配電網架空線路帶電檢測技術應用探討

鐘偉，朱澤廳

（國網浙江省電力公司金華供電公司，浙江金華321000）

配電網架空線路帶電檢測技術應用探討

鐘偉，朱澤廳

（國網浙江省電力公司金華供電公司，浙江金華321000）

概述了紅外成像與超聲波局部放電檢測技術的原理以及在配電網架空線路狀態檢測中的適用范圍，指出2種帶電檢測技術在配電網架空線路上綜合應用的可行性，根據實際工作經驗，對檢測設備選擇提出了建議，通過現場實際案例說明綜合檢測能有效發現線路的隱患。

配電網；紅外成像；超聲波；帶電檢測

0 引言

配電網設備量大、線路結構復雜、故障率高，在全面實施狀態檢修的大環境下，針對各類設備應用了各種帶電檢測技術和手段[1]，電力設備檢修也由停電檢修逐漸向狀態檢修轉變。

通過對運行中的10 kV配電網架空線路進行大量的普測工作，發現并處理了多處設備缺陷，證明紅外成像與超聲波局部放電是一種互補性而非沖突性技術。電氣設備發生局部放電時，由于空氣局部高強度電場而產生電離。該過程通常由電壓引起，所產生微小的熱量，通常紅外檢測不能發現。而使用紅外檢測可發現高電阻處產生的熱點，未必存在放電。因此，對配電網架空線路采用紅外成像與超聲波局部放電技術相結合的檢測方式，可以達到更加全面的檢測效果。

1 架空線路狀態檢測技術

1.1 紅外成像技術

紅外成像是目前電力行業普遍使用的設備狀態檢測技術。物體表面溫度如果超過絕對零度即會輻射出電磁波，隨著溫度變化，電磁波的輻射強度與波長分布特性也隨之改變，波長介于0.75～1 μm的電磁波稱為紅外線。

紅外熱成像運用光電技術檢測物體熱輻射的紅外線特定波段信號，將該信號轉換成可供人類視覺分辨的圖像，并可以進一步計算出溫度值。對于所有裸露的設備，紅外熱成像技術都能夠檢測出設備的熱隱患。紅外成像技術對于檢測架空線路通流時的高電阻缺陷、連接不良、設備老化等情況有較大的作用。但是由于溫升有時間累積效應，在絕緣局部破壞產生放電的初期，難以通過紅外成像發現設備缺陷[2]。

1.2 超聲波局部放電檢測技術

局部放電是指絕緣結構中由于電場分布不均勻、局部電場過高而導致的絕緣介質局部范圍內的放電或擊穿。局部放電會使介質局部溫度上升，氧化加速，使介質的電氣和機械性能下降；帶電粒子撞擊介質，會破壞介質分子結構；放電作用下產生的活性氣體與介質發生化學反應，會降低介質的絕緣性能[3]。但局部放電只對放電區域內的絕緣結構帶來破壞，主絕緣并未發生貫穿性擊穿。局部放電對絕緣設備的破壞是一種緩慢發展的過程，對高壓電氣設備來說是一種隱患。如果局部放電長期存在，在一定條件下，可導致主絕緣的介電強度下降和損壞。

局部放電的特性一般跟電氣設備的絕緣缺陷密切相關，即根據局部放電特性可以確定電氣設備的絕緣水平。局部放電的電量大小反映了設備絕緣缺陷的狀況；局部放電的功率反映了設備絕緣老化過程中能量變換的強弱；放電次數和放電間隔反映了絕緣變化的速度和程度。因此，檢測電氣設備局部放電的各種特性就可以知道設備的絕緣狀況[4]。

超聲波局部放電檢測儀根據其結構和功能，可以分為超聲波傳感器和檢測主機兩部分，如圖1所示。

圖1 超聲波局部放電檢測儀組成

設備發熱與局部放電是配電網架空線路常見的兩種缺陷，由于其產生機理不同，需采用不同的方式加以檢測。金華供電公司將專用的局部放電探測設備和紅外成像設備結合使用，達到了更加全面的檢測效果。

