帶電檢測技術(shù)在配電設(shè)備狀態(tài)檢修中的應(yīng)用

伴隨著電網(wǎng)發(fā)展建設(shè)的推進，建立安全可靠的配電網(wǎng)已經(jīng)在我國電網(wǎng)建設(shè)中扮演越來越重要的角色。在保證配電設(shè)備正常運行，不停電的情況下進行的配電設(shè)備狀態(tài)檢修工作，能夠有效提升電網(wǎng)供電的穩(wěn)定性和可靠性。帶電檢測技術(shù)是在設(shè)備不停電的情況下對配電設(shè)備進行現(xiàn)狀分析和故障診斷的技術(shù)，能夠有效預(yù)防和避免配電設(shè)備發(fā)生事故。本研究從紅外測溫技術(shù)、暫態(tài)地電壓檢測技術(shù)、超聲波檢測技術(shù)、高頻檢測技術(shù)四個帶電檢測技術(shù)的工作原理和適用范圍進行探討分析，分析了各自檢測技術(shù)的特點、優(yōu)勢和劣勢，同時指出對于一些復(fù)雜的檢測項目需要進行綜合多種檢測方法進行檢測，提高檢測結(jié)果的科學(xué)性。

【關(guān)鍵詞】紅外測溫技術(shù) 帶電檢測 配電設(shè)備 暫態(tài)地電壓檢測技術(shù)

我國的電力產(chǎn)業(yè)日益發(fā)展壯大，國家電網(wǎng)的規(guī)模和容量的不斷擴大，電網(wǎng)的安全運行已經(jīng)越來越受到關(guān)注。在整個電力系統(tǒng)中共包括了發(fā)電、變電、輸電、配電四個主要部分，配電是將電力送至千家萬戶的最后一個步驟，將電網(wǎng)中的電力通過各種變電配電設(shè)備，進行合理的電能分配，關(guān)系到廣大百姓的用電需求。配電的最終目的都是為了提高電力輸送的安全穩(wěn)定，配電設(shè)備狀態(tài)檢修作為保證輸送穩(wěn)定的重要步驟，在電力工作中正扮演越來越重要的角色。

由于未能及時檢修造成的配電設(shè)備使用壽命降低的現(xiàn)象正變得越來越明顯，設(shè)備事故的發(fā)生的概率也有所提高。本研究就帶電檢測技術(shù)在配電設(shè)備狀態(tài)檢修中應(yīng)用進行探討，以提高我國的配電設(shè)備故障檢測診斷的能力。

1 配電設(shè)備狀態(tài)檢測技術(shù)概述

進行設(shè)備的狀態(tài)檢修的前提是擁有充分的設(shè)備檢測和分析技術(shù)。一般來說，配電設(shè)備的狀態(tài)情況可以通過在線監(jiān)測和帶電檢測進行了解。在線監(jiān)測是指通過計算機系統(tǒng)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等現(xiàn)代技術(shù)，利用具有較高抗干擾能力的通訊儀器和電力儀表，進行的配電設(shè)備監(jiān)控和管理。而帶電檢測是指為了減少資金消耗，對設(shè)備在運行狀態(tài)下進行的帶電的短時間檢測，此種檢測常采用便攜式的檢測設(shè)備進行檢測，用于發(fā)現(xiàn)電氣設(shè)備的潛在故障。由于電氣設(shè)備在運行狀態(tài)，通常不進行續(xù)保傳動檢測，僅進行電氣檢測。

由于相關(guān)配電設(shè)備的狀態(tài)檢測是在設(shè)備正常運行狀態(tài)下進行的，此種檢測方式較為靈活方便，設(shè)備檢測時間和周期可自行設(shè)置，有利于定期的配電設(shè)備狀態(tài)檢修工作的進行。同時，帶電工作避免了停電給用戶帶來的經(jīng)濟損失，減少了用戶的用電成本，提高了電網(wǎng)供電的穩(wěn)定性及供電公司的服務(wù)質(zhì)量。

2 局部放電檢測技術(shù)

