變電站一次設備帶電測試技術及常用方法

王梁偉，張青云，向 曉，劉紅云，陳 磊

（國網湖北省電力有限公司 荊門供電公司，湖北 荊門 448000）

0 引 言

我國的各大變電所每年都要進行一次常規性的檢查，以保障電網安全穩定運行，同時也為了確保設備正常使用。目前，帶電檢測技術逐步成熟，已經可以應用到電網很多方面的檢測。帶電檢測方法包括超聲波測試、紫外成像測試及紅外成像測試等。帶電測試技術的設備維護成本低、經濟效益高，能夠更好地滿足社會對供電的要求。帶電檢測技術在電力系統內廣泛應用，發現了大量的設備缺陷并及時地消除了安全隱患，在維護和檢測一些大型電網設備的同時有效保障一次設備的穩定運行，已成為電網重要的維護技術之一。

1 變電站一次設備簡介

1.1 電流、電壓互感器

在實際運行過程中，變電站一次設備往往會流過較大的電流，甚至可以達到幾十千安，并且目前國內的電壓等級已經可以達到1 000 kV。實際運行中，使用電流互感器或者電壓互感器來將一次電流、電壓轉化為固定變比的二次電流或者電壓值，以提供給變電站內的計量裝置、測控裝置以及按照標準化配置的保護裝置[1]。目前，大部分變電站都會將二次電壓值設置為100 V，將二次電流值設置為1 A或者5 A，一般情況下會根據設計院的圖紙來選擇配套繞組。

1.2 高低壓開關設備

變電站中最多的一次設備就是各種類型的開關或者刀閘設備。在實際運用中，斷路器和隔離開關起著不同的作用，并且二者之間通過相互配合來完成運行方式的各種變換。隔離開關的主要作用是隔斷電流，并且有明顯斷開點，可以充分保障設備檢修時的人身安全和設備安全。其中地刀起著連通大地，平衡電位的作用。相較于隔離開關，斷路器最大的特點就是具有滅弧功能。在實際運用中，主要使用斷路器來開斷正常運行情況下的電流。

1.3 變壓器

變壓器屬于整個變電站最核心的一次設備。變壓器具有改變交流電為直流電的功能，而成為變電站非常重要的一次設備。智能變壓器需要網絡的連接才能夠實現其控制，還可以利用網絡與其他設備進行數據交換。這種新型的智能變壓器主要應用于電壓等級較低的變電站內，其結構包含各種各樣的電流以及電壓傳感器，并且在其中以模塊化的方式并入了智能化單元管理執行機制，以完成對于運行狀況的全時監控；可通過改變變壓器的運行模式，以保障設備的可靠運行、穩定運行以及安全運行[2]。在變壓器出廠前，各大廠商普遍會根據現場要求設定特征信息以及配套的結構信息參數，且錄入其智能控制模塊內。這能最大程度上避免由于人為因素而造成的干擾。

2 帶電測試技術的基本原理與常用方法

2.1 帶電測試技術概述

在實際運行的變電站內，停電窗口期并不容易申請，受到多方面條件的制約，因此帶電檢測技術具有非常實際的應用意義。依據《輸變電設備狀態檢修試驗規程》，可以按照如下方式定義帶電測試技術：即是采用便攜式測試設備，在被檢測設備保持運行的狀態下，檢測現場測試設備的狀態量。整個過程會在帶電前提下的短時間內測試完成，并迅速做出判斷，有別于長期連續的在線監測。本文就4種常見的帶電測試技術進行簡要介紹。

2.2 紅外測溫技術原理和常用測試方法

目前，紅外熱成像技術屬于應用層面比較廣泛的設備檢測技術。該技術的原理是通過檢測設備的溫度分布來判斷故障隱患。這項技術有很大的優勢，不用直接接觸設備也不用停電可以直接檢測出設備出現問題的部位。通過分析紅外熱成像圖的數據，就可以判斷一個設備是否良好。這種技術對于檢測設備的安全隱患問題很有意義，并且檢測效率極高。

據相關研究表明，正常運行或者故障狀態下的設備都會輻射出與設備溫度具備一定函數關系的熱量，輻射出的能量在檢測儀器濾光片的作用下聚集到探測器上，然后被轉換成電信號，再經過相關處理后，儀器上就顯示出溫度值。紅外熱成像原理結構如圖1所示。

