狀態檢測基本原理與應用舉例

孫佳 張郅昂 肖傲 王玨

摘 要：文章對狀態檢測技術基本原理和應用進行分析，選取了某地區220kv變電站電氣設備狀態檢測的三個典型案例進行分析，簡述各案例的試驗方法和診斷方式，綜合診斷故障原因。通過案例分析現階段狀態檢測存在的問題，針對現場狀態檢測項目工作注意事項進行簡要分析，為實際工作中存在的主要問題制定相應對策。最后針對狀態檢測現狀，進行總結與展望。

關鍵詞：狀態檢測;案例;存在問題;趨勢

中圖分類號：TM507 文獻標識碼：A

電氣設備狀態評價正被廣泛應用，逐步替代傳統停電定期檢修方式，是電氣設備安全可靠運行的有力保障。

1 狀態檢測技術原理

1.1 特高頻局部放電檢測技術

特高頻局放檢測用寬帶高頻天線施加到GIS組合電器設備，以檢測其內部局放信號，能夠檢測出GIS組合電器內部局部放電的類型和近似的位置。特高頻有內部傳感器和外部傳感器兩種類型。特高頻局放檢測可以抗干擾、有很好的靈敏性，能夠有效地避免300MHz的電暈干擾。

特高頻局放檢測試驗一般在設備新投運以后，或者設備大修以后，在一個月內進行檢測，是對GIS設備本體進行的一次局放檢測。如果特高頻局放檢測到異常情況還不能完全確定，應根據設備的運行狀況縮短測試周期，增加信號特征和趨勢探測頻譜分析[1]。針對GIS組合電器設備運行超過十五年的，應縮短檢測周期進行特高頻局放檢測。

1.2 超聲波局部放電檢測技術

超聲波局部放電檢測，一類是通過接觸的方式達到檢測的目的，另一類則不直接接觸來檢測。在GIS組合電器設備中，超聲波縱波沿著六氟化硫氣體以球面波的形式向四周傳播。顯然，這種狀態下超聲波的能量很強，繼而通過設置在GIS設備外壁的壓敏傳感器收集超聲放電信號，并對信號進行分析。檢測應確保在GIS組合電器上無其他檢修作業進行，額定電壓、額定六氟化硫氣體、金屬殼應是干凈和無冰的[2]。進行室外檢測時，確保雨雪和其它氣候條件下，無噪聲干擾GIS組合電器設備。防止室內的強干擾，大型設備的振動影響檢測。

對于已經順利通過投運驗收耐壓試驗的電氣設備，需在1.2Ur/電壓和1.0Ur/電壓下分別進行超聲波局放檢測，作為運行數據比對。新設備投運后，要分別于投運一個月內和投運一年時進行局放檢測，大修后的設備檢測時間與新投運設備一致。例行檢測周期一般介于6個月到一年之間。

1.3 暫態地電壓局部放電檢測技術

暫態地電壓傳感器與傳統RF耦合電容器相似，暫態地電壓傳感器殼體既有絕緣功能，又有保護功能。因為開關柜體存在電阻，局放產生的電流行波必然存在損耗，金屬柜體表面的暫態地電壓不只與局部放電量有關，還與放電的位置、傳播的途徑、金屬柜體內部結構以及斷口的大小息息相關。由此無法根據暫態地電壓的檢測結果推導出局放量的多少，但可近似認為，在某次具體的檢測過程中，放電類型與頻譜分布確定，使用相同儀器，得到的暫態地電壓信號的強弱與放電量成正比關系。

1.4 紅外熱像檢測技術

紅外線輻射無處不在，波長0.75μm至1000μm的電磁波叫做紅外線。紅外熱像儀是現場試驗紅外檢測中目前為止最先進的儀器，近些年發展速度很快，應用范圍較廣。

紅外檢測金屬則受材質、光潔度、顏色和平整度的影響很大，如銅材質發射率高于鋁材質，表面光潔發射率越低，深顏色比淺顏色發射率高，平整度越高則發射率越低。

工作地點經常用到160×120、320×240以及640×480像素等三種規格的像素探測器。測溫范圍，一般儀器的最大測溫范圍是-40℃至1000℃。將其分成幾個小測溫范圍，分別是-40℃至120℃、0℃至500℃、350℃至1000℃。在不超過測量范圍的情況下，盡量選用低溫度范圍。在現場一定要選擇好范圍，否則分析軟件不能辨析[1]。

1.5 紫外熱像檢測技術

紫外線是一種不可見光，短波紫外線280nm至100nm、中波紫外線315nm至280nm、長波紫外線400nm至315nm。通過使用紫外熱像儀器接收放電產生的太陽日盲區，即電暈、電弧放電產生紫外線，產生的紫外線波長范圍介于230nm和405nm之間。太陽輸出的240nm至280nm的紫外信號，經處理成像并與可見光圖像疊加，以確定電暈位置和強度，這就是紫外線成像技術的基本原理。紫外成像檢測器可以檢測電暈放電強度，電暈放電的形態、頻度以及電暈放電的長度，紫外成像儀在最大增益下，觀測到短接絕緣子干弧距離的電暈放電長度。