2 檢測案例分析

金華供電公司對24條10 kV架空線路共計1 720個點進行普測，通過與傳感器中心基準頻率40 kHz對比，發現過熱缺陷36處、疑似局部放電缺陷13處，其中5處同時存在過熱及疑似放電缺陷。通過對其中12處進行檢修，均發現了不同類型、不同程度的缺陷。

2.1 案例1

對10 kV潘宅864線11號桿柱上設備進行紅外成像檢測，檢測溫度在正常范圍內，如圖2所示。

圖2 10kV潘宅864線11號紅外圖像

同時采用超聲波局部放電儀檢測該柱上設備（檢測結果見表1），同時可以聽到明顯的放電聲，利用超聲波的定位功能初步判斷放電點位于桿塔上安裝的TV，由內置的分析軟件計算得到其劣化程度達到105，存在嚴重缺陷。

表1 超聲波檢測結果

通過帶電作業對TV進行檢查，發現TV已擊穿、燒毀，如圖3所示。

圖3 燒毀的TV

2.2 案例2

對10 kV后地292線15號桿柱上設備進行紅外成像檢測，如圖4所示。發現C相線夾溫度高達146.8℃，存在嚴重缺陷。

圖4 10kV后地292線15號桿紅外圖像

同時對該柱上設備采用超聲波局部放電儀檢測，結果見表2。可以聽到微弱的放電聲，通過儀器內置的分析軟件進行分析，其劣化程度為2，為一般缺陷。

表2 超聲波檢測結果

對該線夾進行檢修，拆開后發現導線接頭存在散股，表面已氧化發黑，如圖5所示。

圖5 拆除的導線接頭

3 線路帶電檢測技術設備選擇

3.1 紅外成像設備的選擇

運行人員使用Sonel KT－640、Fluke Ti20紅外成像儀在同一時間相同角度對案例2中的目標進行檢測，結果見表3。

表3 測試結果對比℃

在同一時間相同角度對同一目標進行測量，兩者檢測溫度相差53.3℃，由此可見，并非所有的紅外成像設備都適用于配電網架空線路的檢測。

紅外測溫的準確性主要與大氣環境、拍攝背景、設備表面輻射率、測量距離、拍攝角度等因素有關。在實際應用過程中，一般選擇夜間、空氣濕度低于80%的環境進行檢測，可將環境因素的影響降至最低。除此之外，必須確保紅外成像儀器具備一定的有效測溫距離。

紅外成像設備的有效測溫距離主要由空間分辨率、像間距、焦距決定，測溫距離計算公式如下：

式中：R為被檢測物體的直徑；I為像間距，由儀器分辨率決定，分辨率160×120的像間距為51 μm，分辨率320×240的像間距為25.4 μm，以此類推，分辨率越高，像間距越小；F為鏡頭焦距；N為精確測溫需要的像素點。

一般來說紅外熱像儀能夠準確測量目標溫度需要9個像素點，配電網架空線路需檢測的較小目標，以50 mm的設備線夾為例，常見的幾種規格的紅外成像儀的有效測溫距離見表4。

表4 紅外成像有效測溫距離測算表

考慮不同地形和桿塔型號，配電網架空線路檢測距離一般在7～20 m，綜合考慮設備成本及使用效果，推薦使用320×240及以上分辨率并搭配54 mm長焦鏡頭的紅外成像儀器。

3.2 超聲波局部放電檢測儀的選擇

超聲波局部放電的帶電檢測有接觸式與非接觸式2種方法，但接觸式的超聲波局部放電檢測技術并不適用于配電網架空線路帶電檢測環境；非接觸式空氣傳導接收型超聲波傳感器，是利用超聲波信號在空氣中以直線傳播的特點，通過高精度超聲波傳感器來采集局部放電所產生的超聲波信號。

聲電傳感器是非接觸式空氣傳導接收型超聲波局部放電檢測儀的核心部件，工作頻帶和靈敏度是2個最為重要的指標。若傳感器的工作頻帶過窄，則脈沖響應時間過長，容易造成信號混疊。而寬頻傳感器要求傳感器尺寸必須小于聲波波長，然而減小傳感器體積將導致接收面積減小，進而降低測試靈敏度。因此信號接收器的幾何形狀設計，要考慮接收的面積和對信號源的指向性。

