帶電檢測技術(shù)的應(yīng)用實例分析

陳佳勝，馮 城，張 晟，李 義，周佩錦

（貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司畢節(jié)供電局，貴州 畢節(jié) 551700）

0 引 言

隨著電力電網(wǎng)規(guī)模的擴大和電力負(fù)荷的提高，電網(wǎng)中的高壓設(shè)備由于操作、運轉(zhuǎn)、使用頻率、年限以及所處環(huán)境等影響，損壞和故障不斷增加，狀態(tài)檢修性的預(yù)防維護要求不斷提高。狀態(tài)檢修過程中，因停電檢測損耗的物力、人力以及時間成本很大。帶電檢測技術(shù)因不停電、檢測手段方便以及時間耗費少等優(yōu)點得到了電力人員的認(rèn)可，廣泛應(yīng)用于實際。

1 背景及意義

目前，電網(wǎng)公司進(jìn)行帶電檢測技術(shù)方式主要包含紅外成像測溫檢測、紫外成像電暈檢測、暫態(tài)地電壓檢測、超聲波檢測、紅外成像檢漏檢測以及有載調(diào)壓開關(guān)聲學(xué)振動檢測等。它們的工作原理、檢測內(nèi)容對象以及工作波段不同，檢測目標(biāo)也存在差異，且都存在一定的局限性。單獨的一種檢測技術(shù)無法檢測眾多的故障類型，若將多種帶電檢測技術(shù)結(jié)合應(yīng)用，將會大幅增強對設(shè)備缺陷的全面檢測能力，完善電力系統(tǒng)的故障檢測系統(tǒng)[1]。例如，可用紅外成像技術(shù)檢測放電積累或者漏電流引起的溫升，可使用紫外成像放電技術(shù)和局部放電技術(shù)檢測放電。

2 技術(shù)描述

2.1 紅外成像測溫檢測技術(shù)

紅外光是波長在0.75～1 000 μm的電磁波，是人眼不能觀察到并帶有熱能輻射的一種光。任何溫度高于絕對零度（即-273.15 ℃）的物體都會發(fā)出紅外線。紅外光會被大氣中多原子極性分子吸收使輻射能力減弱，但其中存在的3個波段的紅外光穿透力強。根據(jù)波段范圍的不同，可劃分為近紅外（0.75～3 μm）、中紅外（3～5 μm）以及遠(yuǎn)紅外（8～14 μm）。電力行業(yè)中常運用波長為8～14 μm波段的紅外線，原理為物體的紅外輻射經(jīng)過鏡頭聚焦到紅外探測器，探測器產(chǎn)生信號，信號經(jīng)過放大和數(shù)字化傳輸?shù)竭_(dá)成像儀的電子處理部分轉(zhuǎn)換成顯示器上的紅外圖像，從而把不可見的紅外輻射轉(zhuǎn)換成可見的圖像[2]。對于同一物體，它的溫度越高，發(fā)射的紅外線就越強，即紅外光的強烈跟溫度有對應(yīng)關(guān)系。如圖1所示，紅外檢測技術(shù)通過探測紅外線的強弱來判斷設(shè)備的溫度高低，進(jìn)而判斷設(shè)備的熱缺陷。

圖1 紅外成像測溫檢測原理圖

2.2 紫外成像電暈檢測技術(shù)

波長在0.01～0.4 μm的電磁波為紫外光。電力設(shè)備發(fā)生放電時，由于場強不一致，會產(chǎn)生引起電暈、閃絡(luò)以及電弧等現(xiàn)象。電離過程中空氣中的電子不斷得到和失去能量。電子釋放能量時會產(chǎn)生臭氧和微量的硝酸，還會輻射出聲波和紫外線等[3]。空氣的主要成分氮氣電離時產(chǎn)生的紫外光波長大部分處于280～400 nm，小部分波長小于280 nm。處于日盲區(qū)內(nèi)小于280 nm的紫外光，若能探測到，必定是來自地球上的輻射。如圖2所示，紫外成像電暈檢測技術(shù)是利用這一段太陽盲區(qū)，通過安裝特殊的濾鏡，在白天也能觀測電暈放電現(xiàn)象。

