黎 剛，段肖力，葉會(huì)生，何智強(qiáng)，李 婷，謝耀恒

(1.國網(wǎng)湖南省電力公司，湖南長沙410007；2.國網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院，湖南長沙410007)

交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備帶電檢測(cè)技術(shù)綜述

黎 剛1，段肖力2，葉會(huì)生2，何智強(qiáng)2，李 婷2，謝耀恒2

(1.國網(wǎng)湖南省電力公司，湖南長沙410007；2.國網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院，湖南長沙410007)

通過了解交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備(簡稱開關(guān)柜)的主要缺陷類型，介紹了幾種常用開關(guān)柜絕緣缺陷帶電檢測(cè)技術(shù)的基本原理，分析當(dāng)前開關(guān)柜帶電檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用及不足之處，比較了幾種適用于開關(guān)柜帶電檢測(cè)技術(shù)的各自特點(diǎn)，提出了基于帶電檢測(cè)的開關(guān)柜檢修策略。

交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備；開關(guān)柜；帶電檢測(cè)；紅外測(cè)溫；局部放電；暫態(tài)地電壓；超聲波；特高頻

交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備(簡稱開關(guān)柜)具有占地面積小、自動(dòng)化程度高、安全防護(hù)等級(jí)強(qiáng)及維護(hù)方便等特點(diǎn)，大量應(yīng)用于電力系統(tǒng)。開關(guān)柜在制造、運(yùn)輸、安裝、運(yùn)行、檢修過程中因設(shè)計(jì)、材質(zhì)、機(jī)械力等因素，往往會(huì)存在一些薄弱環(huán)節(jié)，嚴(yán)重影響開關(guān)柜的安全穩(wěn)定運(yùn)行。為此通過帶電檢測(cè)來綜合診斷開關(guān)柜缺陷，將事故隱患消除在萌芽狀態(tài)，具有重要意義[1]。

1 開關(guān)柜的主要缺陷

開關(guān)柜包括斷路器、互感器、絕緣件、電纜、保護(hù)及控制等多種部件；包含氣體絕緣、固體絕緣、真空絕緣、復(fù)合絕緣等多種絕緣形式；運(yùn)行中易受到短路電流、過電壓沖擊等不良工況影響。受溫度、濕度、灰塵等外部環(huán)境影響。由于其部件繁雜、絕緣結(jié)構(gòu)復(fù)雜，受運(yùn)行環(huán)境影響產(chǎn)生老化，在運(yùn)行中易發(fā)生以下缺陷:在其絕緣件、互感器等部件中可能存在絕緣缺陷；在其導(dǎo)體接觸面、導(dǎo)體穿屏處可能存在過熱缺陷；在其斷路器、隔離開關(guān)等部件可能存在分(合)閘速度、同期不滿足要求等機(jī)械缺陷；在其控制、保護(hù)、測(cè)量、五防部件可能存在斷線、誤動(dòng)、閉鎖失效等其它缺陷。

1.1 絕緣缺陷

在開關(guān)柜絕緣系統(tǒng)中，各部位的電場(chǎng)強(qiáng)度存在差異，某個(gè)區(qū)域的電場(chǎng)強(qiáng)度一旦達(dá)到其擊穿場(chǎng)強(qiáng)時(shí)，該區(qū)域就會(huì)出現(xiàn)放電現(xiàn)象，但施加電壓的兩個(gè)導(dǎo)體之間并未貫穿，即放電未擊穿絕緣系統(tǒng)，這種現(xiàn)象即為局部放電[2]。電氣設(shè)備中典型的局部放電主要有尖端、懸浮、絕緣空穴(雜質(zhì))、絕緣件表面、絕緣間隙、自由顆粒放電等形式。經(jīng)驗(yàn)表明，開關(guān)柜發(fā)生絕緣事故前期往往會(huì)先發(fā)生局部放電，缺陷類型和部位主要包括:由于等電位連接、電流互感器二次線、帶電顯示連接線等發(fā)生松動(dòng)，產(chǎn)生懸浮放電缺陷；由于絕緣件、互感器等部件在制造、設(shè)計(jì)、安裝過程造成的缺陷，產(chǎn)生絕緣空穴(雜質(zhì))放電；由于導(dǎo)體加工工藝、安裝工藝不良產(chǎn)生的毛刺，造成尖端放電；由于絕緣表面處理工藝、運(yùn)行環(huán)境不良造成表面臟污，產(chǎn)生絕緣表面爬電；由于設(shè)計(jì)、制造、安裝原因產(chǎn)生絕緣小間隙，造成絕緣間隙放電。局部放電的發(fā)展惡化將直接導(dǎo)致絕緣事故的發(fā)生。

