基于超聲波局部放電檢測技術(shù)的配電架空線路故障檢測＊

黃 雄,吳天杰,林少佳,程范賢,岑瓊霞

（海南電網(wǎng)有限責(zé)任公司瓊海供電局，海南 瓊海 571400)

1 引言

配電架空線路運行過程中受電流電壓作用會出現(xiàn)發(fā)熱現(xiàn)象，在線路設(shè)備出現(xiàn)缺陷或故障時，相關(guān)位置會出現(xiàn)異常發(fā)熱或者溫度變化狀況，而持續(xù)過熱則會造成架空線路故障。而且線路絕緣材料劣化老化，設(shè)計生產(chǎn)缺陷等都會造成局部放電出現(xiàn)，從而生成局放性故障。局部放電即在絕緣結(jié)構(gòu)內(nèi)，受電場分布失衡影響，在既定條件下，局部出現(xiàn)較高場強，引發(fā)絕緣介質(zhì)局部放電。局部放電對架空線路絕緣造成的損壞具有持續(xù)性與緩慢性，是線路安全的主要隱患。持續(xù)性放電會導(dǎo)致材料絕緣性能劣化甚至完全遺失，從而造成絕緣擊穿，引發(fā)線路故障。所以為避免線路故障或事故發(fā)生，需進行全方位局部放電檢測[1]。當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的檢測技術(shù)主要有超聲波局部放電檢測技術(shù)與紫外成像放電檢測技術(shù)，本文主要對超聲波局部放電檢測技術(shù)在配電架空線路故障檢測中的應(yīng)用進行了詳細分析。

2 超聲波局部放電檢測技術(shù)

2.1 技術(shù)原理

在高壓電氣設(shè)備長時間存在局部放電時，不僅會加快設(shè)備老化速度，還會直接引發(fā)故障。隨著局部放電還會衍生超聲波、電磁波等不良現(xiàn)象，而超聲波會面向周圍介質(zhì)迅速傳播，信號通過超聲波傳感器的采集，基于數(shù)據(jù)形式傳送到儀器計算機后臺加以診斷分析，就信號強弱明確檢測點局部放電嚴重度，根據(jù)輕重緩急面向架空線路狀態(tài)檢修提供準確的決策性數(shù)據(jù)信息。按時針對配電架空線路進行超聲波局部放電檢測，可有效消除線路與設(shè)備安全故障，防止引發(fā)安全事故，以此提升架空線路穩(wěn)定水平，減少異常停電次數(shù)，保障供電穩(wěn)定性與可靠性。

基于主機故障診斷軟件進行配電架空線路局部放電劣化度分析，劃分為三個等級，即一般類缺陷，劣化度為0-10，代表線路設(shè)備存有較弱放電現(xiàn)狀，可正常運轉(zhuǎn)；嚴重類缺陷，劣化度為11-30，代表線路設(shè)備存在異常，雖可繼續(xù)運行，但是需要加強監(jiān)控，并作為后續(xù)檢測周期重點對象，縱向?qū)Ρ葯z測結(jié)果，若是劣化度存在持續(xù)惡化趨勢，需持續(xù)進行檢修與更換，防止故障發(fā)生；危急類缺陷，劣化度為31以上，代表線路設(shè)備嚴重故障，需及時安排維修或者更換，以消除缺陷，防止故障發(fā)生[2]。

2.2 檢測流程

傳統(tǒng)發(fā)射性超聲波檢測裝置基于發(fā)射超聲波信號，經(jīng)過接收傳播中所反射的信號，分析評估設(shè)備缺陷。但是檢測準確率相對偏低，所以并未實現(xiàn)持續(xù)發(fā)展。當(dāng)前配電架空線路故障檢測中常用的超聲波局部放電檢測裝置，無需發(fā)射超聲波信號，只負責(zé)接收信號，即經(jīng)過接收設(shè)備絕緣缺陷造成局部放電時所形成的超聲波信號，加以采樣與處理分析，轉(zhuǎn)變?yōu)榭陕犜肼?、波形、分貝值，基于巡檢運維人員聽取是否存在異常，從而評估是否存在局部放電缺陷即可，具體檢測流程[3]如圖1所示。

圖1 超聲波局部放電檢測流程

3 配電架空線路超聲波局部放電檢測裝置設(shè)計

3.1 檢測裝置設(shè)計

作為超聲波局部放電檢測裝置的傳感器，通過感受被測信息，并根據(jù)既定規(guī)律轉(zhuǎn)換為不同形式的信息輸出，以確保信息的傳輸、處理、儲存、顯示、記錄等相關(guān)要求。超聲波傳感器基于超聲波工作原理可劃分為不同形式，其中由于機電耦合系數(shù)較高，成本低，性能較好的壓電式材料的演生，促使壓電式傳感器實現(xiàn)了在工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。