1.6 泄露電流檢測技術

避雷器泄露電流檢測技術在現場實際工作中是指，測量全電流和阻性電流，通過比對初值和歷年數據，以判斷避雷器受潮情況和閥片是否存在劣化。全電流是測試線接在計數器上直接測量，相比阻性電流來說，靈敏度不高。阻性電流是經過不同算法得出的數據，相對來說，靈敏度較高，其檢測原理也分為很多種類。現在有兩類測試電子儀器用于避雷器阻性電流測試。其中，一類不用測運行電壓，一類需測量運行相電壓。

2 狀態檢測技術應用舉例

2.1 某220千伏變電站I母電壓互感器超聲波局部放電案例

2016年6月17日發現，該站220千伏I母線C相電壓互感器GIS局放圖譜異常，存在局部放電情況。因圖譜異常，2016年7月10日再次進行超聲波局放檢測。第二次檢測圖譜與第一次試驗數據圖譜基本一致，通過特高頻技術檢測，沒有明顯的異常圖譜出現。根據圖譜顯示，決定縮短檢測周期觀察放電狀況的發展。根據超聲局放圖譜可以推斷，雖然圖譜顯示的放電量比較有限，但長此以往，也將對絕緣材料產生一定的破壞甚至擊穿，是電網安全穩定的一大隱患。

2.2 某220千伏變電站二號站用變避雷器泄露電流案例

某220千伏變電站二號站用變避雷器型號是YH10WZ2-96/232，2016年4月25日泄露電流測試中，B相避雷器總電流為0.379mA，阻性電流基波峰值為0.047mA，明顯高于AC相的測試值。同年6月1日，再次進行阻性電流跟蹤測試，發現該避雷器的總電流增長到0.385mA。經過比對AC兩相數據以及歷史數據發現，AC相無明顯變化，而B相的全電流數值變化明顯，分析可能是該避雷器內部閥片性能下降造成的。進行紅外熱像檢測，但B相未顯示出明顯的異常，不過泄露電流測試的數據又指明了B相避雷器存在缺陷。隨即對其進行停電試驗，發現試驗數據較例行試驗數據有變化，說明該避雷器已經發生劣化，不能完全滿足安全運行的條件。但由于尚未達到無法使用的程度，為了設備安全起見，同年9月進行更換。案例中運用了泄露電流測試、紅外成像技術、高壓試驗方法結合的方式，綜合診斷分析了設備的故障，杜絕了避雷器的帶病運行。

3 狀態檢測實際應用中存在的問題

3.1 紅外熱像檢測存在問題

紅外熱像檢測過程中，應注意氣象條件和日照輻射對其的影響，同時應該注意被拍攝設備視角問題，尤其注意電流致熱型設備負荷對熱點溫度的影響。由于容易散熱，電壓致熱型的電氣設備缺陷在其表面不會顯示的很明顯，溫度較低時測得的設備溫度較低。

3.2 組合電器與開關柜檢測存在問題

在平時的狀態檢測工作中，超聲波局放一般不單獨使用，和特高頻局放配合比較多。二者相輔相成，對狀態檢測具有重要作用。非接觸式超聲波局放檢測要特別注意，暫態地電壓檢測易受干擾信號影響。按照帶電檢測指導意見的要求，開關柜局放應每年完成超聲局放檢測和暫態地電壓（TEV）檢測。但從實際開展情況來看，發現缺陷率非常低，應通過增加儀器配置、加大現場檢測人員培訓力度等方式，提高開關柜檢測效率。

3.3 金屬氧化物避雷器檢測存在問題

泄露電流檢測能夠發現避雷器因內部受潮而產生的內部絕緣下降和氧化鋅片的劣化等問題。測試結果易受到環境溫濕度、相間雜散電容、諧波、電磁場等外界因素的影響。分析時要綜合多次測量結果，判斷檢測設備的實際運行情況。根據設備現場情況，綜合紅外和高頻檢測結果分析判斷，必要時則需要停電診斷。

4 狀態檢測發展趨勢

基于超高頻、超聲波和高頻脈沖電流法聲電聯合GIS局放檢測技術，聯合甄別放電類型，并通過超高頻局放源，再進行初步定位。精確定位則需要利用超聲信號配合，通過聲電聯合甄別放電類型。

光聲光譜檢測技術是以氣體與電磁輻射的光聲效應為理論基礎。其原理是，油中溶解的氣體吸收紅外線產生溫升，然后釋放熱能，氣體按照比例產生壓力波，該壓力波強度與所測氣體的濃度成比例。

開關柜的局部放電檢測方法，有暫態地電壓檢測法、UHF檢測法、超聲波檢測法等。同步聯合檢測方法即將全面應用于開關柜局部放電檢測中，三者方法相結合，更能有效檢測出開關柜的局放情況。由于變電站布置的開關柜數量較多，對每個變電站的每臺開關柜進行檢測，工作量大。應采取先普測、后排查的檢測策略。

參考文獻

[1] 張興萍，徐婷，王鵬飛.帶電檢測技術的重要意義探討[J].科技經濟導刊，2015（15）：81-82.

[2] 國網技術學院.GIS特高頻與超聲波局部放電檢測[M].北京：中國電力出版社，2015.