基于超聲波在帶電檢測技術中的現場應用研究

張德文，胡曉旭

（1.黑龍江省電力科學研究院，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）

在電力設備狀態檢修過程中，帶電檢測技術已經成為電力設備故障檢測中最有效的手段之一，并為設備狀態評價提供了依據。其中超聲波檢測技術則成為判斷變壓器、電抗器、斷路器等設備運行健康狀態的重要方法。但實際中，由于現場條件的復雜性，很難準確判斷故障的類型和位置。因此需要在狀態監測過程中通過具體分析，對故障進行準確判斷。黑龍江電力科學研究院近年來采用超聲波檢測技術進行了大量的實際應用研究，本文對兩個典型案例分析，以總結現場實際經驗及提升檢修技術水平。

1 超聲波檢測技術

超聲波帶點檢測技術是通過檢測和分析電力設備中超聲波信號的檢測技術。電力變壓器內部結構中，局部的絕緣薄弱點在電場的作用下產生高頻脈沖放電，放電電弧對油介質產生瞬態沖擊產生爆裂狀的超聲波信號。局部放電引起分子間發生劇烈的撞擊，這種撞擊在宏觀上產生了一種壓力，由于放電是一連串的脈沖形成，由此產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，通過油介質于不同時間傳到緊貼在變壓器外壁上的聲發射傳感器。通過超聲傳感器拾取，將聲信號轉化為電脈沖信號，高速模數轉換器將局部放電聲發射模擬信號轉化為數字信號，傳送到計算機中并利用相關軟件對數字信號進行分析處理，進而判斷故障的位置和類型。

但實際中，電力設備處于運行狀態中由于某些現場存在的放電現象（例如導線的光暈）會產生大量的超聲波信號的干擾。因此排除噪音干擾而準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，投運日期為2009-11-30。現場檢測采用Disp-16通道局放檢測儀，它包括Disp-16通道聲發射檢測系統、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通道測量數據

為了有效的屏蔽外部噪聲干擾，經現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通道具體檢測結果如圖1所示。左上方圖為各通道幅值隨時間變化圖，右上方圖為各通道幅值、能量、持續時間三者（TAFI）隨時間的變化圖，左下方圖為各通道幅值與撞擊數的極坐標圖，右下方圖為各通道幅值、能量、持續時間三者（TAFI）與撞擊數的特征關系圖。

通過對檢測數據進行綜合分析可知，1、2、4通道檢測到的數據符合局部放電特征，電抗器內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，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℃）。該次檢測采用聲發射(AE)傳感器，為壓電晶體結構，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電場應力常數為-70dB。測量時，將傳感器貼于罐式斷路器罐體表面，用硅膠進行耦合。儀器采用AIA局部放電測試儀，傳感器信號經40dB的放大后接入測試儀。檢測前，先確定環境噪聲，設置低通和高通濾波器，排除電磁振動，機械振動的干擾，經內部平滑濾波再進行放大后換算成電壓信號，同時信號同步到交流50Hz進行相位的分析。

按照測試要求，測量點選擇在斷口及靜觸頭屏蔽罩下方或動靜觸頭側靠近套管的拐彎處，并不少于2個測點。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相關性明顯，50Hz相關性較弱；由圖3相位模式測試圖譜中可以看出在一個周期內出現兩簇信號的集中區域，初步判斷異常信號類型為電位懸浮。

圖2 連續模式測試圖譜

圖3 相位模式測試圖譜

為了進一步確定故障類型根據變電設備帶電檢測及狀態評價分析工作方案的要求，對超聲波局部放電檢測異常的5052A相開關進行了SF6氣體分解物檢測，通過氣體分解物檢測結果未見異常。鑒于第五串聯絡5052開關A相異常超聲信號總體峰值水平較小，同時SF6氣體分解物檢測結果未見異常，因此一般不會影響設備運行，建議加強監測，跟蹤觀察信號的發展。

4 結語

（1）超聲波能夠有效的反應變壓器（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置各種濾波器類型并設置好相關參數，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備還需要借助其他檢測手段綜合測評，以保證檢測的準確性。

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