基于超聲波在帶電檢測技術(shù)中的現(xiàn)場應(yīng)用研究

張德文，胡曉旭

（1.黑龍江省電力科學(xué)研究院，黑龍江 哈爾濱 150030；2.黑龍江省電力公司檢修公司，黑龍江 哈爾濱 150000）

在電力設(shè)備狀態(tài)檢修過程中，帶電檢測技術(shù)已經(jīng)成為電力設(shè)備故障檢測中最有效的手段之一，并為設(shè)備狀態(tài)評價(jià)提供了依據(jù)。其中超聲波檢測技術(shù)則成為判斷變壓器、電抗器、斷路器等設(shè)備運(yùn)行健康狀態(tài)的重要方法。但實(shí)際中，由于現(xiàn)場條件的復(fù)雜性，很難準(zhǔn)確判斷故障的類型和位置。因此需要在狀態(tài)監(jiān)測過程中通過具體分析，對故障進(jìn)行準(zhǔn)確判斷。黑龍江電力科學(xué)研究院近年來采用超聲波檢測技術(shù)進(jìn)行了大量的實(shí)際應(yīng)用研究，本文對兩個(gè)典型案例分析，以總結(jié)現(xiàn)場實(shí)際經(jīng)驗(yàn)及提升檢修技術(shù)水平。

1 超聲波檢測技術(shù)

超聲波帶點(diǎn)檢測技術(shù)是通過檢測和分析電力設(shè)備中超聲波信號的檢測技術(shù)。電力變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，局部的絕緣薄弱點(diǎn)在電場的作用下產(chǎn)生高頻脈沖放電，放電電弧對油介質(zhì)產(chǎn)生瞬態(tài)沖擊產(chǎn)生爆裂狀的超聲波信號。局部放電引起分子間發(fā)生劇烈的撞擊，這種撞擊在宏觀上產(chǎn)生了一種壓力，由于放電是一連串的脈沖形成，由此產(chǎn)生的壓力波也是脈沖形成的，它含有各種頻率分量，也是頻帶很寬的聲波。超聲信號以球面波的方式向四周傳播，通過油介質(zhì)于不同時(shí)間傳到緊貼在變壓器外壁上的聲發(fā)射傳感器。通過超聲傳感器拾取，將聲信號轉(zhuǎn)化為電脈沖信號，高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器將局部放電聲發(fā)射模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，傳送到計(jì)算機(jī)中并利用相關(guān)軟件對數(shù)字信號進(jìn)行分析處理，進(jìn)而判斷故障的位置和類型。

但實(shí)際中，電力設(shè)備處于運(yùn)行狀態(tài)中由于某些現(xiàn)場存在的放電現(xiàn)象（例如導(dǎo)線的光暈）會(huì)產(chǎn)生大量的超聲波信號的干擾。因此排除噪音干擾而準(zhǔn)確確定故障成為了超聲波檢測的主要面臨的問題。

2 超聲波在電力變壓器（電抗器）帶電檢測

某500kV變電站5053電抗器B相，其型號為BKD2-60000/500，額定容量為60000kVar，額定頻率為50Hz，額定電抗為2250Ω，額定電感為200mH，投運(yùn)日期為2009-11-30。現(xiàn)場檢測采用Disp-16通道局放檢測儀，它包括Disp-16通道聲發(fā)射檢測系統(tǒng)、R15I傳感器及30m信號電纜、磁吸、耦合劑、模擬源等部分。

圖1 1、2、4通道測量數(shù)據(jù)

為了有效的屏蔽外部噪聲干擾，經(jīng)現(xiàn)場測試將局部放電測試背景為26dB。檢測過程1、2、4通道測量幅值均為32dB，其他通道均為28dB，1、2、4通道具體檢測結(jié)果如圖1所示。左上方圖為各通道幅值隨時(shí)間變化圖，右上方圖為各通道幅值、能量、持續(xù)時(shí)間三者（TAFI）隨時(shí)間的變化圖，左下方圖為各通道幅值與撞擊數(shù)的極坐標(biāo)圖，右下方圖為各通道幅值、能量、持續(xù)時(shí)間三者（TAFI）與撞擊數(shù)的特征關(guān)系圖。

