局部放電超聲波在線檢測技術的應用

摘要：根據變電站運行設備在運行過程中會出現不同熱效應的現象，運維人員在定期的巡視設備過程中，可通過超聲波對設備帶電的檢測，以提高對設備健康狀態的監控，實現設備的在線監測，提高診斷設備缺陷的技術水平，降低設備停電的次數和時間，確保設備的安全、高效運行。

關鍵詞：超聲波技術；變電站；設備巡視；局部放電；在線檢測技術 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM595 文章編號：1009-2374（2016）17-0122-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.17.059

變電站運維人員每月最主要的工作就是定期設備巡視，檢查設備的運行狀況，及時進行故障判別，保障設備安全、穩定運行，通常采用目測、手摸、耳聽的方法來進行設備運行情況判別，而目測是最直接最便捷的方法，但目測的方法有著很大的局限性，很難準確發現運行設備存在的發展性缺陷，尤其是那些在運行中極易發熱的設備缺陷，只有當設備發熱到一定程度時（此時運行設備已有不同程度的損壞）才能夠發現，使得設備缺陷未能在萌芽狀態被發現而延誤了處理；還有就是隨著系統容量的增大、電網負荷的增加和設備的逐步老化，致使運行設備異常發熱的缺陷不斷增多，如用示溫臘片進行設備的發熱缺陷檢測，有時卻無法發現業已存在的故障，會誤判為設備出線接頭發熱導致的，而延誤了那些開關本體內故障的及時處理。因此，利用超聲波檢測技術進行設備巡視，既能解決目測方法的局限性，又能大大提高運維人員判別設備缺陷的能力，特別是對迎峰度夏和重大節假日期間設備的安全、穩定運行起到舉足輕重的作用。下面就結合目前運維站利用超聲波帶電檢測技術在提高運維人員設備巡視效果的應用上做一些介紹。

1 超聲波檢測的原理

超聲波檢測法的原理是電力設備內部產生局部放電信號的時候，會產生沖擊的振動及聲音，通過在設備腔體外壁上安裝超聲波傳感器來測量局部放電信號，從而判斷內部是否存在局部放電信號。由于聲波的傳播不受金屬屏蔽的影響，所以檢測到的數值比較大。

局部放電暫態地電壓檢測法的原理是當高壓電氣設備發生局部放電時，放電電量先聚集在與放電點相鄰的接地金屬部分，形成電流脈沖并向各個方向傳播。當內部放電時，放電電量聚集在接地屏蔽的內表面，因此外部檢測在屏蔽層處連續狀態時是無法檢測到放電信號的。往往屏蔽層在絕緣部位、墊圈連接處、電纜絕緣終端等部位出現破損的情況下才會出現不連續的狀態，此時高頻信號便會傳輸到設備外層，放電產生的電磁波將會通過設備金屬箱體的接縫或氣體絕緣開關襯墊傳播出去，而產生暫態對地電壓，再通過設備的金屬箱體外表面傳到地下去。利用檢測傳到設備外殼上的脈沖信號來判斷設備內部是否存在局部放電，但由于開關柜整體屏蔽效果比較好，所以檢測到的信號比較微弱。

2 檢測分析方法

2.1 帶電檢測

2013年4月12日，阿勒泰供電公司運維人員在對110kV鹽堿變電站10kV開關柜進行帶電檢測例行試驗時，發現用Ultraprobe 9000超聲波局放檢測儀檢測出10kV選礦二線1017斷路器開關柜后上柜存在異常超聲波信號，測試結果如表1所示：

從以上測試數據可以看出，1017斷路器后上柜存在較大幅值的異常超聲波信號，其他開關柜的超聲檢測信號均在合格范圍內。隨即用Ultra TEV plus+進行檢測，檢測數據如表2所示。

從表2中可以看出，1017開關柜后上柜與金屬的相對差值為6dB，不是很大，在合格范圍內。

局部放電暫態地電壓檢測法是一種最新型的開關局部放電檢測方法，實際工作中該方法靈敏度高、操作方便，從而在開關柜的絕緣狀態檢測中得到廣泛應用。當開關柜內部元件對地絕緣出現局部放電時，將會有少許放電能量以電磁波的形式轉移到柜體的金屬鎧裝上，此時便會產生持續大約幾十納秒的暫態脈沖電壓，在柜體表面通過傳輸線進行傳播，當容性傳感器探頭檢測到柜體表面的暫態脈沖電壓時，便可發現和判定開關柜內部的局部放電缺陷。

