當(dāng)電網(wǎng)發(fā)展進(jìn)入到二十一世紀(jì)，能源安全問題已成為世界焦點(diǎn)。伴隨著美加大停電、印度大停電帶來的巨大損失和影響，國家將大電網(wǎng)建設(shè)和區(qū)域電網(wǎng)互聯(lián)作為基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重點(diǎn)之一。隨著經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展，大到國家安全、工業(yè)生產(chǎn)，小到日常生活，人們對電力能源的依賴程度越來越高，同時也對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提出更加嚴(yán)格的要求。電網(wǎng)一旦發(fā)生大面積停電事故，不僅帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失，造成惡劣的負(fù)面影響，而且還會誘發(fā)破壞公共安全等一系列威脅社會穩(wěn)定的事件。電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行事關(guān)國計民生，各國一直以來都將如何提高電網(wǎng)可靠性及穩(wěn)定性作為科學(xué)研究中的一項(xiàng)重點(diǎn)工作，在人財物等方面給予重點(diǎn)傾斜。電力系統(tǒng)由不同類型的電氣設(shè)備組成的，電氣主設(shè)備的健康狀態(tài)直接決定著系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，由于電氣設(shè)備的絕緣缺陷或故障導(dǎo)致的電網(wǎng)突發(fā)停電事故頻繁發(fā)生。據(jù)不完全統(tǒng)計，2006-2010年我國因電力設(shè)備內(nèi)外絕緣故障引發(fā)的停電事故均占當(dāng)年事故總量的40%及以上，并有居高不下的趨勢。2010年5月廣西來賓一座500千伏變電站由于設(shè)備絕緣故障發(fā)生爆炸起火，造成大面積停電事故，給當(dāng)?shù)毓I(yè)生產(chǎn)、人民生活帶來了巨大損失，如下圖所示。
變電站爆炸現(xiàn)場
高壓開關(guān)柜主要由絕緣材料及導(dǎo)電材料組成，絕大多數(shù)絕緣材料在受到電、熱、化學(xué)、機(jī)械等應(yīng)力的影響下，絕緣性能會逐漸劣化，絕緣缺陷誘發(fā)局部放電(Partial Discharge，PD）局部放電的累積效應(yīng)會引發(fā)設(shè)備絕緣故障，造成變電站供電中斷事故。電氣設(shè)備絕緣結(jié)構(gòu)性能的優(yōu)劣直接決定了設(shè)備的供電可靠性。據(jù)不完全統(tǒng)計，1990-1998年間全國電力系統(tǒng)6-10kV開關(guān)柜因絕緣和載流引起的故障占總數(shù)的39.4%，其中閃絡(luò)事故占絕緣事故總量的79%。為有效降低高壓開關(guān)柜等電氣設(shè)備的故障率，提升電網(wǎng)供電可靠性和優(yōu)質(zhì)服務(wù)水平，一方面要注重裝備制造水平的提升，另一方面更需在電氣設(shè)備絕緣狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)方面開展廣泛研究和應(yīng)用。我國電力系統(tǒng)目前普遍實(shí)行的停電檢修計劃及檢修策略是在離線條件下進(jìn)行的，即按照固定的檢修周期對電氣設(shè)備開展例行試驗(yàn)和檢修維護(hù)工作，稱之為計劃維修制(TBM)。這種計劃維修制度在保障整個電力系統(tǒng)的安全可靠供電方面發(fā)揮了重要的作用，也獲取了很多有價值的經(jīng)驗(yàn)。實(shí)踐表明，這種周期性的停電例行試驗(yàn)和檢修維護(hù)制度具有很大的局限性。
