淺談交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備帶電檢測技術(shù)

云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司昆明供電局 和定繁

在整個電力系統(tǒng)當中，交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備的作用越來越重要，會對發(fā)電和輸配電等工作產(chǎn)生直接影響。該類型的設(shè)備性能較為優(yōu)越，能夠?qū)崿F(xiàn)自動化運行，且為后續(xù)維護和檢修提供了便捷。由于設(shè)備的運行環(huán)境較為復(fù)雜，容易受到外界多種因素的影響，導(dǎo)致故障問題的發(fā)生。通過帶電檢測技術(shù)的運用可實現(xiàn)對缺陷問題的全面處理和優(yōu)化，使設(shè)備性能得到改善，從而消除其中的風(fēng)險隱患。

1 交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備的缺陷

絕緣件、斷路器、電纜、控制器件、互感器和保護器件等是交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備的主要構(gòu)成，絕緣形式分為固體絕緣、復(fù)合絕緣、氣體絕緣和真空絕緣等，在過電壓和短路電流等因素的影響下會引發(fā)設(shè)備的故障問題。同時設(shè)備的運行環(huán)境也會對工況產(chǎn)生影響，包括濕度、溫度和灰塵等。絕緣缺陷和過熱缺陷較為常見，前者在互感器和絕緣件中較多，后者在導(dǎo)體穿屏位置和接觸面位置較多。

此外，機械缺陷也是交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備的主要缺陷類型，出現(xiàn)在隔離開關(guān)和斷路器等構(gòu)件中。隨著電場強度的持續(xù)升高會導(dǎo)致局部放電，此時不會造成絕緣系統(tǒng)的擊穿問題。絕緣件表面放電、尖端放電、自由顆粒放電和懸浮放電等是局部放電的主要形式。在元器件設(shè)計和制造中由于工藝不嚴格會導(dǎo)致局部放電問題的出現(xiàn)，會引發(fā)絕緣事故，威脅設(shè)備和人員的安全。接觸松動和過載、氧化等問題是引發(fā)過熱缺陷的主要原因，容易出現(xiàn)燒毀現(xiàn)象，引起大面積的停電事故[1]。此外缺陷問題也會出現(xiàn)在測量系統(tǒng)、控制系統(tǒng)中，如測量失誤缺陷和控制失敗缺陷等。

2 交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備帶電檢修技術(shù)的應(yīng)用措施

2.1 絕緣缺陷帶電檢測技術(shù)

現(xiàn)狀分析：局部放電是檢測交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備絕緣缺陷的主要方法，包括了帶電檢測和離線檢測兩種，為能降低對電力生產(chǎn)活動的影響，確保在當前工況下對缺陷問題進行評估，通常會采用帶電檢測的方法，能夠增強檢測工作的便捷性。對部件振動信號和局部放電的檢測通常需要借助于超聲波技術(shù)，高頻電流技術(shù)、特高頻檢測技術(shù)和暫態(tài)地電壓技術(shù)等的運用能實現(xiàn)對電信號的全面獲取，為帶電檢測提供依據(jù)。現(xiàn)場技術(shù)應(yīng)用導(dǎo)則的制定和使用為現(xiàn)場帶電檢測工作的實施提供了科學(xué)指導(dǎo)，在暫態(tài)地電壓檢測中的運用較多[2]。而在西方發(fā)達國家當中，特高頻局部放電技術(shù)和超聲波檢測技術(shù)等應(yīng)用較為廣泛，我國也逐步制定了相應(yīng)的技術(shù)標準體系，增強帶電檢修的規(guī)范性。

暫態(tài)地電壓檢測技術(shù)：接地金屬中會由于局部放電的存在而出現(xiàn)放電電荷，進而導(dǎo)致電流脈沖的呈現(xiàn)和傳播。而金屬外殼的內(nèi)表面也會由于內(nèi)部放電而出現(xiàn)電荷，對于放電信號的檢測存在困難。由于破損問題發(fā)生在設(shè)備墊圈、絕緣位置等，因此高頻信號會出現(xiàn)向外部傳輸?shù)默F(xiàn)象，這是導(dǎo)致暫態(tài)電壓產(chǎn)生的主要原因，其頻率最高可達100MHz[3]。電磁干擾會對暫態(tài)地電壓產(chǎn)生影響，因此在實踐工作中應(yīng)做好防干擾工作。在絕緣空穴放電檢測和懸浮放電檢測中運用該技術(shù)時能有效提高靈敏性，但在絕緣間隙放電和表面爬電檢測中的效果會受到影響。