1.2 過熱性缺陷

在開關(guān)柜導(dǎo)流系統(tǒng)中，當(dāng)導(dǎo)電回路接觸部位氧化、接觸松動(dòng)、過載等都將導(dǎo)致觸頭接觸不良、接觸電阻增大，造成載流故障的發(fā)生，出現(xiàn)觸頭溫度過高甚至燒毀，造成停電〔3〕。

1.3 特性機(jī)械缺陷

在開關(guān)柜負(fù)荷開斷系統(tǒng)中，當(dāng)斷路器機(jī)構(gòu)存在缺陷時(shí)，將導(dǎo)致斷路器卡澀、分(合)閘速度、彈跳次數(shù)(時(shí)間)、開距、同期不滿足要求等問題，造成斷路器拒動(dòng)、誤動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)發(fā)生爆炸。

1.4 其它缺陷

在開關(guān)柜控制、測(cè)量、防護(hù)系統(tǒng)中，由于設(shè)計(jì)、制造、安裝、維護(hù)等原因可能存在控制失敗、測(cè)量失誤、五防失效等缺陷，影響設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2 開關(guān)柜帶電檢測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀及展望

開關(guān)柜存在缺陷時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一系列光、聲、電氣、振動(dòng)和機(jī)械卡澀等物理現(xiàn)象和化學(xué)變化。這些伴隨缺陷而產(chǎn)生的各種物理和化學(xué)反應(yīng)為診斷其內(nèi)部狀態(tài)提供了檢測(cè)信號(hào)〔4〕。

2.1 絕緣缺陷帶電檢測(cè)技術(shù)

開關(guān)柜絕緣缺陷主要通過局部放電來進(jìn)行檢測(cè)，局部放電檢測(cè)主要分為離線檢測(cè)方法(脈沖法)和帶電檢測(cè)方法，帶電檢測(cè)方法因不需被測(cè)設(shè)備停電、定位方便、檢測(cè)工況與運(yùn)行工況完全一致而被運(yùn)維單位廣泛采用。局部放電帶電檢測(cè)可利用超聲波技術(shù)來檢測(cè)局部放電及部件振動(dòng)產(chǎn)生的聲信號(hào)，利用特高頻、高頻電流及暫態(tài)地電壓技術(shù)來檢測(cè)局部放電產(chǎn)生的電信號(hào)〔5〕。

局部放電帶電檢測(cè)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于開關(guān)柜絕緣缺陷檢測(cè)，能夠有效檢出開關(guān)柜內(nèi)的大部分絕緣缺陷，但仍有很多值得研究、完善之處。

1)標(biāo)準(zhǔn)體系方面建設(shè)方面。目前，相關(guān)的測(cè)試導(dǎo)則僅有國家電網(wǎng)公司頒布的Q/GDW 11060—2013《交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備暫態(tài)地電壓局部放電帶電測(cè)試技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用導(dǎo)則》，該導(dǎo)則有效地指導(dǎo)了國網(wǎng)公司所屬企業(yè)開關(guān)柜暫態(tài)地電壓帶電檢測(cè)工作的開展，但對(duì)于缺陷嚴(yán)重程度的判斷仍有需改進(jìn)之處。對(duì)于開關(guān)柜超聲波、特高頻局部放電帶電檢測(cè)，國內(nèi)外暫無成熟的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，只能參照國家電網(wǎng)公司頒布的應(yīng)用于氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的局部放電帶電測(cè)試導(dǎo)則，Q/GDW 11059.1—2013《氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備局部放電帶電測(cè)試技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用導(dǎo)則第1部分:超聲波法》及Q/GDW 11059.2—2013《氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備局部放電帶電測(cè)試技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用導(dǎo)則第2部分:特高頻法》。因此，對(duì)于開關(guān)柜局部放電帶電測(cè)試工作的推廣、規(guī)范開展才剛起步，急需建立相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)體系。

2)技術(shù)手段方面。對(duì)于部分絕緣缺陷，如真空斷路器真空度的檢測(cè)仍缺乏有效的手段。

3)檢測(cè)數(shù)據(jù)方面。帶電檢測(cè)技術(shù)的定量分析仍不能明確判斷缺陷嚴(yán)重程度、有效地指導(dǎo)檢修決策的制定。

2.1.1 暫態(tài)地電壓檢測(cè)技術(shù)

