淺談交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備帶電檢測(cè)技術(shù)

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在整個(gè)電力系統(tǒng)當(dāng)中，交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備的作用越來越重要，會(huì)對(duì)發(fā)電和輸配電等工作產(chǎn)生直接影響。該類型的設(shè)備性能較為優(yōu)越，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行，且為后續(xù)維護(hù)和檢修提供了便捷。由于設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境較為復(fù)雜，容易受到外界多種因素的影響，導(dǎo)致故障問題的發(fā)生。通過帶電檢測(cè)技術(shù)的運(yùn)用可實(shí)現(xiàn)對(duì)缺陷問題的全面處理和優(yōu)化，使設(shè)備性能得到改善，從而消除其中的風(fēng)險(xiǎn)隱患。

1 交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備的缺陷

絕緣件、斷路器、電纜、控制器件、互感器和保護(hù)器件等是交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備的主要構(gòu)成，絕緣形式分為固體絕緣、復(fù)合絕緣、氣體絕緣和真空絕緣等，在過電壓和短路電流等因素的影響下會(huì)引發(fā)設(shè)備的故障問題。同時(shí)設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境也會(huì)對(duì)工況產(chǎn)生影響，包括濕度、溫度和灰塵等。絕緣缺陷和過熱缺陷較為常見，前者在互感器和絕緣件中較多，后者在導(dǎo)體穿屏位置和接觸面位置較多。

此外，機(jī)械缺陷也是交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備的主要缺陷類型，出現(xiàn)在隔離開關(guān)和斷路器等構(gòu)件中。隨著電場強(qiáng)度的持續(xù)升高會(huì)導(dǎo)致局部放電，此時(shí)不會(huì)造成絕緣系統(tǒng)的擊穿問題。絕緣件表面放電、尖端放電、自由顆粒放電和懸浮放電等是局部放電的主要形式。在元器件設(shè)計(jì)和制造中由于工藝不嚴(yán)格會(huì)導(dǎo)致局部放電問題的出現(xiàn)，會(huì)引發(fā)絕緣事故，威脅設(shè)備和人員的安全。接觸松動(dòng)和過載、氧化等問題是引發(fā)過熱缺陷的主要原因，容易出現(xiàn)燒毀現(xiàn)象，引起大面積的停電事故[1]。此外缺陷問題也會(huì)出現(xiàn)在測(cè)量系統(tǒng)、控制系統(tǒng)中，如測(cè)量失誤缺陷和控制失敗缺陷等。

2 交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備帶電檢修技術(shù)的應(yīng)用措施

2.1 絕緣缺陷帶電檢測(cè)技術(shù)

現(xiàn)狀分析：局部放電是檢測(cè)交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備絕緣缺陷的主要方法，包括了帶電檢測(cè)和離線檢測(cè)兩種，為能降低對(duì)電力生產(chǎn)活動(dòng)的影響，確保在當(dāng)前工況下對(duì)缺陷問題進(jìn)行評(píng)估，通常會(huì)采用帶電檢測(cè)的方法，能夠增強(qiáng)檢測(cè)工作的便捷性。對(duì)部件振動(dòng)信號(hào)和局部放電的檢測(cè)通常需要借助于超聲波技術(shù)，高頻電流技術(shù)、特高頻檢測(cè)技術(shù)和暫態(tài)地電壓技術(shù)等的運(yùn)用能實(shí)現(xiàn)對(duì)電信號(hào)的全面獲取，為帶電檢測(cè)提供依據(jù)?，F(xiàn)場技術(shù)應(yīng)用導(dǎo)則的制定和使用為現(xiàn)場帶電檢測(cè)工作的實(shí)施提供了科學(xué)指導(dǎo)，在暫態(tài)地電壓檢測(cè)中的運(yùn)用較多[2]。而在西方發(fā)達(dá)國家當(dāng)中，特高頻局部放電技術(shù)和超聲波檢測(cè)技術(shù)等應(yīng)用較為廣泛，我國也逐步制定了相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，增強(qiáng)帶電檢修的規(guī)范性。

