變電站一次設(shè)備帶電測試技術(shù)及常用方法

王梁偉，張青云，向 曉，劉紅云，陳 磊

（國網(wǎng)湖北省電力有限公司 荊門供電公司，湖北 荊門 448000）

0 引 言

我國的各大變電所每年都要進行一次常規(guī)性的檢查，以保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行，同時也為了確保設(shè)備正常使用。目前，帶電檢測技術(shù)逐步成熟，已經(jīng)可以應用到電網(wǎng)很多方面的檢測。帶電檢測方法包括超聲波測試、紫外成像測試及紅外成像測試等。帶電測試技術(shù)的設(shè)備維護成本低、經(jīng)濟效益高，能夠更好地滿足社會對供電的要求。帶電檢測技術(shù)在電力系統(tǒng)內(nèi)廣泛應用，發(fā)現(xiàn)了大量的設(shè)備缺陷并及時地消除了安全隱患，在維護和檢測一些大型電網(wǎng)設(shè)備的同時有效保障一次設(shè)備的穩(wěn)定運行，已成為電網(wǎng)重要的維護技術(shù)之一。

1 變電站一次設(shè)備簡介

1.1 電流、電壓互感器

在實際運行過程中，變電站一次設(shè)備往往會流過較大的電流，甚至可以達到幾十千安，并且目前國內(nèi)的電壓等級已經(jīng)可以達到1 000 kV。實際運行中，使用電流互感器或者電壓互感器來將一次電流、電壓轉(zhuǎn)化為固定變比的二次電流或者電壓值，以提供給變電站內(nèi)的計量裝置、測控裝置以及按照標準化配置的保護裝置[1]。目前，大部分變電站都會將二次電壓值設(shè)置為100 V，將二次電流值設(shè)置為1 A或者5 A，一般情況下會根據(jù)設(shè)計院的圖紙來選擇配套繞組。

1.2 高低壓開關(guān)設(shè)備

變電站中最多的一次設(shè)備就是各種類型的開關(guān)或者刀閘設(shè)備。在實際運用中，斷路器和隔離開關(guān)起著不同的作用，并且二者之間通過相互配合來完成運行方式的各種變換。隔離開關(guān)的主要作用是隔斷電流，并且有明顯斷開點，可以充分保障設(shè)備檢修時的人身安全和設(shè)備安全。其中地刀起著連通大地，平衡電位的作用。相較于隔離開關(guān)，斷路器最大的特點就是具有滅弧功能。在實際運用中，主要使用斷路器來開斷正常運行情況下的電流。

1.3 變壓器

變壓器屬于整個變電站最核心的一次設(shè)備。變壓器具有改變交流電為直流電的功能，而成為變電站非常重要的一次設(shè)備。智能變壓器需要網(wǎng)絡(luò)的連接才能夠?qū)崿F(xiàn)其控制，還可以利用網(wǎng)絡(luò)與其他設(shè)備進行數(shù)據(jù)交換。這種新型的智能變壓器主要應用于電壓等級較低的變電站內(nèi)，其結(jié)構(gòu)包含各種各樣的電流以及電壓傳感器，并且在其中以模塊化的方式并入了智能化單元管理執(zhí)行機制，以完成對于運行狀況的全時監(jiān)控；可通過改變變壓器的運行模式，以保障設(shè)備的可靠運行、穩(wěn)定運行以及安全運行[2]。在變壓器出廠前，各大廠商普遍會根據(jù)現(xiàn)場要求設(shè)定特征信息以及配套的結(jié)構(gòu)信息參數(shù)，且錄入其智能控制模塊內(nèi)。這能最大程度上避免由于人為因素而造成的干擾。

2 帶電測試技術(shù)的基本原理與常用方法

2.1 帶電測試技術(shù)概述

在實際運行的變電站內(nèi)，停電窗口期并不容易申請，受到多方面條件的制約，因此帶電檢測技術(shù)具有非常實際的應用意義。依據(jù)《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗規(guī)程》，可以按照如下方式定義帶電測試技術(shù)：即是采用便攜式測試設(shè)備，在被檢測設(shè)備保持運行的狀態(tài)下，檢測現(xiàn)場測試設(shè)備的狀態(tài)量。整個過程會在帶電前提下的短時間內(nèi)測試完成，并迅速做出判斷，有別于長期連續(xù)的在線監(jiān)測。本文就4種常見的帶電測試技術(shù)進行簡要介紹。

2.2 紅外測溫技術(shù)原理和常用測試方法

目前，紅外熱成像技術(shù)屬于應用層面比較廣泛的設(shè)備檢測技術(shù)。該技術(shù)的原理是通過檢測設(shè)備的溫度分布來判斷故障隱患。這項技術(shù)有很大的優(yōu)勢，不用直接接觸設(shè)備也不用停電可以直接檢測出設(shè)備出現(xiàn)問題的部位。通過分析紅外熱成像圖的數(shù)據(jù)，就可以判斷一個設(shè)備是否良好。這種技術(shù)對于檢測設(shè)備的安全隱患問題很有意義，并且檢測效率極高。

