孫振華，馮金蘢，歐陽(yáng)力，鄒學(xué)偉

(國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司衡陽(yáng)供電分公司，湖南衡陽(yáng)421001)

開關(guān)柜超聲波局放檢測(cè)抗干擾方法研究

孫振華，馮金蘢，歐陽(yáng)力，鄒學(xué)偉

(國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司衡陽(yáng)供電分公司，湖南衡陽(yáng)421001)

對(duì)存在局部放電的開關(guān)柜的超聲波信號(hào)以及其他非局放的異常信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，建立典型頻譜庫(kù)，從而找到用以區(qū)分干擾信號(hào)和局放信號(hào)的特征規(guī)律，提出一種開關(guān)柜超聲波局放檢測(cè)的抗干擾分析方法，為開關(guān)柜的缺陷定性以及停電診斷檢修提供支持。

開關(guān)柜局部放電；超聲波局放檢測(cè)；頻譜分析；抗干擾方法

隨著狀態(tài)檢修工作在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用不斷深入，帶電檢測(cè)發(fā)揮著越來越重要的作用。國(guó)家電網(wǎng)公司《電力設(shè)備帶電檢測(cè)技術(shù)規(guī)范(試行)》規(guī)定，開關(guān)柜帶電檢測(cè)項(xiàng)目包括紅外測(cè)溫、超聲波局部放電檢測(cè)和暫態(tài)地電壓局部放電檢測(cè)，而紅外測(cè)溫僅能檢測(cè)開關(guān)柜的發(fā)熱缺陷，且因金屬鎧裝的屏蔽其檢測(cè)效果不甚理想，無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備局放缺陷。因此，就必須借助超聲波和暫態(tài)地電壓局部放電檢測(cè)進(jìn)行綜合判斷〔1-2〕。

在進(jìn)行開關(guān)柜局放帶電檢測(cè)時(shí)，超聲波局部放電檢測(cè)是效果最明顯的一種檢測(cè)手段，但超聲波局部放電檢測(cè)易受現(xiàn)場(chǎng)外部環(huán)境及設(shè)備其他原因的干擾，易造成對(duì)開關(guān)柜內(nèi)設(shè)備故障的誤判〔3-5〕。文中通過收集開關(guān)柜內(nèi)局部放電以及其他非局放產(chǎn)生的異常超聲波信號(hào)，并對(duì)這些超聲波信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，用以區(qū)分局放信號(hào)和干擾信號(hào)，提出了一種開關(guān)柜超聲波局放檢測(cè)的抗干擾方法，可為開關(guān)柜的局部放電缺陷定性以及現(xiàn)場(chǎng)停檢修提供指導(dǎo)。

1 抗干擾方法的必要性分析

自2011年以來，某供電公司在開關(guān)柜專業(yè)化巡檢中發(fā)現(xiàn)多起開關(guān)柜內(nèi)部局部放電缺陷，但同時(shí)由于干擾信號(hào)的存在而導(dǎo)致缺陷誤判，造成設(shè)備誤停電，嚴(yán)重影響了供電的可靠性和連續(xù)性。圖1為某供電公司2011-2013年開關(guān)柜超聲波局放檢測(cè)應(yīng)用情況統(tǒng)計(jì)。

由圖1可知，超聲檢測(cè)誤判導(dǎo)致開關(guān)柜停電數(shù)量較多。超聲波局放檢測(cè)誤判導(dǎo)致開關(guān)柜停電的主要原因是超聲波局放檢測(cè)易受現(xiàn)場(chǎng)外部環(huán)境及設(shè)備其他因素等影響，使得超聲波局放檢測(cè)到過多的非局放信號(hào)而造成誤判。因此，在開關(guān)柜超聲波局放帶電檢測(cè)工作中，如何排除外界干擾，并準(zhǔn)確捕獲局放信號(hào)就顯得尤為重要。

圖1 開關(guān)柜超聲波局放檢測(cè)應(yīng)用情況統(tǒng)計(jì)

2 基于頻譜分析的超聲檢測(cè)抗干擾方法

2.1 測(cè)試信號(hào)特征分析

2.1.1 現(xiàn)場(chǎng)聲音辨別

超聲波局放現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)，周邊不同的聲源信號(hào)都將進(jìn)入儀器，但不同聲源信號(hào)具有不同的聲音特征，為此可利用超聲波局放檢測(cè)儀的耳機(jī)來辨別信號(hào)的來源。對(duì)于單純的背景噪聲信號(hào)，可聽到微弱的“沙沙”聲；當(dāng)存在局部放電信號(hào)時(shí)，可聽到不連貫的“啪啪”聲以及較為連貫低沉的“嗡嗡”聲；若存在振動(dòng)干擾信號(hào)，可聽到高亢的“噓噓”風(fēng)鳴聲。基于上述聲音特征，可對(duì)檢測(cè)進(jìn)行初步判斷。