超聲波檢測技術(shù)：通過對機械信號進行獲取與分析以達到缺陷檢測目的，這就是超聲波檢測技術(shù)。電荷會由于局部放電的存在而發(fā)生不同程度的遷移，會對機械應(yīng)力、電場應(yīng)力和粒子力等產(chǎn)生影響，導(dǎo)致其平衡狀態(tài)被打破，這是引起異響和沖擊振動的主要原因。因此在裂縫和開口檢測中可借助于超聲波，設(shè)置相應(yīng)的傳感器，明確放電點的位置。非接觸式傳感器在實踐中的應(yīng)用較多，需對異常響動進行辨識，通過波形圖譜和相位圖譜的分析明確放電類型。為降低對檢測工作的干擾，應(yīng)該確保現(xiàn)場沒有作業(yè)和施工等。

特高頻檢測技術(shù)：對于電磁波信號的獲取和分析是應(yīng)用特高頻檢測技術(shù)的關(guān)鍵。脈沖電流是由于局部放電所引發(fā)，進而引起電磁波的產(chǎn)生，其強度也會受到傳播途徑的影響，可在裂縫和開口位置設(shè)置特高頻傳感器，從而實現(xiàn)對電磁波信號的獲取與檢測。電暈干擾問題會由于特高頻檢測技術(shù)的運用而得到解決，在靈敏性和抗干擾性上都有明顯的優(yōu)勢[4]。在確定放電類型時，需深入分析PRPS 圖譜和PRPD 圖譜。與上述兩種技術(shù)相比較而言，能夠在表面爬電、懸浮放電和間隙放電的檢測中獲得良好的效果。

高頻電流檢測技術(shù)：將傳感器應(yīng)用于接地線中也能快速檢測局部放電情況，需借助于環(huán)裝磁芯制作導(dǎo)電線圈，從而在高頻電流的作用下獲得感應(yīng)電壓。交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備的外殼連接大地，構(gòu)成多點接地系統(tǒng)，因此在運用高頻電流檢測技術(shù)時也存在一定的難度。可以通過引出電纜的方式實施帶電檢測，以獲得精確可靠的檢測數(shù)據(jù)及結(jié)果。

2.2 局部放電源定位技術(shù)

2.2.1 暫態(tài)地電壓定位技術(shù)

對于局部放電信號的檢測遠遠不夠，還需明確放電源的位置，這也是交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備帶電檢修中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，能為缺陷嚴重性的評估提供可靠依據(jù)，確保在檢修決策制定時更具科學(xué)性和可行性，有助于檢修效率的提高。暫態(tài)地電壓定位技術(shù)的應(yīng)用能夠針對其幅值和時差進行定位。交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備的暫態(tài)地電壓信號可通過單傳感器進行獲取，明確幅值分布特點，當幅值達到最大值時設(shè)備中可能存在局部放電源。TEV 傳感器應(yīng)用于金屬柜表面中，能對信號的時差進行檢測，也有助于定位局部放電源，當時差最小時說明其中的設(shè)備可能出現(xiàn)故障問題[5]。較小的衰減和較快的傳播速度是暫態(tài)地電壓傳播的基本特征，如設(shè)備中存在較大的信號強度則會導(dǎo)致電壓達到上限值，因此該方法的應(yīng)用會存在一定的局限性，只能應(yīng)用于較小防電信號強度的檢修工作當中。

2.2.2 超聲波定位技術(shù)

同樣借助于局部放電信號的幅值和時差進行定位，運用超聲波定位技術(shù)可取得良好的效果。尤其是在幅值定位的過程中，超聲波的方向性特點優(yōu)越，超聲波能夠在金屬外殼的作用下被隔離，不會由于其他交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備對檢測工作造成影響，保障了定位的準確性。

局部放電的位置也可將超聲波的傳播時間和方向為參數(shù)加以確定，包括了順序定位法、V 型曲線定位法和雙曲面定位法等。為確保局部放電位置定位的準確性，還應(yīng)借助于空間幾何的方式明確傳感器的時延數(shù)據(jù)[6]。在對交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備局部放電源物理位置加以確定時，主要依靠幅值定位的方式，為達到精準定位目的還需結(jié)合時差定位，但對波形的判斷易出現(xiàn)誤差，因此也具有一定的局限性。

2.2.3 特高頻定位技術(shù)

對于設(shè)備特高頻信號可通過傳感器獲取，通過幅值的判斷能明確局部放電源的位置，具體而言，當幅值最大時可能存在局部放電缺陷故障。時差法是應(yīng)用特高頻定位技術(shù)時的主要方法，需保障示波器設(shè)備的良好分辨率，分析信號接收的時間差能達到精準定位的目的。

電電聯(lián)合定位的運用需從同一個放電源獲取高頻信號，確保在時延計算時的可靠性，同時需對時域信號多周期圖譜進行繪制和分析。需確保特高頻信號的良好對應(yīng)關(guān)系，對時間單位加以調(diào)節(jié)后觀測時延差，在分析信號傳播方向和速度的基礎(chǔ)上借助于相關(guān)公式對其具體位置進行計算。平分面法在特高頻定位中的運用效果也較好，需在檢測時改變傳感器的位置，通過分析幅值波形情況獲得放電點的具體位置。電電聯(lián)合技術(shù)的精度較好，對于設(shè)備元件缺陷故障的定位十分可靠。