局部放電檢測技術(shù)是進行配電設(shè)備帶電檢測其絕緣程度，判斷絕緣體壽命的技術(shù)，它填補了傳統(tǒng)配電設(shè)備通過絕緣電阻進行絕緣情況診斷的空白，豐富了絕緣檢測的方法，減少了對絕緣電阻檢測技術(shù)的絕對依賴。導(dǎo)致配電設(shè)備局部放電的原因包括配電設(shè)備的過電壓運行、雷電沖擊、諧波畸變，設(shè)備制造時絕緣材料分布不均勻、配電設(shè)備內(nèi)部有空洞及其他雜質(zhì)、設(shè)備表面不平整、設(shè)備表面絕緣程度不夠及環(huán)境潮濕、過熱等因素。

局部放電會伴隨著包括HF、VHF等四種電磁波發(fā)射，并發(fā)出噪聲、超聲波等聲音，生成氮化物、碳化物、氟化物等物質(zhì)，發(fā)出紫外線、紅外線燈光信號，及脈沖電流、發(fā)熱等情況。由于各種因素的限制，常用于配電設(shè)備帶電檢測的技術(shù)包括紅外測溫技術(shù)、暫態(tài)地電壓檢測技術(shù)、超聲波檢測技術(shù)、高頻檢測技術(shù)等。

2.1 紅外測溫技術(shù)

2.1.1 工作原理

紅外線是一種波長在微波和可見光之間的電磁波，波長在760nm到1mm之間，也可稱為紅外輻射。而紅外測溫技術(shù)是利用紅外線對溫度敏感的物理特點進行測量的技術(shù)，可以反映出物體表面輻射的能量分布情況。任何溫度高于絕對零度的物體都會發(fā)出紅外線，且紅外線具有反射、折射、散射等特點，使得紅外測溫技術(shù)的實現(xiàn)成為可能。

紅外測溫技術(shù)能夠在不與被測物體接觸的情況下進行測量，能夠進行遠距離的測量，不必拆解設(shè)備，無需取樣，檢測速度快，靈敏度高等特點，能夠及時有效的監(jiān)測到配電設(shè)備的溫度情況，并判斷是否發(fā)生過熱，了解設(shè)備問題發(fā)生的位置和程度，判斷出配電設(shè)備的早期故障并對設(shè)備的絕緣性能進行評判。

2.1.2 適用范圍

紅外測溫技術(shù)對檢測的環(huán)境無特殊要求，一般檢測時配電設(shè)備均可使用該種檢測方法，檢測是通常對被測設(shè)備進行大范圍的快速掃描，適用于因電流導(dǎo)致的發(fā)熱，可以進行被測設(shè)備整體發(fā)熱情況的監(jiān)測。但準確檢測時主要是針對于電壓導(dǎo)致發(fā)熱內(nèi)部故障，對于檢測的環(huán)境和儀器有著一定的要求，在檢測時需要消除風(fēng)速和其他輻射造成的干擾，以免影響被測設(shè)備的故障判斷。

如今在實際應(yīng)用中先使用一般檢測方法進行快速檢查，然后對快速檢查中發(fā)現(xiàn)的問題進行準確檢測，這種檢測手段既能保證檢測速度，同時又能提高檢測的準確性。對于因為環(huán)境因素的影響，導(dǎo)致設(shè)備在散熱和熱傳導(dǎo)上的差異，檢測得出的發(fā)熱點的溫度升高存在誤差，進而導(dǎo)致對被測設(shè)備發(fā)熱故障的判斷的誤差。

由于紅外測溫技術(shù)只能觀察配電設(shè)備表面的溫度情況，對于設(shè)備內(nèi)部的溫度情況難以進行感知，也難以對因設(shè)備內(nèi)部發(fā)生過熱導(dǎo)致的故障進行監(jiān)測。對于不同被測設(shè)備、不同檢測材料的發(fā)熱情況不一樣，不同環(huán)境下的允許溫升也不同、測量存在誤差、測量位置的隨機性等問題，所測得的溫升可能會有很大的溫差，因此通過溫升來分析判斷檢測設(shè)備的熱故障存在一定的局限性。現(xiàn)在的紅外測溫技術(shù)還處在依靠對紅外圖譜的定性分析，容易受到人為因素的干擾。

2.2 暫態(tài)地電壓檢測技術(shù)