超聲波發(fā)射器主要包含振蕩器、脈沖調(diào)制器、功率放大器、傳感器，其原理具體如圖2所示。

圖2 超聲波發(fā)射器原理示意圖

超聲波接收器即轉(zhuǎn)變高頻超聲波信號成為電路可接收電平信號。

針對配電架空線路出現(xiàn)局部放電時產(chǎn)生的超聲波信號特征，設(shè)計壓電式傳感器，即壓電式超聲波局部放電檢測裝置，其不僅靈敏度高，頻率響應(yīng)范圍寬泛，且體積小、質(zhì)量輕，利用普通膠粘固定于被測位置即可。其主要性能指標具體如表1所示。

表1 壓電式超聲波局部放電檢測裝置性能指標

基于壓電式超聲波局部放電檢測裝置，根據(jù)配電架空線路出現(xiàn)局部放電時，所引發(fā)的超聲波在空間發(fā)生散射這一原理，可設(shè)計出超聲波收集器，以采集超聲信號。配網(wǎng)架空線路壓電式超聲波局部放電檢測裝置工作原理具體如圖3所示。

圖3 超聲波局部放電檢測裝置工作原理

壓電式超聲波局部放電檢測主機由支架與一體機顯示器構(gòu)成，基于數(shù)據(jù)線，可與傳感器即插即用，以接收傳感器所采集超聲波音頻信號與波形圖，輸出可聽聲音與直觀形象波形圖，根據(jù)傳感器所接收放電聲波與環(huán)境溫度、濕度等要素，快速明確評估診斷出配電架空線路故障位置與程度，巡檢工作人員只需明確故障程度相關(guān)數(shù)字大小，便可得知架空線路局部放電嚴重程度。

主機內(nèi)還需配置專用分析軟件與專家系統(tǒng)，以處理分析所采集超聲波局部放電信號，并檢測診斷出架空線路故障嚴重程度。

3.2 檢測裝置工作流程

基于超聲波檢測與TEV檢測相結(jié)合的方式對配電架空線路進行局部放電故障檢測，如果確定為異常狀態(tài)，則進行不停電檢修，檢測方式安全可靠，結(jié)果準確度高。配電架空線路超聲波局部放電檢測裝置工作流程[4]具體如圖4所示。

圖4 配電架空線路超聲波局部放電檢測裝置工作流程

TEV 檢測方式實際上即暫態(tài)對地電壓檢測，以耦合電容傳感器檢測暫態(tài)對地電壓，耦合電容傳感器檢測寬帶控制在3-60MHz，在檢測到配電架空線路局部放電信號幅值超出20dB/mV（V 代表所檢測暫態(tài)對地電壓幅值）時，破壞性故障發(fā)生概率為75%，而超出30dB/mV時，破壞性故障發(fā)生概率為90%。TEV 檢測通過幅值定位形式初步確定局部放電位置，越接近局部放電位置，信號幅值越大，基于配電架空線路局部放電信號幅值差異性，可初始定位局部放電位置。

超聲波局部放電檢測技術(shù)基于超聲波傳感器對20-50kHz范圍之內(nèi)超聲波信號進行檢測，以檢測配電架空線路局部放電信號，其檢測寬帶范圍為20-50kHz，在所檢測基于局部放電引發(fā)的超聲波信號超出6dB/μV（超聲波傳感器所檢測超聲波信號相應(yīng)電壓信號幅值）時，通過耳機可聽到放電聲音，說明配電架空線路局部放電現(xiàn)象嚴重。超聲波局部放電檢測以時差定位方式明確局部放電位置，放置多個超聲波傳感器于配電架空線路不同位置，以評估局部放電源頭具體位置；檢測信號幅值最大的傳感器，更加接近局部放電位置。以改變超聲波傳感器位置的方式，可更加準確地判斷局部放電位置[5-6]。

4 配電架空線路超聲波局部放電檢測裝置應(yīng)用實例

4.1 柱上設(shè)備檢測

某配電架空線路已運行13年，現(xiàn)場以配電架空線路超聲波局部放電檢測裝置沿線進行實時檢測，在#25 桿電壓互感器位置存在局部放電信號，具體如圖5所示。

圖5 電壓互感器超聲波局部放電檢測裝置安裝位置示意圖

基于超聲波局部放電檢測裝置所獲數(shù)據(jù)具體如表2所示。

由表2分析可知，電壓互感器故障診斷為劣化度93，即危急類缺陷，需盡快維修或者更換新設(shè)備。這就要求配電運維部門及時安排架空線路缺陷消除維修人員，對設(shè)備故障進行不停電作業(yè)，拆除設(shè)備高壓側(cè)連接導(dǎo)線，促使電壓互感器設(shè)備和架空線路之間保持一定間隔，相互分隔，以此停止運行。通過對電壓互感器進行檢測發(fā)現(xiàn)，此設(shè)備損壞已經(jīng)十分嚴重，明確為危急類缺陷，在拆除并消除缺陷之后，再次檢測，信號表現(xiàn)正常，確定故障排除[7]。