圖2 紫外成像電暈檢測原理圖

2.3 TEV暫態(tài)對地電壓檢測技術(shù)

如圖3所示，當(dāng)電力設(shè)備產(chǎn)生局部放電時，放電電荷首先聚攏在相鄰的接地金屬部分形成電磁波并沿各個方向傳導(dǎo)，電磁波通過金屬箱的連接縫隙或氣體絕緣開關(guān)的襯墊傳播出去，同時產(chǎn)生一個暫態(tài)對地電壓，通過設(shè)備的金屬箱體外表面?zhèn)鞯降叵耓4]。所以，可通過在運行中的開關(guān)電力設(shè)備的金屬外箱殼上放置一個電容耦合式傳感器來測試開關(guān)設(shè)備內(nèi)的局部放電情況。

圖3 TEV暫態(tài)對地電壓檢測原理圖

2.4 超聲波檢測技術(shù)

電力設(shè)備發(fā)生放電時，電離過程中空氣中的電子不斷得到和失去能量。當(dāng)電子釋放能量時，會輻射出聲波。聲波的頻譜很寬，可從幾十赫茲到數(shù)兆赫茲，其中高于20 kHz的信號必須用超聲波傳感器才能接收到。利用外差法將被接收的超聲信號轉(zhuǎn)換成人耳可聽見和判別的聲音信號，并將所產(chǎn)生的聲音大小以聲壓（dBμV）的形式顯示出來[4]。如圖4所示，操作者通過分析耳機中傳來的放電聲音及設(shè)備顯示屏上聲壓的大小來判斷設(shè)備是否存在放電現(xiàn)象。

圖4 TEV超聲波檢測原理圖

3 帶電檢測技術(shù)的應(yīng)用及案例分析

帶電檢測技術(shù)因不停電、檢測手段方便以及時間耗費少等優(yōu)點得到了電力人員的廣泛認(rèn)可。采用不停電進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)評估的帶電檢測技術(shù)已廣泛應(yīng)用于實際。為有效了解帶電檢測技術(shù)，幫助現(xiàn)場進(jìn)行故障分析，本文以巡檢中發(fā)現(xiàn)的一個案例為例進(jìn)行分析。案例中，測試采用了多種帶電檢測方式，具體情況如下。

3.1 測試細(xì)節(jié)

2016年4月，巡檢人員對某110 kV變電站35 kV開關(guān)室內(nèi)的開關(guān)柜進(jìn)行巡檢普測。變電站外圍環(huán)境及站內(nèi)35 kV開關(guān)室測試環(huán)境，如圖5所示。測試人員巡檢途中發(fā)現(xiàn)開關(guān)柜存在異常缺陷現(xiàn)象。為了準(zhǔn)確定位缺陷點的位置，現(xiàn)場測試人員采用紅外成像測溫檢測、紫外成像電暈檢測、TEV暫態(tài)對地電壓檢測以及超聲波檢測等多種技術(shù)進(jìn)行綜合判斷。

圖5 變電站現(xiàn)場情況

3.2 TEV暫態(tài)對地電壓測試情況

測試人員使用局放測試儀對開關(guān)室內(nèi)的開關(guān)柜進(jìn)行巡檢普測，在35 kV 382柜體和35 kV聯(lián)絡(luò)柜384發(fā)現(xiàn)信號幅值從382柜向384柜方向呈衰減分布，且越遠(yuǎn)離382柜，TEV幅值衰減越多。其中，35 kV 382柜體和35 kV聯(lián)絡(luò)柜384的TEV測試情況如表1所示。

表1 TEV檢測情況

使用局部放電定位儀的TEV脈沖模式采用外電源同步進(jìn)行測試，得到的相位分布圖如圖6所示。可以看出，脈沖呈2個云團分布，相位間隔約180°，其中180°～270°云團分布的脈沖點較密，為典型的放電信號特征圖譜。為了定位出現(xiàn)的異常TEV信號源，采用TEV時差定位，現(xiàn)場定位照片如圖7所示。

圖6 TEV信號脈沖相位分布圖

3.3 超聲波測試情況

測試人員采用超聲波進(jìn)行測試，現(xiàn)場測試情況如表2所示。

在此基礎(chǔ)上，同時進(jìn)行超聲波和TEV檢測，發(fā)現(xiàn)35 kV 382柜后側(cè)上方套管A相的超聲波信號和TEV信號的變化規(guī)律一致。TEV幅值降低時超聲波檢測無放電聲音，TEV幅值變大時超聲波檢測有放電聲音，而35 kV聯(lián)絡(luò)柜384后側(cè)上方套管A相的超聲波信號為持續(xù)性的，且聲音強度較大。