2.1.2 時(shí)域波形分析

為直觀分析檢測(cè)信號(hào)的時(shí)域波形，可將其導(dǎo)入聲音分析軟件中，提取時(shí)域波形，如圖2所示。通過對(duì)比分析，可發(fā)現(xiàn)背景噪聲信號(hào)在時(shí)域范圍內(nèi)較為平緩，無較大的波動(dòng)，信號(hào)幅值較為穩(wěn)定，如圖2(a)所示；局部放電信號(hào)與干擾信號(hào)在時(shí)域范圍內(nèi)均有較大的波動(dòng)，信號(hào)幅值呈振蕩的模式上下波動(dòng)，但進(jìn)行比較，可發(fā)現(xiàn)局部放電信號(hào)的振蕩的波形更為規(guī)律，可以等效為一個(gè)振蕩周期的不斷重復(fù)，如圖2(b)所示；而干擾信號(hào)的幅值波動(dòng)隨意性較大，在檢測(cè)時(shí)間內(nèi)無明顯可見的規(guī)律，如圖2(c)所示。

2.1.3 頻譜分析

為進(jìn)一步確認(rèn)不同信號(hào)的特征，利用FFT變換，對(duì)超聲檢測(cè)的時(shí)域信號(hào)進(jìn)行頻域分析，并利用38.4 kHz的信號(hào)進(jìn)行外差調(diào)制，其分析結(jié)果如圖3所示。通過對(duì)比分析可知，背景噪聲信號(hào)的頻譜曲線較為平滑，幅值大于-20 dB的頻率主要位于1～4 kHz區(qū)間，如圖3(a)所示；局部放電信號(hào)的頻譜曲線較陡，幅值大于-20 dB的頻率位于500～2 kHz區(qū)間，主要在1.6 kHz附近，如圖3(b)所示；振動(dòng)干擾信號(hào)的頻譜曲線更為陡峭，幅值大于-20 dB的頻率位于2～4 kHz區(qū)間，主要在2.5 kHz附近，如圖3(c)所示。根據(jù)外差調(diào)制結(jié)果，局放信頻譜曲線的峰值頻率約為40 kHz左右，這與局部放電時(shí)產(chǎn)生的超聲波信號(hào)中心頻率為40 kHz較為吻合，干擾信號(hào)的峰值頻率為2 500 Hz，與局部放電信號(hào)存在較為明顯的差異，據(jù)此可進(jìn)一步判斷局放信號(hào)和非局放信號(hào)。

圖2 不同信號(hào)的時(shí)域波形

2.2 測(cè)試數(shù)據(jù)

基于上述分析方法，2014年春檢及迎峰度夏期間，某供電公司對(duì)5個(gè)110 kV變電站和1個(gè)220kV變電站的開關(guān)柜進(jìn)行了超聲波局部放電檢測(cè)，共涉及開關(guān)柜83面。經(jīng)聲音辨識(shí)、時(shí)域分析和頻域分析以及停電檢修，最終確認(rèn)正常信號(hào)67面，異常信號(hào)8面，缺陷信號(hào)8面，確認(rèn)結(jié)果見表1。

表1 開關(guān)柜局部放電檢測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)面

2.3 抗干擾分析方法

根據(jù)開關(guān)柜超聲波局放現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)情況，抗干擾的主要步驟為:

1)聲音初步辨識(shí):根據(jù)背景信號(hào)、干擾信號(hào)以及局部放電信號(hào)在經(jīng)過降頻輸出后在聲音特征，對(duì)輸出的音頻信號(hào)進(jìn)行監(jiān)聽及初步區(qū)分。

2)時(shí)域分析:背景信號(hào)時(shí)域波形較為平緩，幅值無明顯波動(dòng)；局部放電信號(hào)時(shí)域波形波動(dòng)劇烈且較為規(guī)律，存在一定的周期性；振動(dòng)干擾信號(hào)時(shí)域波形也具備一定的波動(dòng)性，但波動(dòng)無規(guī)律?？赏ㄟ^以上3種信號(hào)的時(shí)域特點(diǎn)，對(duì)背景、局放、振動(dòng)干擾3種信號(hào)進(jìn)行更進(jìn)一步辨別。

3)頻域分析:局部放電信號(hào)的峰值一般位于1.6 kHz附近，干擾信號(hào)的峰值則偏離該頻率，以此可作為區(qū)分局部放電及干擾的進(jìn)一步依據(jù)。