2.2.4 聲電聯(lián)合定位技術(shù)

如果超聲波信號和特高頻信號都存在，在缺陷檢測中則可采用聲電聯(lián)合定位技術(shù)，應(yīng)從同一放電源獲得超聲波信號和特高頻信號，同樣借助于多周期圖譜加以定位分析。超聲波信號相較特高頻信號在傳播速度上要更慢，根據(jù)這一規(guī)律可對是否來自于同一放電源進行判斷。分析時域信號后明確超聲波的起始沿，借助于相關(guān)公式對傳感器和放電點的距離加以計算。相較于特高頻定位技術(shù)能有效提高定位的精確性，超聲波信號和特高頻信號能通過金屬外殼進行阻隔、降低了干擾。在應(yīng)用該技術(shù)時需要做好起始沿的判斷。

2.3 過熱缺陷帶電檢測技術(shù)

紅外窗口測溫：局部熱點出現(xiàn)在交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備的導(dǎo)流接觸面中，則可能有接觸不良故障的存在，因此對溫度和輻射能量進行檢測可有效獲取缺陷信息。其中紅外窗口測溫技術(shù)的應(yīng)用較為常見，將窗口設(shè)置于交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備外殼中實現(xiàn)對內(nèi)部熱點信息的獲取，能對溫度進行直接測量，提高了檢測效率。設(shè)備安全性能會由于紅外窗口測溫技術(shù)的應(yīng)用而受到影響，因此在開展帶電檢修工作前應(yīng)對安全防護性能報告進行檢查，增進與生產(chǎn)廠商的交流和溝通，防止出現(xiàn)嚴重的人員傷害事故。

紅外精準測溫：通過獲取紅外輻射的能量對過熱缺陷實施帶電檢測，紅外精準測溫技術(shù)的應(yīng)用不需和交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備進行接觸，能滿足遠距離檢測的需求，同時提高工作效率，尤其是在高壓設(shè)備中的應(yīng)用較為普遍。金屬外殼的存在會對能量的輻射產(chǎn)生影響，運用紅外精準測溫獲得的能量通常都是經(jīng)過金屬外殼的衰減，因此對于過熱缺陷問題的分析需繪制外殼局部溫度圖像，借助于相關(guān)特征量研究內(nèi)部熱點溫度情況，這也是在交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備中應(yīng)用紅外精準測溫技術(shù)時的主要局限性問題[7]。

無線測溫：在實踐工作中的應(yīng)用效果也較好，能將傳感器設(shè)置于交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備內(nèi)部，實現(xiàn)對過熱缺陷的全面檢測。該方式運用了無線傳輸技術(shù)，可將實時測量數(shù)據(jù)傳輸給檢修人員，能增強數(shù)據(jù)的精確性，保障帶電檢測的安全性。設(shè)備的電場結(jié)構(gòu)和絕緣距離等也會由于傳感器的應(yīng)用而發(fā)生變化，因此會引發(fā)故障問題。同時傳感器的穩(wěn)定性情況也需進行改善，在后續(xù)發(fā)展中應(yīng)注重設(shè)備性能的優(yōu)化，延長其使用壽命，使其在過熱缺陷的帶電檢測中更具優(yōu)勢。

2.4 機械缺陷帶電檢測技術(shù)

檢測分合閘線圈的電流狀況是機械缺陷帶電檢測中的關(guān)鍵，該技術(shù)在實踐應(yīng)用中存在一定的局限性。尤其是對分合閘速度、開距、卡澀狀況和彈跳次數(shù)與時間的檢測中難以取得良好的成效，在后續(xù)技術(shù)應(yīng)用中應(yīng)予以針對性改進和優(yōu)化。

3 交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備的帶電檢修策略

局部放電類型、放電量和傳播途徑等都會對局部放電的信號強度產(chǎn)生直接影響，這也是交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備帶電檢測的基本特征。當存在較多的放電類型和傳播途徑時會給檢測工作帶來較大難度，同時無法獲得放電量和信號強度的內(nèi)在規(guī)律，如果對交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備絕緣缺陷進行判斷時僅依靠信號強度指標，會對評估的精確性與可靠性造成影響。

檢修人員應(yīng)明確特高頻檢測數(shù)據(jù)情況，對局部放電的類型和位置進行確定，同時深入分析多種狀態(tài)信息，包括交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備的運行工況和超聲波檢測數(shù)據(jù)等，才能確保帶電檢測的良好成效。缺陷嚴重性的綜合判斷，需對橫向?qū)Ρ确治鼋Y(jié)果、負荷情況、放點類型識別結(jié)果、特征量發(fā)展趨勢、過熱缺陷帶電檢測結(jié)果等加以全面獲取[8]。在定位局部放電電源時可借助于定位技術(shù)，確保檢修決策在制定時有豐富的運行工況數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)和運行環(huán)境參數(shù)等作為支撐，防止出現(xiàn)嚴重的絕緣事故。