開關柜超聲波局放檢測抗干擾方法研究

孫振華，馮金蘢，歐陽力，鄒學偉

(國網湖南省電力公司衡陽供電分公司，湖南衡陽421001)

開關柜超聲波局放檢測抗干擾方法研究

孫振華，馮金蘢，歐陽力，鄒學偉

(國網湖南省電力公司衡陽供電分公司，湖南衡陽421001)

對存在局部放電的開關柜的超聲波信號以及其他非局放的異常信號進行頻譜分析，建立典型頻譜庫，從而找到用以區分干擾信號和局放信號的特征規律，提出一種開關柜超聲波局放檢測的抗干擾分析方法，為開關柜的缺陷定性以及停電診斷檢修提供支持。

開關柜局部放電；超聲波局放檢測；頻譜分析；抗干擾方法

隨著狀態檢修工作在電力系統中的應用不斷深入，帶電檢測發揮著越來越重要的作用。國家電網公司《電力設備帶電檢測技術規范(試行)》規定，開關柜帶電檢測項目包括紅外測溫、超聲波局部放電檢測和暫態地電壓局部放電檢測，而紅外測溫僅能檢測開關柜的發熱缺陷，且因金屬鎧裝的屏蔽其檢測效果不甚理想，無法及時發現設備局放缺陷。因此，就必須借助超聲波和暫態地電壓局部放電檢測進行綜合判斷〔1-2〕。

在進行開關柜局放帶電檢測時，超聲波局部放電檢測是效果最明顯的一種檢測手段，但超聲波局部放電檢測易受現場外部環境及設備其他原因的干擾，易造成對開關柜內設備故障的誤判〔3-5〕。文中通過收集開關柜內局部放電以及其他非局放產生的異常超聲波信號，并對這些超聲波信號進行頻譜分析，用以區分局放信號和干擾信號，提出了一種開關柜超聲波局放檢測的抗干擾方法，可為開關柜的局部放電缺陷定性以及現場停檢修提供指導。

1 抗干擾方法的必要性分析

自2011年以來，某供電公司在開關柜專業化巡檢中發現多起開關柜內部局部放電缺陷，但同時由于干擾信號的存在而導致缺陷誤判，造成設備誤停電，嚴重影響了供電的可靠性和連續性。圖1為某供電公司2011-2013年開關柜超聲波局放檢測應用情況統計。

由圖1可知，超聲檢測誤判導致開關柜停電數量較多。超聲波局放檢測誤判導致開關柜停電的主要原因是超聲波局放檢測易受現場外部環境及設備其他因素等影響，使得超聲波局放檢測到過多的非局放信號而造成誤判。因此，在開關柜超聲波局放帶電檢測工作中，如何排除外界干擾，并準確捕獲局放信號就顯得尤為重要。

圖1 開關柜超聲波局放檢測應用情況統計

2 基于頻譜分析的超聲檢測抗干擾方法

2.1 測試信號特征分析

2.1.1 現場聲音辨別

超聲波局放現場檢測時，周邊不同的聲源信號都將進入儀器，但不同聲源信號具有不同的聲音特征，為此可利用超聲波局放檢測儀的耳機來辨別信號的來源。對于單純的背景噪聲信號，可聽到微弱的“沙沙”聲；當存在局部放電信號時，可聽到不連貫的“啪啪”聲以及較為連貫低沉的“嗡嗡”聲；若存在振動干擾信號，可聽到高亢的“噓噓”風鳴聲?；谏鲜雎曇籼卣?，可對檢測進行初步判斷。

2.1.2 時域波形分析

為直觀分析檢測信號的時域波形，可將其導入聲音分析軟件中，提取時域波形，如圖2所示。通過對比分析，可發現背景噪聲信號在時域范圍內較為平緩，無較大的波動，信號幅值較為穩定，如圖2(a)所示；局部放電信號與干擾信號在時域范圍內均有較大的波動，信號幅值呈振蕩的模式上下波動，但進行比較，可發現局部放電信號的振蕩的波形更為規律，可以等效為一個振蕩周期的不斷重復，如圖2(b)所示；而干擾信號的幅值波動隨意性較大，在檢測時間內無明顯可見的規律，如圖2(c)所示。

2.1.3 頻譜分析

為進一步確認不同信號的特征，利用FFT變換，對超聲檢測的時域信號進行頻域分析，并利用38.4 kHz的信號進行外差調制，其分析結果如圖3所示。通過對比分析可知，背景噪聲信號的頻譜曲線較為平滑，幅值大于-20 dB的頻率主要位于1～4 kHz區間，如圖3(a)所示；局部放電信號的頻譜曲線較陡，幅值大于-20 dB的頻率位于500～2 kHz區間，主要在1.6 kHz附近，如圖3(b)所示；振動干擾信號的頻譜曲線更為陡峭，幅值大于-20 dB的頻率位于2～4 kHz區間，主要在2.5 kHz附近，如圖3(c)所示。根據外差調制結果，局放信頻譜曲線的峰值頻率約為40 kHz左右，這與局部放電時產生的超聲波信號中心頻率為40 kHz較為吻合，干擾信號的峰值頻率為2 500 Hz，與局部放電信號存在較為明顯的差異，據此可進一步判斷局放信號和非局放信號。

