狀態(tài)檢測(cè)基本原理與應(yīng)用舉例

孫佳 張郅昂 肖傲 王玨

摘 要：文章對(duì)狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)基本原理和應(yīng)用進(jìn)行分析，選取了某地區(qū)220kv變電站電氣設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)的三個(gè)典型案例進(jìn)行分析，簡(jiǎn)述各案例的試驗(yàn)方法和診斷方式，綜合診斷故障原因。通過案例分析現(xiàn)階段狀態(tài)檢測(cè)存在的問題，針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)檢測(cè)項(xiàng)目工作注意事項(xiàng)進(jìn)行簡(jiǎn)要分析，為實(shí)際工作中存在的主要問題制定相應(yīng)對(duì)策。最后針對(duì)狀態(tài)檢測(cè)現(xiàn)狀，進(jìn)行總結(jié)與展望。

關(guān)鍵詞：狀態(tài)檢測(cè);案例;存在問題;趨勢(shì)

中圖分類號(hào)：TM507 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

電氣設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)正被廣泛應(yīng)用，逐步替代傳統(tǒng)停電定期檢修方式，是電氣設(shè)備安全可靠運(yùn)行的有力保障。

1 狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)原理

1.1 特高頻局部放電檢測(cè)技術(shù)

特高頻局放檢測(cè)用寬帶高頻天線施加到GIS組合電器設(shè)備，以檢測(cè)其內(nèi)部局放信號(hào)，能夠檢測(cè)出GIS組合電器內(nèi)部局部放電的類型和近似的位置。特高頻有內(nèi)部傳感器和外部傳感器兩種類型。特高頻局放檢測(cè)可以抗干擾、有很好的靈敏性，能夠有效地避免300MHz的電暈干擾。

特高頻局放檢測(cè)試驗(yàn)一般在設(shè)備新投運(yùn)以后，或者設(shè)備大修以后，在一個(gè)月內(nèi)進(jìn)行檢測(cè)，是對(duì)GIS設(shè)備本體進(jìn)行的一次局放檢測(cè)。如果特高頻局放檢測(cè)到異常情況還不能完全確定，應(yīng)根據(jù)設(shè)備的運(yùn)行狀況縮短測(cè)試周期，增加信號(hào)特征和趨勢(shì)探測(cè)頻譜分析[1]。針對(duì)GIS組合電器設(shè)備運(yùn)行超過十五年的，應(yīng)縮短檢測(cè)周期進(jìn)行特高頻局放檢測(cè)。

1.2 超聲波局部放電檢測(cè)技術(shù)

超聲波局部放電檢測(cè)，一類是通過接觸的方式達(dá)到檢測(cè)的目的，另一類則不直接接觸來檢測(cè)。在GIS組合電器設(shè)備中，超聲波縱波沿著六氟化硫氣體以球面波的形式向四周傳播。顯然，這種狀態(tài)下超聲波的能量很強(qiáng)，繼而通過設(shè)置在GIS設(shè)備外壁的壓敏傳感器收集超聲放電信號(hào)，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析。檢測(cè)應(yīng)確保在GIS組合電器上無其他檢修作業(yè)進(jìn)行，額定電壓、額定六氟化硫氣體、金屬殼應(yīng)是干凈和無冰的[2]。進(jìn)行室外檢測(cè)時(shí)，確保雨雪和其它氣候條件下，無噪聲干擾GIS組合電器設(shè)備。防止室內(nèi)的強(qiáng)干擾，大型設(shè)備的振動(dòng)影響檢測(cè)。

對(duì)于已經(jīng)順利通過投運(yùn)驗(yàn)收耐壓試驗(yàn)的電氣設(shè)備，需在1.2Ur/電壓和1.0Ur/電壓下分別進(jìn)行超聲波局放檢測(cè)，作為運(yùn)行數(shù)據(jù)比對(duì)。新設(shè)備投運(yùn)后，要分別于投運(yùn)一個(gè)月內(nèi)和投運(yùn)一年時(shí)進(jìn)行局放檢測(cè)，大修后的設(shè)備檢測(cè)時(shí)間與新投運(yùn)設(shè)備一致。例行檢測(cè)周期一般介于6個(gè)月到一年之間。

1.3 暫態(tài)地電壓局部放電檢測(cè)技術(shù)

暫態(tài)地電壓傳感器與傳統(tǒng)RF耦合電容器相似，暫態(tài)地電壓傳感器殼體既有絕緣功能，又有保護(hù)功能。因?yàn)殚_關(guān)柜體存在電阻，局放產(chǎn)生的電流行波必然存在損耗，金屬柜體表面的暫態(tài)地電壓不只與局部放電量有關(guān)，還與放電的位置、傳播的途徑、金屬柜體內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及斷口的大小息息相關(guān)。由此無法根據(jù)暫態(tài)地電壓的檢測(cè)結(jié)果推導(dǎo)出局放量的多少，但可近似認(rèn)為，在某次具體的檢測(cè)過程中，放電類型與頻譜分布確定，使用相同儀器，得到的暫態(tài)地電壓信號(hào)的強(qiáng)弱與放電量成正比關(guān)系。

1.4 紅外熱像檢測(cè)技術(shù)

紅外線輻射無處不在，波長(zhǎng)0.75μm至1000μm的電磁波叫做紅外線。紅外熱像儀是現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)紅外檢測(cè)中目前為止最先進(jìn)的儀器，近些年發(fā)展速度很快，應(yīng)用范圍較廣。