當(dāng)開關(guān)柜發(fā)生局部放電時(shí)，放電電荷先聚集在與放電點(diǎn)相鄰的接地金屬部分，形成電流脈沖向各個(gè)方向傳播。對(duì)于內(nèi)部放電，放電電荷聚集在開關(guān)柜金屬外殼的內(nèi)表面，如果金屬外殼是連續(xù)時(shí)無法在外部檢測(cè)到放電信號(hào)。但實(shí)際上，金屬外殼通常在絕緣部位、墊圈連接處、電纜絕緣終端等部位出現(xiàn)破損而導(dǎo)致不連續(xù)，高頻信號(hào)就會(huì)傳輸?shù)皆O(shè)備外層。放電產(chǎn)生的電磁波通過金屬箱體的接縫處或氣體絕緣開關(guān)的襯墊傳播出去，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)暫態(tài)電壓，頻率在(3～100 MHz)〔6〕。

實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，暫態(tài)地電壓易受外部電磁干擾的影響，檢測(cè)時(shí)應(yīng)特別注意背景干擾的影響。由于其檢測(cè)原理及各種局部放電典型缺陷的電信號(hào)特征，暫態(tài)地電壓帶電檢測(cè)對(duì)懸浮放電、絕緣空穴(雜質(zhì))放電檢測(cè)靈敏度較高，而對(duì)絕緣件表面爬電、絕緣間隙放電、尖端放電檢測(cè)靈敏度較低。

目前，湖南省各單位均配置了該功能的局部放電檢測(cè)儀器，應(yīng)用較成熟，但常用的開關(guān)柜暫態(tài)地電壓帶電檢測(cè)的儀器多以暫態(tài)地電壓的絕對(duì)值呈現(xiàn)，測(cè)試時(shí)不能進(jìn)行缺陷類型判斷，從而給后續(xù)的檢修決策、解體檢查、檢修帶來不確定因素。因此，迫切需要研究暫態(tài)地電壓帶電檢測(cè)缺陷類型診斷、識(shí)別技術(shù)及抗干擾技術(shù)。

2.1.2 超聲波檢測(cè)技術(shù)

超聲波(聲學(xué))檢測(cè)是基于探測(cè)局部放電所發(fā)出的機(jī)械信號(hào)。局部放電前，放電點(diǎn)周圍的電場(chǎng)應(yīng)力、介質(zhì)應(yīng)力、粒子力處于相對(duì)平衡狀態(tài)。當(dāng)介質(zhì)發(fā)生局部放電時(shí)將發(fā)生快速的電荷釋放、遷移過程，導(dǎo)致放電點(diǎn)周圍的電場(chǎng)應(yīng)力、機(jī)械應(yīng)力與粒子力失去平衡狀態(tài)而產(chǎn)生振蕩變化過程；機(jī)械應(yīng)力與粒子力的快速振蕩，導(dǎo)致放電點(diǎn)周圍介質(zhì)的振動(dòng)現(xiàn)象，從而產(chǎn)生聲波信號(hào)，放電看起來像一次小的“爆炸”，它激勵(lì)一機(jī)械波在絕緣體中傳播。因此，當(dāng)開關(guān)柜內(nèi)部發(fā)生局部放電時(shí)會(huì)產(chǎn)生沖擊振動(dòng)及聲音，且很快向四周介質(zhì)傳播，可以采集頻帶為20～ 100 kHz的超聲信號(hào)來檢測(cè)局部放電。由于超聲波在固體設(shè)備中的傳播速度較快，但也衰減得更快，為此超聲波是很難穿透電力設(shè)備金屬外殼，可用于具有開口或裂縫的檢測(cè)。因此，對(duì)于10 kV開關(guān)柜的檢測(cè)，可以選擇散熱孔、縫隙作為傳感器放置點(diǎn)，離放電點(diǎn)越近，聲音就越大，其超聲信號(hào)就越強(qiáng)〔7〕。