據(jù)相關(guān)研究表明，正常運行或者故障狀態(tài)下的設(shè)備都會輻射出與設(shè)備溫度具備一定函數(shù)關(guān)系的熱量，輻射出的能量在檢測儀器濾光片的作用下聚集到探測器上，然后被轉(zhuǎn)換成電信號，再經(jīng)過相關(guān)處理后，儀器上就顯示出溫度值。紅外熱成像原理結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 紅外熱成像原理圖

通過大量電網(wǎng)一次設(shè)備檢測表明，紅外熱成像技術(shù)最主要適用于檢測由于過電壓導致設(shè)備出現(xiàn)的發(fā)熱問題，或者設(shè)備出現(xiàn)異常時電流過大導致的發(fā)熱問題。然后將紅外圖譜信息進行保存，存入圖譜庫中，以便日后查閱檢測。

2.3 超聲波局部放電測試技術(shù)原理和常用測試方法

超聲波局部放電檢測技術(shù)的使用也較為常見，其原理具體如下。設(shè)備局部放電，分子間相互碰撞就會產(chǎn)生一種機械聲波。聲波在經(jīng)歷不同的介質(zhì)中會形成不同的衰減趨勢，然后通過一定的時間到達超聲波傳感器中，這個時間很短幾乎是瞬時的，因此超生波局部放電檢測技術(shù)對設(shè)備故障的檢測用時很短。超聲波局部放電檢測技術(shù)的測試過程僅僅只需要通過放置聲感傳感器以及電流傳感器來完成，并且通過儀器的分析就能完成對于放電位置較為精準的判斷與定位。

當然，超聲波局部放電檢測技術(shù)信號范圍受限，只限于20～200 kHz的聲波信號，超出這個范圍的就無法檢測到。

2.4 高頻、特高頻局部放電測試技術(shù)原理和常用測試方法

采用聲波信號的頻率檢測技術(shù)，還有高頻局部放電檢測技術(shù)。這種技術(shù)相對于超聲波技術(shù)，其檢測頻率較高，而且這種技術(shù)是我國變電站對一次設(shè)備最常用的檢測方法之一。利用這種技術(shù)可以檢測變壓器、電抗器、電容器、組合電器、高抗以及最基本的電力電纜等設(shè)備，并對這些類型的電力設(shè)備是否存在局部放電做出一個較為準確可靠的判斷。傳感器可以將高頻脈沖電流信號進行耦合，這種電流信號也可以用探針耦合。高頻局部放電測試原理如圖2所示。

圖2 高頻局部放電測試原理圖

高頻局部放電測試是非嵌入式測試，分為3個測試步驟。（1）將各種特殊的線進行連接，然后再安裝高頻放電傳感器；（2）進行測試，通過儀器形成對應的圖譜，再對圖譜進行分析，測試出異常的電信號；（3）確定出異常的電信號，然后對設(shè)備進行定位診斷。

2.5 紫外成像測試技術(shù)原理和常用測試方法

紫外線成像技術(shù)也是常見的測試方法，通過對一次電力設(shè)備的檢測可以確保電網(wǎng)正常的運行。電力設(shè)備通常處于室外環(huán)境，會有一些比較粗糙的污染物附著，隨后就會出現(xiàn)放電現(xiàn)象，紫外線成像技術(shù)就適用于這種檢測情況。紫外線成像技術(shù)最早研發(fā)于1981年，經(jīng)過長時間的沉淀發(fā)展，才被廣泛應用。目前，我國大部分電力公司已經(jīng)配備了這種儀器，對于一次電力設(shè)備的檢測起到了積極作用。

紫外線成像技術(shù)對于放電的波長有一定的要求，一般處于240～280 nm，電暈放電的波長通常處于230～405 nm。如果放電波長較窄，其在儀器上呈現(xiàn)的圖像就很不清晰，將會影響故障的診斷。此外，紫外線成像測試裝置可配備一種特殊的相機，將紫外線經(jīng)過特殊的處理與可見光影像進行疊加，最終在儀器的終端設(shè)備上展示出能夠清晰可見的圖像[3-5]。

常用的紫外成像測試設(shè)備包括紫外電子光學探傷儀、紫外電暈測試儀以及紫外線探照燈等設(shè)備。在實際的變電站一次設(shè)備測試中，紫外成像測試儀往往是應用最多也是最常規(guī)的紫外線測試設(shè)備。

2.6 帶電測試技術(shù)對比分析

表1中，這4種方法各有優(yōu)缺點。在現(xiàn)場生產(chǎn)中，每一種測試方法都不是相互獨立，往往需要使用兩種測試方法進行綜合性的對比才能確認設(shè)備產(chǎn)生缺陷的具體原因。因此，檢測人員可根據(jù)現(xiàn)場需求使用合適的方法來獲得最好的檢測效果。

3 結(jié) 論

目前，隨著電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的日益堅強，越來越多變電站投入運行，給運維人員的工作帶來了一定的困難和挑戰(zhàn)。本文針對一次設(shè)備進行了簡要的介紹，較為系統(tǒng)闡述了目前比較主流的幾類帶電檢測方法，并就各種方法之間的優(yōu)劣性進行了比較，對運維人員開展工作和成長自身技能有指導作用。

表1 帶電測試技術(shù)對比