表2 電壓互感器超聲波局部放電檢測數(shù)據(jù)

4.2 連接端子檢測

某配電架空線路已運行約11年，通過超聲波局部放電檢測裝置沿線進行實時檢測，于#16桿下引線銜接位置發(fā)現(xiàn)明顯放電信號，存在較大的放電音，具體如圖6所示。

圖6 下引線超聲波局部放電檢測裝置安裝位置示意圖

基于超聲波局部放電檢測裝置所獲數(shù)據(jù)具體如表3所示。

由表3分析可知，配電架空線路連接端子連接松動，劣化度明確為危急類缺陷，需重復(fù)檢測并確定之后，及時安排運維人員檢修，可以先對連接位置進行詳細檢查，確保連接緊密，然后利用超聲波局部放電檢測裝置再次檢測，以明確故障缺陷已消除[8]。

表3 下引線超聲波局部放電檢測數(shù)據(jù)

4.3 電纜附件檢測

某配電架空線路已運行約7年，通過超聲波局部放電檢測裝置沿線進行實時檢測，于#15 桿電纜附件連接位置發(fā)現(xiàn)放電信號，放電音較為明顯，具體如圖7所示。

圖7 電纜附件超聲波局部放電檢測裝置安裝位置示意圖

基于超聲波局部放電檢測裝置所獲數(shù)據(jù)具體如表4所示。

表4 電纜附件超聲波局部放電檢測數(shù)據(jù)

由表4分析可知，配電架空線路連接端子連接松動，劣化度明確為危急類缺陷，需重復(fù)檢測并確定之后，及時安排運維人員檢修，可以先對連接位置進行詳細檢查，確保連接緊密，然后利用超聲波局部放電檢測裝置再次檢測，以明確故障缺陷已消除。

由表4分析可知，配電架空線路電纜附件終端絕緣性較差，劣化度診斷為嚴重類缺陷，需在60d以內(nèi)著重巡視檢測，并利用超聲波局部放電檢測裝置進行重復(fù)檢測，若是嚴重程度不斷加重，則應(yīng)及時安排運維人員進行維修，或者直接更換電纜附件[9-10]。

4.4 實踐應(yīng)用效果分析

配電架空線路超聲波局部放電檢測裝置以不停電狀態(tài)下進行故障檢測，可及早發(fā)現(xiàn)線路運行設(shè)備安全隱患，從而彌補常規(guī)檢測缺陷?？偠灾?，不停電狀態(tài)下配電架空線路超聲波局部放電檢測技術(shù)的實踐運用，不僅可有效保證電網(wǎng)運行安全性與穩(wěn)定性，還可基于檢測技術(shù)的運營效率、安全可靠性、作業(yè)范圍廣泛等優(yōu)勢特性，在很大程度上提高架空線路巡檢效率與水平，與既有狀態(tài)檢修、不停電檢測要求高度相符。

5 結(jié)束語

綜上所述，本文基于超聲波局部放電檢測技術(shù)設(shè)計了配電架空線路故障檢測裝置，詳細分析了檢測裝置具體工作流程，并基于TEV 檢測與超聲波檢測相結(jié)合的方式，評估了配電架空線路狀態(tài)。通過應(yīng)用實例分析得出結(jié)論：

利用超聲波局部放電檢測裝置進行線路檢測，有效減少了停電檢修次數(shù)，保障了架空線路安全運行，避免了由于停電為用戶帶來的經(jīng)濟損失與日常生活阻礙；利用超聲波局部放電檢測裝置進行線路潛藏故障特征信號識別，及時發(fā)現(xiàn)了架空線路絕緣缺陷與故障，且通過數(shù)據(jù)分析檔案構(gòu)建，實現(xiàn)了優(yōu)化管理，為后續(xù)解決相關(guān)問題奠定了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)；利用超聲波局部放電檢測裝置進行線路檢測，可不受限于停電計劃，就已發(fā)現(xiàn)線路故障與安全隱患，合理安排了檢修次數(shù)，并遵循檢測與維修同時進行的原則，采用專家會商診斷與多診斷方式相結(jié)合的模式，科學(xué)規(guī)劃檢修項目、時間，有序進行線路故障的停電驗證與消缺，從而保證了架空線路設(shè)備可控性與在控性；

總之，配電架空線路超聲波局部放電檢測裝置，可有效保證電網(wǎng)運行安全性與穩(wěn)定性，可基于檢測技術(shù)的運營效率、安全可靠性、作業(yè)范圍廣泛等優(yōu)勢特性，在很大程度上提高架空線路巡檢效率與水平，符合既有狀態(tài)檢修、不停電檢測相關(guān)要求。