置隱蔽，常位于電纜室、母線連接點(diǎn)或斷路器內(nèi)部；

二是發(fā)展過程緩慢，早期不易被傳統(tǒng)保護(hù)裝置識(shí)別；

三是受環(huán)境噪聲影響大，檢測(cè)難度較高。這些特點(diǎn)決定了局部放電監(jiān)測(cè)必須依賴高靈敏度、多維度的檢測(cè)手段。

局部放電在線監(jiān)測(cè)技術(shù)在中壓開關(guān)柜中的應(yīng)用

APD系列中壓開關(guān)柜局部放電監(jiān)測(cè)裝置通過通過特高頻傳感器（UHF）、地電波傳感器（TEV）和超聲波傳感器（AE）監(jiān)測(cè)檢測(cè)電氣設(shè)備運(yùn)行時(shí)的局部放電信號(hào)，從而判斷高壓電氣設(shè)備內(nèi)部是否存在絕緣隱患，提前預(yù)警，保障電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行。

針對(duì)工業(yè)配電系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜、電磁干擾強(qiáng)的特點(diǎn)，局部放電在線監(jiān)測(cè)裝置通常采用多種檢測(cè)原理協(xié)同工作的方式。通過特高頻、地電波及超聲波等信號(hào)的綜合采集，可以從不同物理維度反映放電活動(dòng)特征，提高識(shí)別的準(zhǔn)確性與可靠性。

在實(shí)際應(yīng)用中，裝置可對(duì)放電幅值、放電頻次及其變化趨勢(shì)進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測(cè)，并結(jié)合閾值判據(jù)對(duì)異常狀態(tài)進(jìn)行判斷。當(dāng)監(jiān)測(cè)參數(shù)超過設(shè)定范圍時(shí)，系統(tǒng)可通過通信接口或本地告警方式向上位系統(tǒng)或運(yùn)維人員發(fā)出預(yù)警信號(hào)，使?jié)撛诠收显诎l(fā)展為絕緣擊穿之前得到處理。

型號(hào)說明

設(shè)備規(guī)格

功能特點(diǎn)

從工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用角度看，傳統(tǒng)依賴定期停電檢測(cè)或人工巡檢的方式，難以及時(shí)捕捉絕緣劣化的早期信號(hào)，也無(wú)法滿足連續(xù)生產(chǎn)型企業(yè)對(duì)供電可靠性的要求。局部放電在線監(jiān)測(cè)裝置通過對(duì)運(yùn)行狀態(tài)下的放電信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，使隱蔽在絕緣內(nèi)部的風(fēng)險(xiǎn)得以量化呈現(xiàn)，為運(yùn)維決策提供依據(jù)。在這一應(yīng)用背景下，APD系列局放監(jiān)測(cè)裝置以多傳感融合的方式，對(duì)中壓開關(guān)柜內(nèi)部的絕緣狀態(tài)進(jìn)行綜合在線感知。

該系列裝置可通過特高頻（UHF）、地電波（TEV）以及超聲波（AE）等多種檢測(cè)手段，對(duì)不同類型的局部放電信號(hào)進(jìn)行捕捉。特高頻檢測(cè)適用于識(shí)別開關(guān)柜內(nèi)部的電磁輻射型放電，地電波技術(shù)能夠反映金屬外殼表面的瞬態(tài)電壓變化，而超聲波檢測(cè)則對(duì)機(jī)械振動(dòng)與空氣介質(zhì)放電具有較高靈敏度。多維信號(hào)的綜合分析，使裝置在復(fù)雜工業(yè)電磁環(huán)境下仍能保持較好的識(shí)別準(zhǔn)確性，從而提高對(duì)絕緣隱患的判斷可靠度。

在工業(yè)配電系統(tǒng)的工程實(shí)施層面，APD系列裝置充分考慮了開關(guān)柜現(xiàn)場(chǎng)的安裝與改造需求。設(shè)備本體與傳感器多采用導(dǎo)軌或磁吸式安裝方式，可靈活布置于電纜室、斷路器室或二次儀表室，無(wú)需對(duì)原有一次回路進(jìn)行改造，部分無(wú)線型號(hào)甚至可在不停電條件下完成部署。這種低侵入式的安裝方式，降低了企業(yè)在老舊配電系統(tǒng)中引入在線監(jiān)測(cè)的實(shí)施門檻，更適合連續(xù)生產(chǎn)型工業(yè)用戶。

從系統(tǒng)集成角度看，裝置支持RS485通信及Modbus-RTU協(xié)議，便于接入現(xiàn)有的配電自動(dòng)化系統(tǒng)、變電站監(jiān)控平臺(tái)或企業(yè)級(jí)能源管理系統(tǒng)。同時(shí)，通過有線或LoRa無(wú)線方式，可實(shí)現(xiàn)多開關(guān)柜的集中數(shù)據(jù)匯聚，為后端系統(tǒng)開展趨勢(shì)分析、告警聯(lián)動(dòng)和運(yùn)維決策提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持。當(dāng)局部放電幅值與頻次超過設(shè)定閾值時(shí)，裝置可通過通信或繼電器輸出方式發(fā)出預(yù)警信號(hào)，使隱患在演變?yōu)槭鹿手暗玫教幚怼?/p>

組成架構(gòu)

工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)部署與系統(tǒng)集成分析

從工程實(shí)施角度看，工業(yè)配電系統(tǒng)對(duì)在線監(jiān)測(cè)設(shè)備提出了安裝靈活性和系統(tǒng)兼容性的要求。局部放電監(jiān)測(cè)裝置通常采用導(dǎo)軌或磁吸方式安裝，可布置于開關(guān)柜二次室、電纜室或柜體外部，不影響原有一次回路結(jié)構(gòu)。部分無(wú)線監(jiān)測(cè)方案可在不停電條件下完成部署，降低了改造對(duì)生產(chǎn)運(yùn)行的影響。

在系統(tǒng)層面，通過標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議將局部放電數(shù)據(jù)接入配電自動(dòng)化系統(tǒng)或企業(yè)能源管理平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)多開關(guān)柜運(yùn)行狀態(tài)的集中監(jiān)視，為設(shè)備狀態(tài)評(píng)估、檢修計(jì)劃制定及運(yùn)維管理提供數(shù)據(jù)支撐。

結(jié)論

在工業(yè)配電系統(tǒng)向智能化、狀態(tài)化運(yùn)維轉(zhuǎn)型的背景下，局部放電在線監(jiān)測(cè)為中壓開關(guān)柜絕緣狀態(tài)評(píng)估提供了一種有效技術(shù)手段。通過對(duì)局部放電信號(hào)的持續(xù)感知與分析，可提前發(fā)現(xiàn)絕緣劣化趨勢(shì)，降低突發(fā)性停電和設(shè)備損壞風(fēng)險(xiǎn)。將局部放電監(jiān)測(cè)納入工業(yè)配電系統(tǒng)的整體運(yùn)維體系，有助于提升系統(tǒng)運(yùn)行安全性和供電可靠性，為工業(yè)用戶實(shí)現(xiàn)精細(xì)化運(yùn)維管理提供重要支撐。

審核編輯 黃宇