開展開關(guān)柜超聲波帶電檢測(cè)應(yīng)使用非接觸式傳感器在開關(guān)柜縫隙中進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試人員測(cè)試時(shí)除密切觀察測(cè)試數(shù)據(jù)外還應(yīng)佩戴耳機(jī)偵聽是否有異常聲音。測(cè)到異常信號(hào)時(shí)可通過超聲波信號(hào)的連續(xù)圖譜、相位圖譜、波形圖譜、聲音特征來判明局部放電類型。進(jìn)行超聲波測(cè)試時(shí)易受外部聲音的干擾，測(cè)試時(shí)應(yīng)無人員走動(dòng)、說話、外部作業(yè)，當(dāng)干擾信號(hào)影響到異常信號(hào)診斷時(shí)，應(yīng)盡量排除現(xiàn)場(chǎng)的干擾源，比如排風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)、施工機(jī)械摩擦、物體與殼體摩擦、鄰近的帶電導(dǎo)體放電干擾等。由于其檢測(cè)原理及各種局部放電典型缺陷的超聲特征，超聲波帶電檢測(cè)對(duì)絕緣件表面爬電、絕緣間隙放電、尖端放電檢測(cè)靈敏度較高，而對(duì)懸浮放電、絕緣空穴(雜質(zhì))放電檢測(cè)靈敏度較低，除此以外，它還可檢測(cè)開關(guān)柜部件高頻振動(dòng)缺陷產(chǎn)生的聲信號(hào)。

目前，常用的超聲波帶電檢測(cè)儀器有兩種，一種是只能顯示數(shù)值大小的普通型設(shè)備，價(jià)值較低，適用于運(yùn)行巡視人員對(duì)開關(guān)柜開展大面積普測(cè)；另一種是具有連續(xù)圖譜、相位圖譜、波形圖譜顯示功能的診斷類設(shè)備，可以通過對(duì)圖譜進(jìn)行人為分析、判斷缺陷類型的儀器，適用于專業(yè)檢測(cè)人員開展精確檢測(cè)。湖南省各單位的配置均以普通型為主，診斷型較少，因此迫切需要提高各單位的檢測(cè)儀器配置水平，以提升檢測(cè)、分析能力。

2.1.3 特高頻檢測(cè)技術(shù)

特高頻放電檢測(cè)是基于探測(cè)局部放電所發(fā)出的電磁波信號(hào)。局部放電過程中將產(chǎn)生很陡的脈沖電流，其快速上升時(shí)間小于1 ns，并向四周輻射出頻率高達(dá)數(shù)GHz電磁波。電磁波的傳播過程是有損耗的，傳播途徑的差異導(dǎo)致電磁波強(qiáng)度與放電強(qiáng)度之間復(fù)雜的比例關(guān)系；由于電磁波在氣體設(shè)備中的傳播速度較快，但也衰減得更快，由于金屬對(duì)電磁波的屏蔽作用，所以很難穿透電力設(shè)備金屬外殼，可用特高頻傳感器在開關(guān)柜的開口或裂縫處檢測(cè)，如開關(guān)柜的觀察窗、縫隙等處進(jìn)行測(cè)試〔8〕。

實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，特高頻檢測(cè)技術(shù)可以有效避免現(xiàn)場(chǎng)的電暈干擾，主要因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)的電暈干擾產(chǎn)生的電磁波在300 MHz以下，并且超高頻檢測(cè)技術(shù)具有較強(qiáng)的抗干擾能力和較高的靈敏度，可通過觀察信號(hào)的PRPD、PRPS圖譜實(shí)現(xiàn)局部放電缺陷類型識(shí)別。由于其檢測(cè)原理及各種局部放電典型缺陷的電信號(hào)特征，特高頻帶電檢測(cè)對(duì)懸浮放電、絕緣空穴(雜質(zhì))、絕緣件表面爬電、絕緣間隙放電檢測(cè)靈敏度高，而對(duì)尖端放電檢測(cè)靈敏度較低。

目前，特高頻帶電檢測(cè)技術(shù)因其檢測(cè)儀器價(jià)格昂貴，對(duì)檢測(cè)人員的水平要求高，主要應(yīng)用于氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的局部放電帶電測(cè)試，湖南省除國網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院、省檢修公司及少數(shù)幾個(gè)單位外，均不具備該項(xiàng)技術(shù)測(cè)試能力。但開關(guān)柜帶電檢測(cè)的實(shí)際應(yīng)用效果證明，該技術(shù)抗干擾性強(qiáng)，檢測(cè)靈敏度高，缺陷精準(zhǔn)定位相對(duì)簡單，因此，應(yīng)用于開關(guān)柜的局部放電帶電檢測(cè)將有大有可為。

2.1.4 高頻電流檢測(cè)技術(shù)