2.2.1 工作原理

暫態(tài)地電壓檢測技術(shù)是通過利用局部放電時產(chǎn)生的電磁波，經(jīng)過檢測設(shè)備傳至地面并產(chǎn)生暫態(tài)電壓脈沖的原理進行檢測的技術(shù)。產(chǎn)生局部放電故障時，電子由帶電設(shè)備傳至其他位置，并由電流產(chǎn)生電磁波，向兩側(cè)進行傳播，因為電磁傳播的趨膚效應(yīng)，電磁波先向附近的金屬物體表面進行傳播，其中的大多數(shù)電磁波信號受設(shè)備金屬外殼隔絕，只有少部分通過金屬外殼向設(shè)備內(nèi)部進行傳播，當電磁波在設(shè)備內(nèi)部繼續(xù)進行傳播并再次接觸到金屬表面時，會產(chǎn)生時間極短的電壓信號，即暫態(tài)地電壓。

2.2.2 適用范圍

暫態(tài)地電壓檢測技術(shù)需要使用專門的暫態(tài)地電壓傳感器進行檢測，檢測范圍包括開關(guān)柜、環(huán)網(wǎng)柜、配電柜等配電設(shè)備的內(nèi)部局部放電，通過安裝在被測設(shè)備外表面的兩個暫態(tài)地電壓傳感器測得電壓的時間差，可基本定位到局部放電的位置，獲得局部放電的強度和頻度。暫態(tài)地電壓的大小與局部放電的大小、傳播過程中衰減的程度相關(guān)，其中衰減的程度和局部放電的位置、被測設(shè)備內(nèi)部的結(jié)構(gòu)特點和被測設(shè)備外殼縫隙的大小有關(guān)。

一般來說，放電位置越近，暫態(tài)地電壓傳感器檢測的暫態(tài)電壓值就越高。暫態(tài)電壓信號和局部放電活動的程度關(guān)系可以用dB/mV表示。暫態(tài)地電壓檢測技術(shù)對于檢測配電設(shè)備內(nèi)部絕緣情況具有良好的效果，如金屬尖端、絕緣氣隙、懸浮點位等。

2.3 超聲波檢測技術(shù)

2.3.1 工作原理

倘若被測設(shè)備無局部放電的情況，被測設(shè)備周圍的電場應(yīng)力、介質(zhì)應(yīng)力、粒子力處于相對平衡。由于局部放電的影響，原有的相對平衡的狀態(tài)被打破，放電時電荷的遷移，使得正負電荷發(fā)生中和，并造成一股電流脈沖，在釋放電的區(qū)域迅速的溫度上升，受熱膨脹，其效果與爆炸發(fā)生時的區(qū)域變化相似。

電流通過之后，原來受熱膨脹的地區(qū)迅速恢復(fù)到原有的平衡狀態(tài)，局部地區(qū)因放電造成體積變化，使得介質(zhì)的緊密情況產(chǎn)生差別，釋放電的區(qū)域電場應(yīng)力、介質(zhì)應(yīng)力、粒子力失衡發(fā)生震蕩，產(chǎn)生了頻率在20-200KHz的超聲波。局部放電發(fā)生后產(chǎn)生的超聲波以球面的形式向四面八方進行傳播，在被測設(shè)備的表面衍生出各種形式的波，包括縱波、橫波、表面波等，產(chǎn)生的聲波其頻率范圍囊括了全部的聲波范圍。

在實際應(yīng)用中需要在傳感器的測量表面涂抹超聲耦合劑，在保證傳感器和被測設(shè)備之間無明顯氣泡和空隙，減少超聲信號的衰減并提高測試的靈敏度。

2.3.2 適用范圍

超聲波具有頻率高、波長短、方向性強和能量相對集中的特點，因此比較容易感知和定位。超聲波檢測技術(shù)目前常應(yīng)用在待測設(shè)備的表面放電檢測中，在待測設(shè)備的金屬外表面安裝超聲波傳感器，已檢測產(chǎn)生的超聲波信號。超聲波信號的振幅和相位取決于局部放電的大小。同等強度的局部放電，其振幅受到介質(zhì)彈性系數(shù)的影響。對于不同傳播介質(zhì)而言，經(jīng)過氣體傳播后的超聲波信號較大，經(jīng)過液體和固體傳播后的超聲波信號較小。