暫態(tài)地電壓檢測(cè)技術(shù)：接地金屬中會(huì)由于局部放電的存在而出現(xiàn)放電電荷，進(jìn)而導(dǎo)致電流脈沖的呈現(xiàn)和傳播。而金屬外殼的內(nèi)表面也會(huì)由于內(nèi)部放電而出現(xiàn)電荷，對(duì)于放電信號(hào)的檢測(cè)存在困難。由于破損問題發(fā)生在設(shè)備墊圈、絕緣位置等，因此高頻信號(hào)會(huì)出現(xiàn)向外部傳輸?shù)默F(xiàn)象，這是導(dǎo)致暫態(tài)電壓產(chǎn)生的主要原因，其頻率最高可達(dá)100MHz[3]。電磁干擾會(huì)對(duì)暫態(tài)地電壓產(chǎn)生影響，因此在實(shí)踐工作中應(yīng)做好防干擾工作。在絕緣空穴放電檢測(cè)和懸浮放電檢測(cè)中運(yùn)用該技術(shù)時(shí)能有效提高靈敏性，但在絕緣間隙放電和表面爬電檢測(cè)中的效果會(huì)受到影響。

超聲波檢測(cè)技術(shù)：通過對(duì)機(jī)械信號(hào)進(jìn)行獲取與分析以達(dá)到缺陷檢測(cè)目的，這就是超聲波檢測(cè)技術(shù)。電荷會(huì)由于局部放電的存在而發(fā)生不同程度的遷移，會(huì)對(duì)機(jī)械應(yīng)力、電場應(yīng)力和粒子力等產(chǎn)生影響，導(dǎo)致其平衡狀態(tài)被打破，這是引起異響和沖擊振動(dòng)的主要原因。因此在裂縫和開口檢測(cè)中可借助于超聲波，設(shè)置相應(yīng)的傳感器，明確放電點(diǎn)的位置。非接觸式傳感器在實(shí)踐中的應(yīng)用較多，需對(duì)異常響動(dòng)進(jìn)行辨識(shí)，通過波形圖譜和相位圖譜的分析明確放電類型。為降低對(duì)檢測(cè)工作的干擾，應(yīng)該確保現(xiàn)場沒有作業(yè)和施工等。

特高頻檢測(cè)技術(shù)：對(duì)于電磁波信號(hào)的獲取和分析是應(yīng)用特高頻檢測(cè)技術(shù)的關(guān)鍵。脈沖電流是由于局部放電所引發(fā)，進(jìn)而引起電磁波的產(chǎn)生，其強(qiáng)度也會(huì)受到傳播途徑的影響，可在裂縫和開口位置設(shè)置特高頻傳感器，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁波信號(hào)的獲取與檢測(cè)。電暈干擾問題會(huì)由于特高頻檢測(cè)技術(shù)的運(yùn)用而得到解決，在靈敏性和抗干擾性上都有明顯的優(yōu)勢(shì)[4]。在確定放電類型時(shí)，需深入分析PRPS 圖譜和PRPD 圖譜。與上述兩種技術(shù)相比較而言，能夠在表面爬電、懸浮放電和間隙放電的檢測(cè)中獲得良好的效果。

高頻電流檢測(cè)技術(shù)：將傳感器應(yīng)用于接地線中也能快速檢測(cè)局部放電情況，需借助于環(huán)裝磁芯制作導(dǎo)電線圈，從而在高頻電流的作用下獲得感應(yīng)電壓。交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備的外殼連接大地，構(gòu)成多點(diǎn)接地系統(tǒng)，因此在運(yùn)用高頻電流檢測(cè)技術(shù)時(shí)也存在一定的難度。可以通過引出電纜的方式實(shí)施帶電檢測(cè)，以獲得精確可靠的檢測(cè)數(shù)據(jù)及結(jié)果。

2.2 局部放電源定位技術(shù)

2.2.1 暫態(tài)地電壓定位技術(shù)

對(duì)于局部放電信號(hào)的檢測(cè)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，還需明確放電源的位置，這也是交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備帶電檢修中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，能為缺陷嚴(yán)重性的評(píng)估提供可靠依據(jù)，確保在檢修決策制定時(shí)更具科學(xué)性和可行性，有助于檢修效率的提高。暫態(tài)地電壓定位技術(shù)的應(yīng)用能夠針對(duì)其幅值和時(shí)差進(jìn)行定位。交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備的暫態(tài)地電壓信號(hào)可通過單傳感器進(jìn)行獲取，明確幅值分布特點(diǎn)，當(dāng)幅值達(dá)到最大值時(shí)設(shè)備中可能存在局部放電源。TEV 傳感器應(yīng)用于金屬柜表面中，能對(duì)信號(hào)的時(shí)差進(jìn)行檢測(cè)，也有助于定位局部放電源，當(dāng)時(shí)差最小時(shí)說明其中的設(shè)備可能出現(xiàn)故障問題[5]。較小的衰減和較快的傳播速度是暫態(tài)地電壓傳播的基本特征，如設(shè)備中存在較大的信號(hào)強(qiáng)度則會(huì)導(dǎo)致電壓達(dá)到上限值，因此該方法的應(yīng)用會(huì)存在一定的局限性，只能應(yīng)用于較小防電信號(hào)強(qiáng)度的檢修工作當(dāng)中。

