基于多種檢測方法的設備狀態綜合帶電檢測研究

于輝 周明振 葉飛

【摘要】 電力設備局部放電作為危及設備健康與壽命的一大因素越來越得到人們的重視，并得到了廣泛的研究。本文總結了當前主要的幾種局部放電檢測技術原理、系統設計，分別是特高頻局部放電檢測、暫態地電波檢測技術與超聲波檢測技術，并重點介紹了不同方法下傳感器的特性與使用方法。最后對各種檢測技術的適用條件進行了總結。

【關鍵詞】 局部放電 傳感器 特高頻檢測法 超聲波檢測法 暫態地電波檢測法

一、背景與意義

高壓電氣設備在運行中由于絕緣劣化會發生局部放電現象，這種放電不斷蔓延和發展，會引起絕緣的損傷，如果任其發展則會導致絕緣喪失介電性能而造成事故。通過檢測事故潛伏期電氣設備的局部放電特性，對放電點進行準確定位，及時對其進行處理，可以有效地預防高壓電氣設備故障，防患于未然。

目前局部放電的檢測方法主要有超高頻法（UHF）、超聲波法（AE）以及暫態地電波法（TEV）等等。上述局部放電檢測方法在GIS、變壓器、開關柜、電纜以及絕緣子的局部放電檢測中得到了廣泛應用，但對于綜合帶電檢測來說，由于檢測狀態量較多，多局放傳感器模塊技術的研究，對于確立一種有效的全面局部放電檢測規范來說是很有意義的。

二、TEV+超聲波的開關柜檢測

2.1試驗原理圖

如圖1所示，工頻高壓由YDTW15/150KV無暈工頻高壓試驗變壓器提供，高壓的輸出端串聯一個10kΩ的保護電阻R。Ck為試驗用的耦合電容器，Zm為德國LDIC公司LDS-6局部放電檢測儀配套檢測阻抗，可以輸出視在放電量和電壓相位信號，對局部放電的放電量進行標定。TEV傳感器接示波器的CH1通道，超聲傳感器通過前置放大器之后在接示波器。經前置放大器處理的信號輸入到示波器。

在開關柜內設置針板，將TEV傳感器吸附在開關柜體外壁上，超聲波傳感器用超聲耦合劑貼在柜外壁。示波器的4個通道分別采集超聲信號、TEV信號、實驗電壓相位信號及檢測阻抗信號。其中TEV信號作為觸發用以控制信號采集起始時刻，可以方便觀察TEV信號與超聲信號的時間差，便于局部放電源的定位。

2.2試驗結果分析

針板放電放電初期，所加電壓約為8kV，放電量約為50pC，放電集中在負半周電壓峰值處，正半周幾乎沒有放電現象。隨著電壓的升高，當所加電壓達到約12kV時，伴隨有明顯的“滋滋”聲，此時放電量約為1000pC，實驗結果如圖2.3所示。由圖中可看出此時放電幾乎全部集中在正半周電壓峰值處，幅值明顯高于負半周。這是由于針板放電系統在放電初期，針尖附近場強最大而發生放電，由于負極性時容易發射電子，同時正離子撞擊陰極發生二次電子發射，使得放電在負極性時最先出現，放電脈沖出現在外加電壓負半周90°相位附近；隨著電壓升高，正半周90°相位附近出現少量幅值大而數量少的放電脈沖。TEV信號的幅值可達0.2V，且TEV信號出現的位置均為負半波電壓峰值處，與放電初期檢測阻抗檢測的信號出于同一電壓相位，說明該方法檢測局放的準確性。

2.3局部放電源的定位

由于電磁波傳播速度遠大于聲波速度，可認為電磁波從放電源到傳感器沒有時延，而聲信號到達不同位置的超聲波傳感器時存在不同的時延。TEV信號與超聲波聲信號有較明顯的時間差，因此可以采用TEV與超聲波相結合的聲電聯合法對局部放電源進行定位。

以TEV信號作為時間基準，選擇四個超聲波傳感器A1、A2、A3、A4，利用超聲波信號與TEV信號的時間差Ti作為放電源P（x，y，z）到各傳感器Si （ xi，yi，zi）的傳播時間，以等值聲速v乘以延遲時間Ti得到放電源到傳感器的空間距離vTi，由此可以建立球面坐標方程：

取四個或者更多的超聲傳感器，這樣便可以建立一個非線性的超定方程組。通過采用牛頓迭代法和最小二乘法解該方程組，便可以得到一組最優解，獲得放電源P（x，y，z）的坐標。

三、UHF+超聲波的開關柜檢測

3.1超高頻法（UHF）

超高頻局部放電檢測法通過接收柜體內局部放電產生的超高頻電磁波，實現局放的檢測和定位。它可在設備不停電的情況下進行設備安裝，并對設備狀況進行實時動態監測，具有極強的抗干擾能力和較高的靈敏度。

3.1.1 UHF局部放電檢測系統設計

局部放電超高頻檢測系統硬件部分主要由超高頻天線傳感器、信號調理單元、高頻同軸電纜、數據采集卡、以及裝有虛擬儀器系統的計算機組成，其中數據采集卡裝在工控機或計算機的PCI總線接口上。超高頻傳感器采用阿基米德雙臂螺旋天線，選擇天線的下限截止頻率為500MHz，天線的上限截止頻率為1500MHz。放大器增益設計為40dB。

3.1.2 UHF局部放電模型設計

高壓開關柜中引起放電故障的缺陷主要包括如下幾個方面：導體、外殼內表面上的金屬突起；高壓柜體內可以移動的自由金屬微粒；固體絕緣中的空氣隙缺陷；支持絕緣子表面污穢；高壓母線連接處及斷路器觸頭接觸不良；開關元件內部放電缺陷等。本文設計并制作了針板放電、內部放電和懸浮放電三種典型放電模型。

3.1.3 UHF局部放電回路

圖 2為局部放電實驗系統，實驗中試品置于開關柜內部，柜頂裝有10kV穿墻套管，試驗變壓器輸出的高壓引線經穿墻套管引至柜體內的高壓電極端，柜體可靠接地。傳感器用永久磁鐵吸附在柜體內壁上，距離放電模型40cm。

T1-調壓器 T2-隔離變壓器 T3-高壓試驗變壓器 Z-保護電阻 Cx-試品

3.2局部放電源的定位

該原理等同于TEV與超聲波相結合的放電定位原理，可參考2.2.3章節，在此不予復述。

四、總結

TEV、UHF、超聲波檢測在變電站設備局放檢測中都有自己的優缺點，而通過彼此相結合的方法對同一放電源的放電情況的判定，能夠有效地克服傳統檢測方法的不足及單一檢測方法的局限性，聲電聯合技術可以檢測不同類型的局部放電，現場檢測過程無需改變開關柜的運行狀態，不需要提供高壓試驗源，相關的檢測數據可以有效判定開關柜的運行狀況，從而為開關柜的狀態檢修提供技術依據，在某種程度上可以取代傳統的預防性試驗，對開關柜的狀態檢修具有重要的實際意義，可以有效提高電網的供電可靠性。

參 考 文 獻

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