圖2 不同信號的時域波形

2.2 測試數據

基于上述分析方法，2014年春檢及迎峰度夏期間，某供電公司對5個110 kV變電站和1個220kV變電站的開關柜進行了超聲波局部放電檢測，共涉及開關柜83面。經聲音辨識、時域分析和頻域分析以及停電檢修，最終確認正常信號67面，異常信號8面，缺陷信號8面，確認結果見表1。

表1 開關柜局部放電檢測結果統計面

2.3 抗干擾分析方法

根據開關柜超聲波局放現場檢測情況，抗干擾的主要步驟為:

1)聲音初步辨識:根據背景信號、干擾信號以及局部放電信號在經過降頻輸出后在聲音特征，對輸出的音頻信號進行監聽及初步區分。

2)時域分析:背景信號時域波形較為平緩，幅值無明顯波動；局部放電信號時域波形波動劇烈且較為規律，存在一定的周期性；振動干擾信號時域波形也具備一定的波動性，但波動無規律?？赏ㄟ^以上3種信號的時域特點，對背景、局放、振動干擾3種信號進行更進一步辨別。

3)頻域分析:局部放電信號的峰值一般位于1.6 kHz附近，干擾信號的峰值則偏離該頻率，以此可作為區分局部放電及干擾的進一步依據。

3 現場案例分析

3.1 振動干擾信號案例

試驗人員在對某110 kV變電站進行帶電檢測時，發現320開關柜的超聲波檢測數據達到20 dB，超過《電力設備帶電檢測技術規范》閾值15 dB。為此，試驗人員采用超聲波檢測抗干擾分析方法，首先采用聲音辨識，其聲音信號無不連續的“啪啪”聲或連續低沉的“嗡嗡”聲，判斷為非局放信號；聲波信號的時域圖也較為隨意，無明顯規律，聲音頻域波形中幅值最大的頻率為2.8 kHz左右，與1.6 kHz有較大區別，較符合振動干擾信號頻譜，如圖4所示。

圖4 振動信號頻譜分析

綜上分析，判斷320開關柜異常信號為振動干擾，無需立即停電處理。利用停電檢修機會打開320開關柜后柜門進行檢查，未發現異常情況，將后柜門恢復后檢測，超聲信號由20 dB下降為4 dB，故判斷該異常信號為開關柜后柜門蒙板振動所導致。

3.2 母排放電局放案例

試驗人員在對某220 kV變電站進行帶電檢測時，發現10 kVⅡ母328，332，336和342開關柜的超聲波檢測數據均超過《電力設備帶電檢測技術規范》的閾值15 dB。試驗人員通過人耳辨識時的聲音為連貫的低沉“嗡嗡”聲，聲波信號的時域圖有一定的規律，頻譜圖中幅值最大的頻率為1 700 Hz左右，與1 600 Hz差別不大，其336開關柜的時域及頻譜圖如圖5所示。

圖5 局放信號頻譜分析

綜合判斷，10 kVⅡ母328，332，336，342開關柜存在局放的結果，建議立即停電處理。對該站10 kVⅡ母開關柜進行停電檢查，發現開關柜內受潮嚴重，金屬表面有氧化痕跡，存在白色粉末，且母排及母排下支排熱縮套有明顯的放電痕跡，確認內部存在局部放電。

4 結論

由于開關柜超聲波局放易受現場環境的干擾，導致超聲檢測結果容易誤判，嚴重影響了供電的可靠性和連續性。為此，文中根據現場測試經驗，提出了一種基于頻譜分析的開關柜超聲波局放檢測抗干擾方法，通過聲音辨識、時域分析和頻譜分析，可以區分背景噪聲、振動干擾和真實的局放信號。經現場應用，這種方法為超聲波局放檢測抗干擾提供了一種新思路，可為現場檢測提供參考。

〔1〕陳巧勇，李宏雯，余睿，等.暫態地電壓和超聲波在開關柜檢測中的應用〔J〕.浙江電力，2012，31(4):47-50.

〔2〕田原.開關柜局部放電在線檢測新技術及新產品〔J〕.電世界，2014，55(7):1-4.

〔3〕楊寧，閻春雨，畢建剛，等.超聲波局部放電檢測儀校驗方法研究及應用〔J〕.電測與儀表，2014，51(22):104-109.

〔4〕楊凱，張認成，楊建紅，等.基于頻率約束獨立分量分析的開關柜局部放電故障識別〔J〕.高電壓技術，2014，40(11): 3 452-3 460.

〔5〕周玲.基于超聲波信號的局部放電故障識別算法研究〔D〕.廣州:華南理工大學，2013.

Research on anti-interference methods of switchgear ultrasonic PD detection

SUN Zhenhua，FENG Jinlong，OUYANG Li，ZOU Xuewei
(State Grid Hunan Electric Power Corporation Hengyang Power Supply Company，Hengyang 421001，China)

In this article，an spectrum analysis is proposed and typical spectrum libraries are built by collecting the ultrasonic signals in the switchgears of partial discharge(PD)and abnormal signals.Then the characteristics rules of distinguishing partial discharge signals from interfering signals are found.Also，the anti-interference analysis method is put forward which provides a support for the switchgear's power failure diagnosis maintenance.

switchgear partial discharge；ultrasonic detection；spectrum analysis；anti-interference measures

TM835.1

B

1008-0198(2016)02-0046-04

孫振華(1984)，男，工程師/技師，主要從事電氣設備技術監督及帶電檢測技術管理工作。

10.3969/j.issn.1008-0198.2016.02.011

2016-02-25