考慮以上因素并結合配電網架空線路的特點，推薦使用具備以下特點的超聲波局部放電檢測儀：

（1）接收器開口以15°～30°為宜，峰值靈敏度不小于60 dB，均值靈敏度不小于40 dB，具有方向性和指向性，可對線路故障準確定位。

（2）檢測頻帶固定，架空線路設備的超聲波檢測頻帶為20～60 kHz范圍內，抗干擾能力強。

（3）設備數據采集、放大器、濾波電路等部件高度集成，重量輕、攜帶方便，可單兵使用。

（4）測試數據可存儲于本機并導出，并可對測試數據進行查看和管理。

（5）搭載專業分析軟件，具有圖譜顯示功能，可將超聲信號可轉換為可聽頻譜或直觀波形，并判斷缺陷等級，為檢修提供依據。

金華供電公司使用的WUD－011配電線路巡檢儀，具備以上特點，該儀器可通過內置軟件將采集的超聲波信號轉化為設備劣化程度顯示。在廣泛應用的基礎上，將所檢測的異常現象劃分為3個等級：

一般缺陷：劣化程度在0～10，被檢測設備可繼續運行。

嚴重缺陷：劣化程度在11～30，被檢測設備需要加強監控，1個月內還需要進行檢測，看缺陷程度是否有發展的趨勢。若有，則需要進行檢修或更換。

危急缺陷：劣化程度在31以上，被檢測設備需要立即安排檢修或更換。

劣化程度對應的缺陷等級可根據各地區實際情況調整。

3.3 架空線路檢測技術運用建議

配電網架空線路產生過熱的部位主要為導體與斷路器、閘刀的連接處，導線耐張、分支連接處，以上部位采用紅外成像檢測效果較為明顯。

配電網架空線路產生局部放電的部位主要為支撐絕緣體、導線接頭、開關刀閘、TV、電纜接頭等，以上部位采用超聲波局部放電檢測效果較為明顯。

建議在架空線路上同時開展紅外成像及超聲波局部放電檢測，在檢測過程中相互補充，使檢測結果更加全面。

4 結語

紅外成像與超聲波局部放電檢測相結合的檢測方式，能有效發現架空線路的缺陷和隱患，具有實用性強、定位準確、安全可靠、操作簡單、成本低的特點，具備推廣應用的價值。

[1]齊飛，毛文奇，何智強，等.帶電檢測技術在電網設備中的應用分析[J].湖南電力，2012，32（1）∶27－29.

[2]傅曉飛.紅外熱像檢測技術在配電網中的應用[J].上海電力，2011，24（4）∶332－334.

[3]張宇鵬.電氣設備局部放電的超聲波檢測方法研究[D].重慶：重慶大學，2009.

[4]黃繼，葉伯穎.提高電力設備現場紅外檢測準確性的方法[J].電氣應用，2007（10）∶11－13.

[5]董偉，汪岳峰.熱像儀最大探測距離和最大識別距離的方程求解[J].紅外技術，1999，21（6）∶41－42.

[6]張宇鵬，楊永明，楊承河，等.電氣設備局部放電的超聲波檢測方法[J].壓電與聲光，2010，32（3）∶414－416.

[7]彭江，程序，劉明，等.電網設備帶電檢測技術[M].北京：中國電力出版社，2015.

（本文編輯：楊勇）

Discussion on Application of Live Detection Technology in Overhead Lines of Distribution Networks

ZHONG Wei，ZHU Zheting
（State Grid Jinhua Power Supply Company，Jinhua Zhejiang 321000，China）

This paper describes the principles of Infrared imaging and ultrasonic wave based partial discharge detection technology as well as their application ranges in overhead line condition monitoring of distribution networks；furthermore，it indicates feasibility of the integrated application of the two live detection methods in overhead lines of distribution networks.The paper brings forward suggestions on selection of detection equipment in accordance with practical work experience and indicates through practical field cases that potential hazards of lines can be unveiled by the integrated detection

distribution network；infrared imaging；ultrasonic wave；live detection

TM755

：B

：1007－1881（2016）04－0018－04

2015-12-15

鐘偉（1971），男，高級工程師，從事配電網運行維護管理工作。