當(dāng)電力設(shè)備內(nèi)部發(fā)生局部放電時(shí)，高頻放電電流會(huì)沿著接地線向大地傳播。高頻電流傳感器法通過在接地線上安裝高頻電流傳感器檢測(cè)高頻電流信號(hào)實(shí)現(xiàn)局部放電檢測(cè)。高頻電流一般使用Ro-gowski線圈方式，在環(huán)狀磁芯上繞制導(dǎo)電線圈，高頻電流穿過磁芯中心而引起的高頻交變電磁場(chǎng)會(huì)在線圈上產(chǎn)生感應(yīng)電壓〔9〕。

由于開關(guān)柜外殼均與大地直接連接，屬于多點(diǎn)接地系統(tǒng)，不便于開展高頻電流局部放電帶電檢測(cè)，但可應(yīng)用于開關(guān)柜引出電纜的局部放電檢測(cè)。

2.2 局部放電源定位技術(shù)

檢測(cè)到開關(guān)柜內(nèi)部存在局部放電信號(hào)后，更重要的是對(duì)局部放電源進(jìn)行定位，為根據(jù)結(jié)構(gòu)判斷缺陷嚴(yán)重程度提供指導(dǎo)，以做出準(zhǔn)確的檢修決策，提高檢修的準(zhǔn)確性、及時(shí)性、快速性。開關(guān)柜內(nèi)部局部放電源定位根據(jù)檢測(cè)原理主要分為暫態(tài)地電壓定位(T—T)、特高頻定位(U—U)、超聲波定位(A—A)、高頻定相(H—H)、聲電聯(lián)合定位(A—U)；根據(jù)檢測(cè)方法主要分為幅值定位和時(shí)差定位。

2.2.1 暫態(tài)地電壓定位(T—T)技術(shù)

1)幅值定位。采用單傳感器測(cè)量多個(gè)開關(guān)柜的暫態(tài)地電壓信號(hào)，根據(jù)幅值分布情況，局部放電源應(yīng)位于放電幅值最大的柜體內(nèi)。

2)時(shí)差定位。利用裝設(shè)在金屬柜體外表面上的多個(gè)TEV傳感器所測(cè)量的信號(hào)到達(dá)時(shí)差，可以實(shí)現(xiàn)粗略的局部放電定位，定位于時(shí)差最小兩個(gè)傳感器之間的柜體。

3)由于暫態(tài)地電壓在開關(guān)柜金屬殼體的傳播速度快，幅值衰減小，因此當(dāng)局部放電信號(hào)強(qiáng)度較大時(shí)，容易在多面開關(guān)柜表面檢測(cè)到暫態(tài)地電壓均達(dá)到上限值，因此此方法定位相對(duì)較難，對(duì)于多放電源定位需采取其它定位技術(shù)。

2.2.2 超聲波定位(A—A)技術(shù)

1)幅值定位。由于開關(guān)柜金屬外殼對(duì)超聲波具有阻隔作用，且超聲波具有較強(qiáng)的方向性，隨距離的作用衰減較大，因此當(dāng)某面開關(guān)柜產(chǎn)生超聲波信號(hào)時(shí)，很難在其它開關(guān)柜檢測(cè)到超聲波信，所以超聲波的幅值定位很容易。

2)時(shí)差定位。超聲波時(shí)差定位是根據(jù)電力設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生局部放電的超聲波傳播方向和時(shí)間來確定放電位置的，常用的方法有V型曲線定位法、順序定位法和雙曲面定位法。對(duì)放電點(diǎn)準(zhǔn)確定位，可利用空間幾何方法，結(jié)合不同位置的超聲傳感器所測(cè)出的時(shí)延來計(jì)算局部放電位置。

3)其他定位。從現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況來看，超聲波幅值定位基本可確定放電源的大體物理位置，時(shí)差定位法定位精度較高，可實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)定位，但由于其受傳播路徑的影響較大，信號(hào)波形起始沿難以辨別，其應(yīng)用情況不如聲電聯(lián)合定位成熟。

2.2.3 特高頻定位(U—U)技術(shù)

1)幅值定位。采用單傳感器測(cè)量多個(gè)開關(guān)柜的特高頻信號(hào)，根據(jù)幅值分布情況，局部放電源應(yīng)位于放電幅值最大的柜體內(nèi)。