3 現(xiàn)場(chǎng)案例分析

3.1 振動(dòng)干擾信號(hào)案例

試驗(yàn)人員在對(duì)某110 kV變電站進(jìn)行帶電檢測(cè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)320開關(guān)柜的超聲波檢測(cè)數(shù)據(jù)達(dá)到20 dB，超過《電力設(shè)備帶電檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》閾值15 dB。為此，試驗(yàn)人員采用超聲波檢測(cè)抗干擾分析方法，首先采用聲音辨識(shí)，其聲音信號(hào)無不連續(xù)的“啪啪”聲或連續(xù)低沉的“嗡嗡”聲，判斷為非局放信號(hào)；聲波信號(hào)的時(shí)域圖也較為隨意，無明顯規(guī)律，聲音頻域波形中幅值最大的頻率為2.8 kHz左右，與1.6 kHz有較大區(qū)別，較符合振動(dòng)干擾信號(hào)頻譜，如圖4所示。

圖4 振動(dòng)信號(hào)頻譜分析

綜上分析，判斷320開關(guān)柜異常信號(hào)為振動(dòng)干擾，無需立即停電處理。利用停電檢修機(jī)會(huì)打開320開關(guān)柜后柜門進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)異常情況，將后柜門恢復(fù)后檢測(cè)，超聲信號(hào)由20 dB下降為4 dB，故判斷該異常信號(hào)為開關(guān)柜后柜門蒙板振動(dòng)所導(dǎo)致。

3.2 母排放電局放案例

試驗(yàn)人員在對(duì)某220 kV變電站進(jìn)行帶電檢測(cè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)10 kVⅡ母328，332，336和342開關(guān)柜的超聲波檢測(cè)數(shù)據(jù)均超過《電力設(shè)備帶電檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》的閾值15 dB。試驗(yàn)人員通過人耳辨識(shí)時(shí)的聲音為連貫的低沉“嗡嗡”聲，聲波信號(hào)的時(shí)域圖有一定的規(guī)律，頻譜圖中幅值最大的頻率為1 700 Hz左右，與1 600 Hz差別不大，其336開關(guān)柜的時(shí)域及頻譜圖如圖5所示。

圖5 局放信號(hào)頻譜分析

綜合判斷，10 kVⅡ母328，332，336，342開關(guān)柜存在局放的結(jié)果，建議立即停電處理。對(duì)該站10 kVⅡ母開關(guān)柜進(jìn)行停電檢查，發(fā)現(xiàn)開關(guān)柜內(nèi)受潮嚴(yán)重，金屬表面有氧化痕跡，存在白色粉末，且母排及母排下支排熱縮套有明顯的放電痕跡，確認(rèn)內(nèi)部存在局部放電。

4 結(jié)論

由于開關(guān)柜超聲波局放易受現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的干擾，導(dǎo)致超聲檢測(cè)結(jié)果容易誤判，嚴(yán)重影響了供電的可靠性和連續(xù)性。為此，文中根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試經(jīng)驗(yàn)，提出了一種基于頻譜分析的開關(guān)柜超聲波局放檢測(cè)抗干擾方法，通過聲音辨識(shí)、時(shí)域分析和頻譜分析，可以區(qū)分背景噪聲、振動(dòng)干擾和真實(shí)的局放信號(hào)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，這種方法為超聲波局放檢測(cè)抗干擾提供了一種新思路，可為現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)提供參考。

〔1〕陳巧勇，李宏雯，余睿，等.暫態(tài)地電壓和超聲波在開關(guān)柜檢測(cè)中的應(yīng)用〔J〕.浙江電力，2012，31(4):47-50.

〔2〕田原.開關(guān)柜局部放電在線檢測(cè)新技術(shù)及新產(chǎn)品〔J〕.電世界，2014，55(7):1-4.

〔3〕楊寧，閻春雨，畢建剛，等.超聲波局部放電檢測(cè)儀校驗(yàn)方法研究及應(yīng)用〔J〕.電測(cè)與儀表，2014，51(22):104-109.

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Research on anti-interference methods of switchgear ultrasonic PD detection

SUN Zhenhua，F(xiàn)ENG Jinlong，OUYANG Li，ZOU Xuewei
(State Grid Hunan Electric Power Corporation Hengyang Power Supply Company，Hengyang 421001，China)

In this article，an spectrum analysis is proposed and typical spectrum libraries are built by collecting the ultrasonic signals in the switchgears of partial discharge(PD)and abnormal signals.Then the characteristics rules of distinguishing partial discharge signals from interfering signals are found.Also，the anti-interference analysis method is put forward which provides a support for the switchgear's power failure diagnosis maintenance.

switchgear partial discharge；ultrasonic detection；spectrum analysis；anti-interference measures

TM835.1

B

1008-0198(2016)02-0046-04

孫振華(1984)，男，工程師/技師，主要從事電氣設(shè)備技術(shù)監(jiān)督及帶電檢測(cè)技術(shù)管理工作。

10.3969/j.issn.1008-0198.2016.02.011

2016-02-25