2.2.2 超聲波定位技術(shù)

同樣借助于局部放電信號(hào)的幅值和時(shí)差進(jìn)行定位，運(yùn)用超聲波定位技術(shù)可取得良好的效果。尤其是在幅值定位的過程中，超聲波的方向性特點(diǎn)優(yōu)越，超聲波能夠在金屬外殼的作用下被隔離，不會(huì)由于其他交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備對(duì)檢測(cè)工作造成影響，保障了定位的準(zhǔn)確性。

局部放電的位置也可將超聲波的傳播時(shí)間和方向?yàn)閰?shù)加以確定，包括了順序定位法、V 型曲線定位法和雙曲面定位法等。為確保局部放電位置定位的準(zhǔn)確性，還應(yīng)借助于空間幾何的方式明確傳感器的時(shí)延數(shù)據(jù)[6]。在對(duì)交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備局部放電源物理位置加以確定時(shí)，主要依靠幅值定位的方式，為達(dá)到精準(zhǔn)定位目的還需結(jié)合時(shí)差定位，但對(duì)波形的判斷易出現(xiàn)誤差，因此也具有一定的局限性。

2.2.3 特高頻定位技術(shù)

對(duì)于設(shè)備特高頻信號(hào)可通過傳感器獲取，通過幅值的判斷能明確局部放電源的位置，具體而言，當(dāng)幅值最大時(shí)可能存在局部放電缺陷故障。時(shí)差法是應(yīng)用特高頻定位技術(shù)時(shí)的主要方法，需保障示波器設(shè)備的良好分辨率，分析信號(hào)接收的時(shí)間差能達(dá)到精準(zhǔn)定位的目的。

電電聯(lián)合定位的運(yùn)用需從同一個(gè)放電源獲取高頻信號(hào)，確保在時(shí)延計(jì)算時(shí)的可靠性，同時(shí)需對(duì)時(shí)域信號(hào)多周期圖譜進(jìn)行繪制和分析。需確保特高頻信號(hào)的良好對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)時(shí)間單位加以調(diào)節(jié)后觀測(cè)時(shí)延差，在分析信號(hào)傳播方向和速度的基礎(chǔ)上借助于相關(guān)公式對(duì)其具體位置進(jìn)行計(jì)算。平分面法在特高頻定位中的運(yùn)用效果也較好，需在檢測(cè)時(shí)改變傳感器的位置，通過分析幅值波形情況獲得放電點(diǎn)的具體位置。電電聯(lián)合技術(shù)的精度較好，對(duì)于設(shè)備元件缺陷故障的定位十分可靠。

2.2.4 聲電聯(lián)合定位技術(shù)

如果超聲波信號(hào)和特高頻信號(hào)都存在，在缺陷檢測(cè)中則可采用聲電聯(lián)合定位技術(shù)，應(yīng)從同一放電源獲得超聲波信號(hào)和特高頻信號(hào)，同樣借助于多周期圖譜加以定位分析。超聲波信號(hào)相較特高頻信號(hào)在傳播速度上要更慢，根據(jù)這一規(guī)律可對(duì)是否來自于同一放電源進(jìn)行判斷。分析時(shí)域信號(hào)后明確超聲波的起始沿，借助于相關(guān)公式對(duì)傳感器和放電點(diǎn)的距離加以計(jì)算。相較于特高頻定位技術(shù)能有效提高定位的精確性，超聲波信號(hào)和特高頻信號(hào)能通過金屬外殼進(jìn)行阻隔、降低了干擾。在應(yīng)用該技術(shù)時(shí)需要做好起始沿的判斷。

2.3 過熱缺陷帶電檢測(cè)技術(shù)

紅外窗口測(cè)溫：局部熱點(diǎn)出現(xiàn)在交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備的導(dǎo)流接觸面中，則可能有接觸不良故障的存在，因此對(duì)溫度和輻射能量進(jìn)行檢測(cè)可有效獲取缺陷信息。其中紅外窗口測(cè)溫技術(shù)的應(yīng)用較為常見，將窗口設(shè)置于交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備外殼中實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)部熱點(diǎn)信息的獲取，能對(duì)溫度進(jìn)行直接測(cè)量，提高了檢測(cè)效率。設(shè)備安全性能會(huì)由于紅外窗口測(cè)溫技術(shù)的應(yīng)用而受到影響，因此在開展帶電檢修工作前應(yīng)對(duì)安全防護(hù)性能報(bào)告進(jìn)行檢查，增進(jìn)與生產(chǎn)廠商的交流和溝通，防止出現(xiàn)嚴(yán)重的人員傷害事故。