2)時(shí)差定位。特高頻定位一般采用時(shí)差法，根據(jù)電磁波傳播速度和采用分辨率較高的示波器接受到統(tǒng)一電源的信號(hào)時(shí)間差來確定放電源的位置，從而實(shí)現(xiàn)放電點(diǎn)的準(zhǔn)確定位。電電(U—U)聯(lián)合定位時(shí)，要確保用于計(jì)算時(shí)延差的特高頻信號(hào)來自同一個(gè)內(nèi)部放電源，此時(shí)可以根據(jù)特高頻時(shí)域信號(hào)的多周期圖譜進(jìn)行判斷。如果從多周期圖譜中可觀測(cè)到兩個(gè)特高頻信號(hào)在每一周期內(nèi)一一對(duì)應(yīng)，說明來自同一個(gè)放電源。調(diào)節(jié)高速示波器的時(shí)間單位，觀測(cè)特高頻信號(hào)的時(shí)延差，再根據(jù)特高頻信號(hào)在媒質(zhì)中的傳播速度和方向，采用如式(1)所示公式計(jì)算放電源位置〔10〕。

式中 L為距離放電源最近的兩個(gè)傳感器之間的距離；x為放電源距離檢測(cè)到超前信號(hào)傳感器的距離；Δt為兩時(shí)域信號(hào)波頭之間的時(shí)間差；c為電磁波傳播速度，3×108m/s。

開關(guān)柜特高頻定位通常還簡化采用平分面法進(jìn)行定位，通過移動(dòng)兩個(gè)傳感器的位置進(jìn)行檢測(cè)(如圖1中傳感器A，B)，當(dāng)兩個(gè)傳感器接收的信號(hào)幅值波形基本一致或信號(hào)到達(dá)時(shí)間相同時(shí)，可以確定放電點(diǎn)位于兩傳感器的垂直平分面上(如圖1平面P1)；再通過移動(dòng)兩個(gè)傳感器的檢測(cè)位置確定平面P2，P3，得到P1，P2，P3三個(gè)平面的交點(diǎn)，確定放電點(diǎn)位置，如圖所示〔11〕。

圖1 平分面法定位圖

3)受電磁波速度及測(cè)量精度影響，電電(U—U)聯(lián)合定位的定位精度約在分米級(jí)，基本滿足開關(guān)柜局放源定位的要求，可精確定位至開關(guān)柜內(nèi)的某個(gè)元件，是現(xiàn)場(chǎng)時(shí)差定位應(yīng)用最多的一種技術(shù)手段。

2.2.4 聲電聯(lián)合定位(A—U)技術(shù)

當(dāng)能夠同時(shí)檢測(cè)到特高頻及超聲波信號(hào)時(shí)，可采用聲電聯(lián)合定位法對(duì)缺陷位置進(jìn)行精確定位。進(jìn)行聲電定位時(shí)，也要確保用于計(jì)算時(shí)延差的特高頻及超聲波信號(hào)來自同一個(gè)內(nèi)部放電源，此時(shí)可以根據(jù)特高頻和超聲波時(shí)域信號(hào)的多周期圖譜進(jìn)行判斷。由于特高頻信號(hào)傳播速度遠(yuǎn)快于超聲波信號(hào)傳播速度，因此特高頻傳感器先于超聲波傳感器檢測(cè)到局部放電信號(hào)，如果從多周期圖譜中可觀測(cè)到特高頻信號(hào)和超聲波信號(hào)在每一周期內(nèi)一一對(duì)應(yīng)，且特高頻信號(hào)均超前對(duì)應(yīng)的超聲波信號(hào)，說明來自同一個(gè)放電源。調(diào)節(jié)高速示波器的時(shí)間單位，將多周期的特高頻及超聲波時(shí)域信號(hào)展開至微秒級(jí)，可清晰的看到超聲波的起始沿，通過式(2)可精準(zhǔn)計(jì)算放電點(diǎn)到超聲波傳感器的距離。

式中 x為放電源距離超聲波傳感器的距離；Δt為特高頻與超聲波信號(hào)波頭之間的時(shí)間差；c為超聲波在介質(zhì)中的傳播速度。

實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，聲電聯(lián)合定位(A—U)具有定位技術(shù)精度最高的特點(diǎn)，可達(dá)到厘米級(jí)。由于開關(guān)柜金屬外殼對(duì)特高頻、超聲波信號(hào)的阻隔作用，該方法對(duì)于多放電源定位具有明顯優(yōu)勢(shì)，但需同時(shí)檢測(cè)到特高頻、超聲波信號(hào)。且對(duì)于是否是同一局部放電信號(hào)及放電信號(hào)起始沿的識(shí)別仍依賴于人為判斷，對(duì)測(cè)試人員的技術(shù)水平要求較高。