超聲波檢測法是通過超聲波傳感器來檢測設備放電時產生的超聲波信號，超聲波頻帶在20kHz以上時，就會不受外部噪聲的干擾。實際上，用超聲波檢測時，探頭是置于設備外部的，此時放電信號在絕緣介質的作用下衰減嚴重，也失去了應有的靈敏度，如進行定量分析將會存在較大的困難，但應用于局部放電初測及比較嚴重的空氣中的放電效果較為明顯。而超聲波檢測方法的優勢在于能檢測到地電壓甚至超高頻等手段無法發現的缺陷，特別是對某一發展階段反應為振動信號的缺陷。

加之上述超聲波檢測又是在開關柜中上部母排的位置，通過局部放電暫態地電壓檢測法原理和超聲波檢測法原理，判斷可能存在母排螺絲松動而引起的局部放電缺陷。

2.2 復測

2013年5月13日，我們又對110kV鹽堿變電站1017斷路器開關柜進行了復測，復測結果見表3和表4。

從表中可以看出，超聲波異常信號仍然存在，從而更加確定存在局部放電現象。

2.3 隱患排查

2.3.1 根據兩次檢測結果判斷1017開關柜內部可能存在局部放電現象，立即將1017開關柜列入月度檢修計劃進行停電消缺。在公司統一部署、安排下，于2013年8月14日對110kV鹽堿變電站10kV母線停電，將1017開關柜后柜門打開進行仔細檢查，發現B相母排有輕微的晃動，并且B相母排與支持絕緣子連接處存在明顯放電痕跡（如圖1）。

因此初步判定放電原因為固定鋁排螺絲松動引起的懸浮放電（如圖2）。

隨后，檢修人員對B相母排氧化的部分進行打磨處理，對氧化的螺絲進行更換并緊固（如圖3），重新恢復送電。

2.3.2 處理后恢復送電，對1017開關柜進行了重新測試，測試結果如表5和表6。

從以上數據可以看出，在經過處理后，超聲波異常信號消失，TEV檢測信號也較之前降低了很多，說明之前通過超聲波檢測的分析和判斷是準確的。即B相母線排固定螺絲松動，造成螺絲對母排懸浮放電。

3 注意事項

第一，事實上，10kV開關柜內部不同的缺陷會形成不同的局部放電現象，對于內部放電和表面放電而言，目前主要采用的非介入方式。帶電檢測的方法主要有超聲波檢測和暫態地電壓（TEV）兩種檢測方式，在一些設備發生放電的情況下，我們可以同時偵測到超聲波信號和TEV信號，但針對另一些放電情況，因內部放電振動幅值非常小，通常只能檢測到兩種信號中的一種，因此實際操作中，應該以超聲波、暫態地電壓檢測方式相互補充，才能夠有效地檢測到全部的局部放電現象。

第二，測試過程中需要注意排除噪聲干擾，手機等電子設備要遠離儀器和被檢測設備。檢測之前，應加強背景檢測，背景測量位置應盡量選擇被測設備附近金屬構架。檢測過程中，一定要避免敲打被測設備，以防止外界振動信號對檢測結果造成影響。

第三，超聲波測試容易受到現場周圍環境的影響，特別是當設備本身產生不同程度的機械振動時，超聲檢測便會產生非常大的誤差，加之超聲傳感器的檢測有效范圍較小、靈敏度低，不大適用于大型的電氣設備。

第四，近年來超聲波檢測法的靈敏度有較大的提高，但其在電氣設備內部的傳播效應性較為復雜，特別容易在一些情況下出現超聲定位失敗現象，目前無法利用超聲波信號對局部放電進行模式識別和定量判斷，主要作為一種輔助測量方法加以應用。

4 結語

超聲波法非常適用于局部放電故障診斷，它能使局部放電檢測技術向多元化方向發展。超聲測試與局部放電相結合的測量方法能準確判斷并找出設備內部的局部放電故障點，具有操作方便、故障定位精準、讀取數據直觀等優點。實踐證明，采用多種相互補充的測試方法，能迅速、有效地檢測到設備局部放電缺陷，該有效實用的檢測技術對提高電網供電可靠率具有重要意義。

參考文獻

[1] 王培義，朱伯濤.開關柜局部放電超聲波在線檢測技術的應用[J].河北電力技術，2010，（6）.

[2] 徐文，張守中，王勇.超聲帶電局部放電檢測技術現場應用[J].山東電力技術，2008，（4）.

作者簡介：陳江海（1971-），男，山東昌邑人，國網新疆電力公司阿勒泰供電公司助理工程師，研究方向：變電運行。

（責任編輯：秦遜玉）