紅外精準(zhǔn)測(cè)溫：通過獲取紅外輻射的能量對(duì)過熱缺陷實(shí)施帶電檢測(cè)，紅外精準(zhǔn)測(cè)溫技術(shù)的應(yīng)用不需和交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備進(jìn)行接觸，能滿足遠(yuǎn)距離檢測(cè)的需求，同時(shí)提高工作效率，尤其是在高壓設(shè)備中的應(yīng)用較為普遍。金屬外殼的存在會(huì)對(duì)能量的輻射產(chǎn)生影響，運(yùn)用紅外精準(zhǔn)測(cè)溫獲得的能量通常都是經(jīng)過金屬外殼的衰減，因此對(duì)于過熱缺陷問題的分析需繪制外殼局部溫度圖像，借助于相關(guān)特征量研究內(nèi)部熱點(diǎn)溫度情況，這也是在交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備中應(yīng)用紅外精準(zhǔn)測(cè)溫技術(shù)時(shí)的主要局限性問題[7]。

無線測(cè)溫：在實(shí)踐工作中的應(yīng)用效果也較好，能將傳感器設(shè)置于交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)對(duì)過熱缺陷的全面檢測(cè)。該方式運(yùn)用了無線傳輸技術(shù)，可將實(shí)時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)傳輸給檢修人員，能增強(qiáng)數(shù)據(jù)的精確性，保障帶電檢測(cè)的安全性。設(shè)備的電場結(jié)構(gòu)和絕緣距離等也會(huì)由于傳感器的應(yīng)用而發(fā)生變化，因此會(huì)引發(fā)故障問題。同時(shí)傳感器的穩(wěn)定性情況也需進(jìn)行改善，在后續(xù)發(fā)展中應(yīng)注重設(shè)備性能的優(yōu)化，延長其使用壽命，使其在過熱缺陷的帶電檢測(cè)中更具優(yōu)勢(shì)。

2.4 機(jī)械缺陷帶電檢測(cè)技術(shù)

檢測(cè)分合閘線圈的電流狀況是機(jī)械缺陷帶電檢測(cè)中的關(guān)鍵，該技術(shù)在實(shí)踐應(yīng)用中存在一定的局限性。尤其是對(duì)分合閘速度、開距、卡澀狀況和彈跳次數(shù)與時(shí)間的檢測(cè)中難以取得良好的成效，在后續(xù)技術(shù)應(yīng)用中應(yīng)予以針對(duì)性改進(jìn)和優(yōu)化。

3 交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備的帶電檢修策略

局部放電類型、放電量和傳播途徑等都會(huì)對(duì)局部放電的信號(hào)強(qiáng)度產(chǎn)生直接影響，這也是交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備帶電檢測(cè)的基本特征。當(dāng)存在較多的放電類型和傳播途徑時(shí)會(huì)給檢測(cè)工作帶來較大難度，同時(shí)無法獲得放電量和信號(hào)強(qiáng)度的內(nèi)在規(guī)律，如果對(duì)交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備絕緣缺陷進(jìn)行判斷時(shí)僅依靠信號(hào)強(qiáng)度指標(biāo)，會(huì)對(duì)評(píng)估的精確性與可靠性造成影響。

檢修人員應(yīng)明確特高頻檢測(cè)數(shù)據(jù)情況，對(duì)局部放電的類型和位置進(jìn)行確定，同時(shí)深入分析多種狀態(tài)信息，包括交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備的運(yùn)行工況和超聲波檢測(cè)數(shù)據(jù)等，才能確保帶電檢測(cè)的良好成效。缺陷嚴(yán)重性的綜合判斷，需對(duì)橫向?qū)Ρ确治鼋Y(jié)果、負(fù)荷情況、放點(diǎn)類型識(shí)別結(jié)果、特征量發(fā)展趨勢(shì)、過熱缺陷帶電檢測(cè)結(jié)果等加以全面獲取[8]。在定位局部放電電源時(shí)可借助于定位技術(shù)，確保檢修決策在制定時(shí)有豐富的運(yùn)行工況數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)和運(yùn)行環(huán)境參數(shù)等作為支撐，防止出現(xiàn)嚴(yán)重的絕緣事故。