2.2.5 高頻電流定相(H—H)技術(shù)

實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，對(duì)于連接于開關(guān)柜上的電力電纜，通常當(dāng)某一相電纜發(fā)生局部放電缺陷時(shí)，其它兩相電纜也會(huì)耦合局部放電信號(hào)。此時(shí)，就需要在每一相電纜上布置一個(gè)高頻電流傳感器，根據(jù)三個(gè)傳感器的信號(hào)幅值大小，相位關(guān)系來確定發(fā)生局部放電的缺陷相。

2.3 各種局部放電帶電檢測(cè)技術(shù)比較分析

開關(guān)柜內(nèi)部件繁雜，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，電磁波、超聲波信號(hào)由于金屬的屏蔽，發(fā)生衰減，折反射，經(jīng)多介質(zhì)傳播，所以單一的局部放電帶電檢測(cè)手段很難完成所有缺陷類型的識(shí)別、定位，須通過多種手段進(jìn)行聯(lián)合檢測(cè)，才能有效發(fā)現(xiàn)內(nèi)部的絕緣缺陷，精準(zhǔn)定位。各種局部放電帶電檢測(cè)方法與缺陷類型檢測(cè)靈敏度見表1，各定位方法定位精度見表2。

表1 各局部放電帶電檢測(cè)方法靈敏度對(duì)比

表2 局部放電帶電檢測(cè)定位精度對(duì)比

2.4 過熱缺陷帶電檢測(cè)技術(shù)

當(dāng)開關(guān)柜導(dǎo)流接觸面發(fā)生接觸不良缺陷時(shí)，在接觸面將會(huì)產(chǎn)生局部熱點(diǎn)，通過測(cè)量熱點(diǎn)溫度或測(cè)量熱點(diǎn)向外輻射的能量，是電氣設(shè)備測(cè)溫普遍采用的方法。目前應(yīng)用于開關(guān)柜過熱缺陷帶電檢測(cè)主要有紅外精確測(cè)溫、紅外窗口測(cè)溫、無線測(cè)溫等方法。

1)紅外精確測(cè)溫通過感測(cè)物體紅外輻射能量進(jìn)行測(cè)溫，是一種非接觸測(cè)量方法，具有遠(yuǎn)距離、不接觸、實(shí)時(shí)、快速等特點(diǎn)，在高壓電力設(shè)備的溫度在線監(jiān)測(cè)領(lǐng)域中得到越來越廣泛的應(yīng)用〔12〕。但由于開關(guān)柜過熱缺陷均封閉于金屬外殼中，熱點(diǎn)熱輻射經(jīng)輻射或?qū)α鱾鲗?dǎo)到金屬外殼將會(huì)發(fā)生明顯衰減，很難象測(cè)量其它敞開式設(shè)備熱點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，只能通過精確測(cè)溫，分析開關(guān)柜金屬外殼局部溫度圖像特征來推導(dǎo)內(nèi)部過熱情況，對(duì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的開關(guān)柜，目前仍沒有成熟模型通過外殼溫度來準(zhǔn)確判斷內(nèi)部熱點(diǎn)溫度。

2)紅外窗口測(cè)溫是通過在開關(guān)柜金屬外殼安裝能透過紅外線的窗口來實(shí)現(xiàn)對(duì)開關(guān)柜內(nèi)部熱點(diǎn)的紅外測(cè)溫的方法，可以很好地解決不能直接測(cè)量熱點(diǎn)溫度的問題，但由于紅外窗口改變了開關(guān)柜安全防護(hù)性能，由此可能帶來人員安全風(fēng)險(xiǎn)。因此需開關(guān)柜生產(chǎn)廠家提供安裝了紅外測(cè)溫窗口的開關(guān)柜安全防護(hù)性能報(bào)告。

3)無線測(cè)溫是通過在開關(guān)柜內(nèi)部各可能發(fā)生過熱缺陷點(diǎn)安裝測(cè)溫傳感器，然后通過無線傳輸至柜體外的接收裝置上來實(shí)現(xiàn)熱點(diǎn)溫度的實(shí)時(shí)測(cè)量。該方法測(cè)溫準(zhǔn)確度高，安全。但由于安裝在開關(guān)柜內(nèi)的傳感器將改變開關(guān)柜的電場(chǎng)結(jié)構(gòu)及絕緣距離，可能造成設(shè)備故障。且無線測(cè)溫裝置的使用壽命及穩(wěn)定性仍需解決。