圖1 紅外熱成像原理圖

通過大量電網一次設備檢測表明，紅外熱成像技術最主要適用于檢測由于過電壓導致設備出現的發熱問題，或者設備出現異常時電流過大導致的發熱問題。然后將紅外圖譜信息進行保存，存入圖譜庫中，以便日后查閱檢測。

2.3 超聲波局部放電測試技術原理和常用測試方法

超聲波局部放電檢測技術的使用也較為常見，其原理具體如下。設備局部放電，分子間相互碰撞就會產生一種機械聲波。聲波在經歷不同的介質中會形成不同的衰減趨勢，然后通過一定的時間到達超聲波傳感器中，這個時間很短幾乎是瞬時的，因此超生波局部放電檢測技術對設備故障的檢測用時很短。超聲波局部放電檢測技術的測試過程僅僅只需要通過放置聲感傳感器以及電流傳感器來完成，并且通過儀器的分析就能完成對于放電位置較為精準的判斷與定位。

當然，超聲波局部放電檢測技術信號范圍受限，只限于20～200 kHz的聲波信號，超出這個范圍的就無法檢測到。

2.4 高頻、特高頻局部放電測試技術原理和常用測試方法

采用聲波信號的頻率檢測技術，還有高頻局部放電檢測技術。這種技術相對于超聲波技術，其檢測頻率較高，而且這種技術是我國變電站對一次設備最常用的檢測方法之一。利用這種技術可以檢測變壓器、電抗器、電容器、組合電器、高抗以及最基本的電力電纜等設備，并對這些類型的電力設備是否存在局部放電做出一個較為準確可靠的判斷。傳感器可以將高頻脈沖電流信號進行耦合，這種電流信號也可以用探針耦合。高頻局部放電測試原理如圖2所示。

圖2 高頻局部放電測試原理圖

高頻局部放電測試是非嵌入式測試，分為3個測試步驟。（1）將各種特殊的線進行連接，然后再安裝高頻放電傳感器；（2）進行測試，通過儀器形成對應的圖譜，再對圖譜進行分析，測試出異常的電信號；（3）確定出異常的電信號，然后對設備進行定位診斷。

2.5 紫外成像測試技術原理和常用測試方法

紫外線成像技術也是常見的測試方法，通過對一次電力設備的檢測可以確保電網正常的運行。電力設備通常處于室外環境，會有一些比較粗糙的污染物附著，隨后就會出現放電現象，紫外線成像技術就適用于這種檢測情況。紫外線成像技術最早研發于1981年，經過長時間的沉淀發展，才被廣泛應用。目前，我國大部分電力公司已經配備了這種儀器，對于一次電力設備的檢測起到了積極作用。

紫外線成像技術對于放電的波長有一定的要求，一般處于240～280 nm，電暈放電的波長通常處于230～405 nm。如果放電波長較窄，其在儀器上呈現的圖像就很不清晰，將會影響故障的診斷。此外，紫外線成像測試裝置可配備一種特殊的相機，將紫外線經過特殊的處理與可見光影像進行疊加，最終在儀器的終端設備上展示出能夠清晰可見的圖像[3-5]。

常用的紫外成像測試設備包括紫外電子光學探傷儀、紫外電暈測試儀以及紫外線探照燈等設備。在實際的變電站一次設備測試中，紫外成像測試儀往往是應用最多也是最常規的紫外線測試設備。

2.6 帶電測試技術對比分析

表1中，這4種方法各有優缺點。在現場生產中，每一種測試方法都不是相互獨立，往往需要使用兩種測試方法進行綜合性的對比才能確認設備產生缺陷的具體原因。因此，檢測人員可根據現場需求使用合適的方法來獲得最好的檢測效果。

3 結 論

目前，隨著電網結構的日益堅強，越來越多變電站投入運行，給運維人員的工作帶來了一定的困難和挑戰。本文針對一次設備進行了簡要的介紹，較為系統闡述了目前比較主流的幾類帶電檢測方法，并就各種方法之間的優劣性進行了比較，對運維人員開展工作和成長自身技能有指導作用。

表1 帶電測試技術對比