3.4 紫外成像電暈測試情況

光學(xué)類成像檢測技術(shù)具有遠(yuǎn)距離檢測和響應(yīng)速度快等優(yōu)點，其中最大的優(yōu)點在于直觀性，可在無停電和不改變系統(tǒng)的運行狀態(tài)下，直接通過顯示屏顯示出被檢測設(shè)備在運行狀態(tài)下的真實信息和測試結(jié)果。為了進(jìn)一步驗證TEV暫態(tài)對地電壓和超聲波的測試情況，繼續(xù)采用紫外成像電暈檢測技術(shù)進(jìn)行測試。將便攜式日盲型紫外成像儀增益調(diào)整為100%，鏡頭對準(zhǔn)A相穿墻套管，得到的紫外圖像如圖8所示。

圖7 TEV信號現(xiàn)場定位照片

表2 超聲波檢測情況

從紫外成像圖可看出，圖像上存在異常紅色斑點，為紫外電暈放電點。因此，A相穿墻套管存在電暈放電情況，電暈放電形態(tài)呈連續(xù)性。通過肉眼觀察可看到，套管連接處存在微小裂痕，可能是較大間隙導(dǎo)致放電現(xiàn)象。

圖8 紫外成像檢測情況

3.5 紅外成像測溫測試情況

電暈放電存在能量的積累，可能進(jìn)一步導(dǎo)致設(shè)備溫升。為了進(jìn)一步探尋是否存在溫度異常情況，采用焦平面微量熱型探測器和像素640×480的紅外成像儀進(jìn)行測試，測試的A相套管的紅外熱如圖9所示。

圖9 A相套管的紅外檢測情況

從紅外熱圖圖9可看出，該圖像上存在異常發(fā)亮部位，熱點明顯。為更明顯對照異常發(fā)熱情況，將A相、B相、C相拍攝在一起，有利于分析。圖10為A、B、C相套管的紅外檢測情況。

圖10 A相、B相、C相套管的紅外檢測情況

通過紅外分析軟件對熱圖分析得到數(shù)據(jù)，異常A相最高溫度43.9 ℃，正常B相最高溫度27.4 ℃。當(dāng)時的環(huán)境溫度為25 ℃，通過計算可得溫差16.5 ℃，相對溫差為87.3%。根據(jù)導(dǎo)則“DL/T 664 帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)范”中相對溫差大于35%，但熱點溫度未達(dá)到嚴(yán)重缺陷溫度值，初步判斷屬于紅外一般缺陷。

3.6 案例小結(jié)

在此檢測中，多種檢測方式均有效檢測到了異常信號。

（1）TEV暫態(tài)對地電壓測試中出現(xiàn)TEV異常，TEV幅值從384柜向382柜方向呈衰減分布規(guī)律，幅值最大為384柜后上的39 dB。從TEV信號脈沖相位分布圖可以看出，它為局部放電信號，同時TEV時差法初步定位局部放電點位于35 kV 384柜后側(cè)上方母線及穿墻套管處。

（2）超聲波檢測中發(fā)現(xiàn)在35 kV 382柜后側(cè)上方的A相穿墻套管接頭處可以聽到間歇性放電聲音，在35 kV聯(lián)絡(luò)柜384后側(cè)上方的A相穿墻套管接頭處可以聽到持續(xù)性放電聲音。

（3）紫外成像電暈測試中發(fā)現(xiàn)在與35 kV聯(lián)絡(luò)柜384 的A相穿墻套管存在電暈放電現(xiàn)象。

（4）紅外成像測溫檢測發(fā)現(xiàn)35 kV聯(lián)絡(luò)柜384間隔A相穿墻套管最高溫度43.9 ℃，相比其他兩相整體發(fā)亮和發(fā)熱，溫差16.5 ℃，相對溫差為87.3%。

綜上，初步判斷35 kV 384后側(cè)上方的A相穿墻套管接頭處存在放電現(xiàn)象。

4 結(jié) 論

以上通過紅外成像測溫、紫外成像電暈檢測、TEV暫態(tài)對地電壓檢測以及超聲波檢測多種檢測方式檢測轄區(qū)內(nèi)變電站內(nèi)設(shè)備，從現(xiàn)場測試結(jié)果來看，多種檢測方式為設(shè)備進(jìn)行檢修提供了有力支撐和依據(jù)，對狀態(tài)檢修具有重要意義。多種檢測方式的結(jié)合應(yīng)用，有利于增強電力設(shè)備故障點的全面檢測能力和完善電力系統(tǒng)的故障檢測系統(tǒng)。