電氣設(shè)備在整個壽命期內(nèi)故障發(fā)生的時間段大致劃分為四個階段：磨合期(1年左右)，以制造、調(diào)試、安裝、操作、檢修等導(dǎo)致的意外故障居多；穩(wěn)定期(5-10年)、劣化期(10-20年)和危險老化期(20年以上)。每個時間段內(nèi)，絕緣故障的突發(fā)性和潛伏性往往是并存的，但故障率在每個時間段是不同的，其中以磨合期和危險老化期發(fā)生故障的概率較大。預(yù)防性試驗(yàn)及檢修維護(hù)無法反映電氣設(shè)備的真實(shí)性能，并且絕緣劣化是一個逐漸發(fā)展的過程，與運(yùn)行方式、絕緣狀況等因素緊密相關(guān)。潛伏性故障往往無法確保在定期的例行試驗(yàn)中被準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)，這就是通常所說的“欠維修”。此外，定期停電檢修實(shí)行的是盲目的到期必修的理念，又往往造成“過維修”的情況，導(dǎo)致資源浪費(fèi)。統(tǒng)計結(jié)果表明，突發(fā)性故障在高壓電氣設(shè)備事故中所占的比重相當(dāng)大，國家電網(wǎng)在1980-1985六年時間內(nèi)，變壓器故障約有82%是在例行試驗(yàn)合格后發(fā)生的。傳統(tǒng)的計劃檢修維護(hù)是在停電情況下開展的，往往涉及多個運(yùn)行檢修班組，且作業(yè)面大，難免帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失及資源浪費(fèi)。在用電負(fù)荷逐年增長的今天，特別在當(dāng)前電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，電壓等級不斷提高的局面下，停電檢修的成本將大幅度上升。正因?yàn)橛媱澗S修制(TBM)存在上述不足，電氣設(shè)備的狀態(tài)檢修(CBM)成為熱點(diǎn)。它的優(yōu)點(diǎn)是可實(shí)時對設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行在線監(jiān)視，便于及時、準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)電氣設(shè)備的潛在缺陷，并采取有效的應(yīng)對措施，避免大面積停電事故的發(fā)生，提高檢修維護(hù)的針對性，節(jié)約大量的運(yùn)維檢修成本。
高壓開關(guān)柜等電氣設(shè)備在制造、運(yùn)輸、安裝、運(yùn)行過程中不可避免的存在一些絕緣缺陷，在強(qiáng)電場的作用下，如受潮、污穢、氣泡、雜質(zhì)、毛刺等絕緣缺陷會使開關(guān)柜絕緣介質(zhì)內(nèi)部的電場分布變得極不均勻，缺陷部位的場強(qiáng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于平均場強(qiáng)，極不均勻電場使得這些絕緣薄弱的地方率先發(fā)生放電現(xiàn)象，即局部放電；放電初期一般不會引起開關(guān)柜內(nèi)部絕緣的貫通性擊穿，絕緣介質(zhì)仍然具有較好的絕緣特性，但會導(dǎo)致介質(zhì)的局部破壞，這是整體電氣性能劣化的誘因。若局部放電得不到及時緩解，發(fā)展到一定程度后會造成開關(guān)柜絕緣介質(zhì)的電氣絕緣性能迅速下降，最終導(dǎo)致設(shè)備絕緣貫通性擊穿。局部放電是絕緣性能完整性退化的標(biāo)志，對開關(guān)柜等電氣設(shè)備的局部放電進(jìn)行實(shí)時在線監(jiān)測、故障模式識別及診斷將為設(shè)備絕緣狀態(tài)評估提供強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)和理論支撐，是高壓開關(guān)柜狀態(tài)檢修的重要手段。
綜上所述，對運(yùn)行中的高壓開關(guān)柜開展局部放電在線監(jiān)測，能為狀態(tài)檢修提供重要數(shù)據(jù)和理論支撐，提高檢修效率，減少電力系統(tǒng)突發(fā)事故及經(jīng)濟(jì)損失，提高供電可靠性。國內(nèi)外的專家學(xué)者以及國際電力權(quán)威機(jī)構(gòu)，如IEC，IEEE和GIGRE等，都一致推薦把局部放電檢測作為評估絕緣狀況、預(yù)測運(yùn)行壽命和保障設(shè)備安全的有效方法。
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