2.5 機(jī)械缺陷帶電檢測(cè)技術(shù)

目前對(duì)于開關(guān)柜機(jī)械缺陷的帶電檢測(cè)技術(shù)僅限于對(duì)分、合閘線圈電流的監(jiān)測(cè)，且應(yīng)用尚不成熟，而對(duì)于開關(guān)柜內(nèi)斷路器機(jī)構(gòu)卡澀、分(合)閘速度、彈跳次數(shù)(時(shí)間)、開距、同期不滿足等問題仍缺乏有效的帶電檢測(cè)手段。

3 基于局部放電帶電檢測(cè)技術(shù)的開關(guān)柜檢修決策

在開關(guān)柜帶電檢測(cè)中，測(cè)得局部放電信號(hào)的強(qiáng)度和局部放電的真實(shí)放電量、類型以及傳播路徑有關(guān)。由于局部放電類型和傳播路徑的復(fù)雜變化，以及檢測(cè)信號(hào)強(qiáng)度和真實(shí)放電量之間的不確定關(guān)系，不能簡單的由信號(hào)強(qiáng)度判斷局部放電量或判斷絕緣缺陷嚴(yán)重程度。缺陷嚴(yán)重程度應(yīng)根據(jù)局部放電類型和放電源位置，對(duì)比歷次特高頻檢測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合超聲波局部放電檢測(cè)、運(yùn)行工況等其它狀態(tài)信息做出綜合判斷(如圖2)。

圖2 嚴(yán)重程度綜合分析

綜上所述，通過開關(guān)柜帶電局部放電檢測(cè)能夠有效發(fā)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部局部放電，對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可以準(zhǔn)確判斷局部放電缺陷類型，通過定位技術(shù)可以對(duì)局部放電源進(jìn)行精準(zhǔn)定位，通過結(jié)合開關(guān)柜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、歷史測(cè)試數(shù)據(jù)、運(yùn)行工況、運(yùn)行環(huán)境等因素綜合分析，可以給出準(zhǔn)確的檢修決策，指導(dǎo)檢修工作的開展，有效減少開關(guān)柜絕緣事故的發(fā)生，提高設(shè)備健康水平及供電可靠性。

4 結(jié)語

1)開關(guān)柜由于設(shè)計(jì)、材質(zhì)、制造、工藝、安裝、運(yùn)行工況、運(yùn)行環(huán)境等原因帶來的絕緣、過熱、機(jī)械等缺陷直接影響到設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2)對(duì)于開關(guān)柜內(nèi)絕緣缺陷可通過多種局部放電帶電檢測(cè)有效檢測(cè)、定位，各種局部放電帶電檢測(cè)技術(shù)對(duì)各種絕緣缺陷類型的靈敏度各有優(yōu)缺點(diǎn)，開關(guān)柜局部放電帶電檢測(cè)技術(shù)仍需完善。

3)對(duì)于開關(guān)柜內(nèi)的過熱缺陷的帶電檢測(cè)手段仍需檢測(cè)研究機(jī)構(gòu)、開關(guān)柜生產(chǎn)廠家共同研究完善。

4)對(duì)于開關(guān)柜內(nèi)機(jī)械缺陷的帶電檢測(cè)手段相對(duì)處于空白階段。

5)綜合帶電檢測(cè)結(jié)果及其它數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析是提高檢測(cè)決策準(zhǔn)確性的重要工作。

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Introduction of on-line detection technology of AC metal closed switchgear

LI Gang1，DUAN Xiaoli2，YE Huisheng2，HE Zhiqiang2，LI Ting2，XIE Yaoheng2
(1.State Grid Hunan Electric Power Corporation，Changsha 410007，China；2.State Grid Hunan Electric Power Corporation Research Institute，Changsha 410007，China)

The paper introduces major defects of AC metal closed switchgear and basic principles of several on-line detection technologies，and analyzes the application and development trend of on-line detection technologies for AC metal closed switchgear.Besides，this paper compares the technical characteristics of several on-line detection technology suited for AC metal closed switchgear.

AC metal closed switchgear；switch cabinet；on-line detection；infrared temperature measurement；partial discharge；transient earth voltage(TEV)；acoustic emission(AE)；ultra high frequency(UHF)

TM866

B

1008-0198(2016)02-0014-06

黎剛(1972)，男，高級(jí)工程師，主要從事電力系統(tǒng)設(shè)備研究、管理工作。

10.3969/j.issn.1008-0198.2016.02.003

2016-02-25