帶電檢測技術在配電設備狀態檢修中的應用

伴隨著電網發展建設的推進，建立安全可靠的配電網已經在我國電網建設中扮演越來越重要的角色。在保證配電設備正常運行，不停電的情況下進行的配電設備狀態檢修工作，能夠有效提升電網供電的穩定性和可靠性。帶電檢測技術是在設備不停電的情況下對配電設備進行現狀分析和故障診斷的技術，能夠有效預防和避免配電設備發生事故。本研究從紅外測溫技術、暫態地電壓檢測技術、超聲波檢測技術、高頻檢測技術四個帶電檢測技術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的特點、優勢和劣勢，同時指出對于一些復雜的檢測項目需要進行綜合多種檢測方法進行檢測，提高檢測結果的科學性。

【關鍵詞】紅外測溫技術 帶電檢測 配電設備 暫態地電壓檢測技術

我國的電力產業日益發展壯大，國家電網的規模和容量的不斷擴大，電網的安全運行已經越來越受到關注。在整個電力系統中共包括了發電、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，將電網中的電力通過各種變電配電設備，進行合理的電能分配，關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定，配電設備狀態檢修作為保證輸送穩定的重要步驟，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備使用壽命降低的現象正變得越來越明顯，設備事故的發生的概率也有所提高。本研究就帶電檢測技術在配電設備狀態檢修中應用進行探討，以提高我國的配電設備故障檢測診斷的能力。

1 配電設備狀態檢測技術概述

進行設備的狀態檢修的前提是擁有充分的設備檢測和分析技術。一般來說，配電設備的狀態情況可以通過在線監測和帶電檢測進行了解。在線監測是指通過計算機系統、通信技術、網絡技術等現代技術，利用具有較高抗干擾能力的通訊儀器和電力儀表，進行的配電設備監控和管理。而帶電檢測是指為了減少資金消耗，對設備在運行狀態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備進行檢測，用于發現電氣設備的潛在故障。由于電氣設備在運行狀態，通常不進行續保傳動檢測，僅進行電氣檢測。

由于相關配電設備的狀態檢測是在設備正常運行狀態下進行的，此種檢測方式較為靈活方便，設備檢測時間和周期可自行設置，有利于定期的配電設備狀態檢修工作的進行。同時，帶電工作避免了停電給用戶帶來的經濟損失，減少了用戶的用電成本，提高了電網供電的穩定性及供電公司的服務質量。

2 局部放電檢測技術

局部放電檢測技術是進行配電設備帶電檢測其絕緣程度，判斷絕緣體壽命的技術，它填補了傳統配電設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的絕對依賴。導致配電設備局部放電的原因包括配電設備的過電壓運行、雷電沖擊、諧波畸變，設備制造時絕緣材料分布不均勻、配電設備內部有空洞及其他雜質、設備表面不平整、設備表面絕緣程度不夠及環境潮濕、過熱等因素。

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

2.1 紅外測溫技術

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。而紅外測溫技術是利用紅外線對溫度敏感的物理特點進行測量的技術，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，使得紅外測溫技術的實現成為可能。

紅外測溫技術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，能夠及時有效的監測到配電設備的溫度情況，并判斷是否發生過熱，了解設備問題發生的位置和程度，判斷出配電設備的早期故障并對設備的絕緣性能進行評判。

2.1.2 適用范圍

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

如今在實際應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現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。對于因為環境因素的影響，導致設備在散熱和熱傳導上的差異，檢測得出的發熱點的溫度升高存在誤差，進而導致對被測設備發熱故障的判斷的誤差。

由于紅外測溫技術只能觀察配電設備表面的溫度情況，對于設備內部的溫度情況難以進行感知，也難以對因設備內部發生過熱導致的故障進行監測。對于不同被測設備、不同檢測材料的發熱情況不一樣，不同環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備的熱故障存在一定的局限性。現在的紅外測溫技術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 暫態地電壓檢測技術

2.2.1 工作原理

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

2.2.2 適用范圍

暫態地電壓檢測技術需要使用專門的暫態地電壓傳感器進行檢測，檢測范圍包括開關柜、環網柜、配電柜等配電設備的內部局部放電，通過安裝在被測設備外表面的兩個暫態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，其中衰減的程度和局部放電的位置、被測設備內部的結構特點和被測設備外殼縫隙的大小有關。

一般來說，放電位置越近，暫態地電壓傳感器檢測的暫態電壓值就越高。暫態電壓信號和局部放電活動的程度關系可以用dB/mV表示。暫態地電壓檢測技術對于檢測配電設備內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

2.3.1 工作原理

倘若被測設備無局部放電的情況，被測設備周圍的電場應力、介質應力、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被打破，放電時電荷的遷移，使得正負電荷發生中和，并造成一股電流脈沖，在釋放電的區域迅速的溫度上升，受熱膨脹，其效果與爆炸發生時的區域變化相似。

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

在實際應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。超聲波檢測技術目前常應用在待測設備的表面放電檢測中，在待測設備的金屬外表面安裝超聲波傳感器，已檢測產生的超聲波信號。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，其振幅受到介質彈性系數的影響。對于不同傳播介質而言，經過氣體傳播后的超聲波信號較大，經過液體和固體傳播后的超聲波信號較小。

超聲波檢測技術應用于配電設備的局部放電中，可用于檢測配電變壓箱、開關柜、環網柜、配電柜、電纜箱和斷路器等設備的放電情況，還可用于檢測六氟化硫氣體泄漏造成的超聲波變化。超聲波對于部分設備內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進行檢測。由于超聲波檢測技術抗干擾能力較好，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的一種成熟的局部放電檢測方法。

2.4 高頻檢測技術

2.4.1 工作原理

高頻檢測技術是利用頻率范圍在3-30MHz的電流脈沖進行待測設備局部放電產生的電流脈沖信號的收集和分析，在設備帶電情況下進行設備絕緣情況的檢測。被測設備局部放電產生的電流在設備內部傳播的過程中會產生電磁場，此時利用包括電子計算機斷層掃描、羅氏線圈Rogowski Coil等在內的電感應器測量電流產生的電磁場。在檢測設備中，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雜的帶電情況下的檢測。

2.4.2 適用范圍

高頻檢測技術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線進行待測設備的局部放電檢測，一般常用在配電設備的終端設備上及配電設備電纜的接頭設備上。目前高頻檢測技術對于顆粒毛刺和絕緣盆內部缺陷的放電檢測較為靈敏，但由于此種方法容易受到設備內和外環境信號的干擾，因此在測量時應盡量避免干擾信號的干擾，并進行不同時間的多次反復測量。

3 結語

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

由于配電設備種類多樣，結構復雜，不同的配電設備的故障和檢測方法也存在差異，采用固定一種狀態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據都具有一定的參考價值，但不可避免的有其局限性。檢測技術是進行配電設備檢測的技術方法，但檢測數據才是狀態檢測真正有價值的東西，通過分析數據信息并結合檢測方法的技術原理，判斷設備的狀態信息是否正常，有無潛在的故障發生可能。

同時，進行帶電檢測設備狀態不僅僅是確定設備是否存在故障問題，更是通過分析數據發現設備存在的不正常狀態，在大量的檢測數據中探究出在配電設備狀態檢修工作的存在的普遍規律，進而指導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

李業順（1988-），男，漢族，山東省淄博市人。研究生學歷。現供職于國網淄博供電公司。研究方向為配電檢修。

作者單位

國網淄博供電公司 山東省淄博市 255000