超聲波檢測技術(shù)應(yīng)用于配電設(shè)備的局部放電中，可用于檢測配電變壓箱、開關(guān)柜、環(huán)網(wǎng)柜、配電柜、電纜箱和斷路器等設(shè)備的放電情況，還可用于檢測六氟化硫氣體泄漏造成的超聲波變化。超聲波對于部分設(shè)備內(nèi)部放電的超聲波較小，振動幅度較小，難以采用超聲波檢測技術(shù)進行檢測。由于超聲波檢測技術(shù)抗干擾能力較好，尤其是抗電磁干擾性能好，它是目前僅次于超高頻檢測技術(shù)的一種成熟的局部放電檢測方法。

2.4 高頻檢測技術(shù)

2.4.1 工作原理

高頻檢測技術(shù)是利用頻率范圍在3-30MHz的電流脈沖進行待測設(shè)備局部放電產(chǎn)生的電流脈沖信號的收集和分析，在設(shè)備帶電情況下進行設(shè)備絕緣情況的檢測。被測設(shè)備局部放電產(chǎn)生的電流在設(shè)備內(nèi)部傳播的過程中會產(chǎn)生電磁場，此時利用包括電子計算機斷層掃描、羅氏線圈Rogowski Coil等在內(nèi)的電感應(yīng)器測量電流產(chǎn)生的電磁場。在檢測設(shè)備中，高頻段的檢測可以收集放電時的電磁波情況，同步輸入端口也能夠接收到由同步線圈采集的參考相位信號。

通過對放電電磁波的形狀的提取，通過聚類分析的方法將放電信號和干擾信號進行區(qū)分，擺脫噪聲對信號分析的干擾，有效避免噪聲淹沒電磁波信號的情況。另外根據(jù)對不同信號源的信號的分離，能夠比較準確的判斷放電的類型，此種情況下尤其適合在復(fù)雜的帶電情況下的檢測。

2.4.2 適用范圍

高頻檢測技術(shù)通常使用高頻版本的穿心式電流互感器進行檢測，通過接地線和交叉互聯(lián)線進行待測設(shè)備的局部放電檢測，一般常用在配電設(shè)備的終端設(shè)備上及配電設(shè)備電纜的接頭設(shè)備上。目前高頻檢測技術(shù)對于顆粒毛刺和絕緣盆內(nèi)部缺陷的放電檢測較為靈敏，但由于此種方法容易受到設(shè)備內(nèi)和外環(huán)境信號的干擾，因此在測量時應(yīng)盡量避免干擾信號的干擾，并進行不同時間的多次反復(fù)測量。

3 結(jié)語

配電設(shè)備的狀態(tài)檢修是提高供電水平的重要方法，并根據(jù)設(shè)備的性能狀態(tài)進行配電設(shè)備故障的事先預(yù)防。對配電設(shè)備進行帶電檢測可以了解設(shè)備存在的潛在問題，對可能發(fā)生的故障做出預(yù)判，有效避免配電設(shè)備故障造成的損失，提高設(shè)備檢測修理的針對性，延長設(shè)備的使用期，降低設(shè)備維護費用。

由于配電設(shè)備種類多樣，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不同的配電設(shè)備的故障和檢測方法也存在差異，采用固定一種狀態(tài)檢測方法難以達到有效的故障檢測效果。對于采用任何一種檢測方法其檢測數(shù)據(jù)都具有一定的參考價值，但不可避免的有其局限性。檢測技術(shù)是進行配電設(shè)備檢測的技術(shù)方法，但檢測數(shù)據(jù)才是狀態(tài)檢測真正有價值的東西，通過分析數(shù)據(jù)信息并結(jié)合檢測方法的技術(shù)原理，判斷設(shè)備的狀態(tài)信息是否正常，有無潛在的故障發(fā)生可能。

同時，進行帶電檢測設(shè)備狀態(tài)不僅僅是確定設(shè)備是否存在故障問題，更是通過分析數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在的不正常狀態(tài)，在大量的檢測數(shù)據(jù)中探究出在配電設(shè)備狀態(tài)檢修工作的存在的普遍規(guī)律，進而指導(dǎo)今后的配電檢修工作。當前我國的配電檢修工作程序還不十分成熟，配電檢修技術(shù)仍有待進一步完善，配電檢修人員的操作水平較低，輔助進行帶電檢測的工具配套仍需進一步完善。

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作者簡介

李業(yè)順（1988-），男，漢族，山東省淄博市人。研究生學(xué)歷。現(xiàn)供職于國網(wǎng)淄博供電公司。研究方向為配電檢修。

作者單位

國網(wǎng)淄博供電公司 山東省淄博市 255000