通過對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析可知，1、2、4通道檢測到的數(shù)據(jù)符合局部放電特征，電抗器內(nèi)部存在局部放電情況，其他通道未檢測到局部放電信號，其中，1通道相對2、4通道檢測信號較弱，2通道檢測到的信號最強(qiáng)，因此，初步判斷信號來源在2通道附近。

3 超聲波在罐式斷路器帶電檢測中的應(yīng)用

某500kV罐式斷路器5052A相，其型號為550PM40/50 KA/4000-50，額定電壓為550kV，額定電流為4000A，短路開斷電流為 50kA，額定頻率為50Hz，額定SF6氣壓為 0.6MPa（20℃）。該次檢測采用聲發(fā)射(AE)傳感器，為壓電晶體結(jié)構(gòu)，型號為PAC D9241型，測量帶寬20~100kHz，最大靈敏度在30kHz左右。相對1V/μbar電場應(yīng)力常數(shù)為-70dB。測量時(shí)，將傳感器貼于罐式斷路器罐體表面，用硅膠進(jìn)行耦合。儀器采用AIA局部放電測試儀，傳感器信號經(jīng)40dB的放大后接入測試儀。檢測前，先確定環(huán)境噪聲，設(shè)置低通和高通濾波器，排除電磁振動(dòng)，機(jī)械振動(dòng)的干擾，經(jīng)內(nèi)部平滑濾波再進(jìn)行放大后換算成電壓信號，同時(shí)信號同步到交流50Hz進(jìn)行相位的分析。

按照測試要求，測量點(diǎn)選擇在斷口及靜觸頭屏蔽罩下方或動(dòng)靜觸頭側(cè)靠近套管的拐彎處，并不少于2個(gè)測點(diǎn)。測試圖譜如圖2、圖3所示。

相對于背景信號圖譜來說，圖2連續(xù)模式測試圖譜中有效值、峰值、1倍工頻信號和2倍工頻信號都明顯增大，且100Hz相關(guān)性明顯，50Hz相關(guān)性較弱；由圖3相位模式測試圖譜中可以看出在一個(gè)周期內(nèi)出現(xiàn)兩簇信號的集中區(qū)域，初步判斷異常信號類型為電位懸浮。

圖2 連續(xù)模式測試圖譜

圖3 相位模式測試圖譜

為了進(jìn)一步確定故障類型根據(jù)變電設(shè)備帶電檢測及狀態(tài)評價(jià)分析工作方案的要求，對超聲波局部放電檢測異常的5052A相開關(guān)進(jìn)行了SF6氣體分解物檢測，通過氣體分解物檢測結(jié)果未見異常。鑒于第五串聯(lián)絡(luò)5052開關(guān)A相異常超聲信號總體峰值水平較小，同時(shí)SF6氣體分解物檢測結(jié)果未見異常，因此一般不會(huì)影響設(shè)備運(yùn)行，建議加強(qiáng)監(jiān)測，跟蹤觀察信號的發(fā)展。

4 結(jié)語

（1）超聲波能夠有效的反應(yīng)變壓器（電抗器）以及罐式斷路器的局部放電情況。

（2）首先需要在檢測間確定背景噪聲情況，在背景噪聲的基礎(chǔ)上開始測量避免受到其他干擾源的影響。

（3）在檢測過程中需要合理設(shè)置各種濾波器類型并設(shè)置好相關(guān)參數(shù)，通過信號處理提取局部放電的各種圖譜，便于故障的診斷。

（4）在檢測過程中對可疑設(shè)備還需要借助其他檢測手段綜合測評，以保證檢測的準(zhǔn)確性。

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