紅外檢測(cè)金屬則受材質(zhì)、光潔度、顏色和平整度的影響很大，如銅材質(zhì)發(fā)射率高于鋁材質(zhì)，表面光潔發(fā)射率越低，深顏色比淺顏色發(fā)射率高，平整度越高則發(fā)射率越低。

工作地點(diǎn)經(jīng)常用到160×120、320×240以及640×480像素等三種規(guī)格的像素探測(cè)器。測(cè)溫范圍，一般儀器的最大測(cè)溫范圍是-40℃至1000℃。將其分成幾個(gè)小測(cè)溫范圍，分別是-40℃至120℃、0℃至500℃、350℃至1000℃。在不超過測(cè)量范圍的情況下，盡量選用低溫度范圍。在現(xiàn)場(chǎng)一定要選擇好范圍，否則分析軟件不能辨析[1]。

1.5 紫外熱像檢測(cè)技術(shù)

紫外線是一種不可見光，短波紫外線280nm至100nm、中波紫外線315nm至280nm、長(zhǎng)波紫外線400nm至315nm。通過使用紫外熱像儀器接收放電產(chǎn)生的太陽(yáng)日盲區(qū)，即電暈、電弧放電產(chǎn)生紫外線，產(chǎn)生的紫外線波長(zhǎng)范圍介于230nm和405nm之間。太陽(yáng)輸出的240nm至280nm的紫外信號(hào)，經(jīng)處理成像并與可見光圖像疊加，以確定電暈位置和強(qiáng)度，這就是紫外線成像技術(shù)的基本原理。紫外成像檢測(cè)器可以檢測(cè)電暈放電強(qiáng)度，電暈放電的形態(tài)、頻度以及電暈放電的長(zhǎng)度，紫外成像儀在最大增益下，觀測(cè)到短接絕緣子干弧距離的電暈放電長(zhǎng)度。

1.6 泄露電流檢測(cè)技術(shù)

避雷器泄露電流檢測(cè)技術(shù)在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工作中是指，測(cè)量全電流和阻性電流，通過比對(duì)初值和歷年數(shù)據(jù)，以判斷避雷器受潮情況和閥片是否存在劣化。全電流是測(cè)試線接在計(jì)數(shù)器上直接測(cè)量，相比阻性電流來說，靈敏度不高。阻性電流是經(jīng)過不同算法得出的數(shù)據(jù)，相對(duì)來說，靈敏度較高，其檢測(cè)原理也分為很多種類?，F(xiàn)在有兩類測(cè)試電子儀器用于避雷器阻性電流測(cè)試。其中，一類不用測(cè)運(yùn)行電壓，一類需測(cè)量運(yùn)行相電壓。

2 狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用舉例

2.1 某220千伏變電站I母電壓互感器超聲波局部放電案例

2016年6月17日發(fā)現(xiàn)，該站220千伏I母線C相電壓互感器GIS局放圖譜異常，存在局部放電情況。因圖譜異常，2016年7月10日再次進(jìn)行超聲波局放檢測(cè)。第二次檢測(cè)圖譜與第一次試驗(yàn)數(shù)據(jù)圖譜基本一致，通過特高頻技術(shù)檢測(cè)，沒有明顯的異常圖譜出現(xiàn)。根據(jù)圖譜顯示，決定縮短檢測(cè)周期觀察放電狀況的發(fā)展。根據(jù)超聲局放圖譜可以推斷，雖然圖譜顯示的放電量比較有限，但長(zhǎng)此以往，也將對(duì)絕緣材料產(chǎn)生一定的破壞甚至擊穿，是電網(wǎng)安全穩(wěn)定的一大隱患。

2.2 某220千伏變電站二號(hào)站用變避雷器泄露電流案例

某220千伏變電站二號(hào)站用變避雷器型號(hào)是YH10WZ2-96/232，2016年4月25日泄露電流測(cè)試中，B相避雷器總電流為0.379mA，阻性電流基波峰值為0.047mA，明顯高于AC相的測(cè)試值。同年6月1日，再次進(jìn)行阻性電流跟蹤測(cè)試，發(fā)現(xiàn)該避雷器的總電流增長(zhǎng)到0.385mA。經(jīng)過比對(duì)AC兩相數(shù)據(jù)以及歷史數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，AC相無明顯變化，而B相的全電流數(shù)值變化明顯，分析可能是該避雷器內(nèi)部閥片性能下降造成的。進(jìn)行紅外熱像檢測(cè)，但B相未顯示出明顯的異常，不過泄露電流測(cè)試的數(shù)據(jù)又指明了B相避雷器存在缺陷。隨即對(duì)其進(jìn)行停電試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)較例行試驗(yàn)數(shù)據(jù)有變化，說明該避雷器已經(jīng)發(fā)生劣化，不能完全滿足安全運(yùn)行的條件。但由于尚未達(dá)到無法使用的程度，為了設(shè)備安全起見，同年9月進(jìn)行更換。案例中運(yùn)用了泄露電流測(cè)試、紅外成像技術(shù)、高壓試驗(yàn)方法結(jié)合的方式，綜合診斷分析了設(shè)備的故障，杜絕了避雷器的帶病運(yùn)行。

3 狀態(tài)檢測(cè)實(shí)際應(yīng)用中存在的問題

3.1 紅外熱像檢測(cè)存在問題

紅外熱像檢測(cè)過程中，應(yīng)注意氣象條件和日照輻射對(duì)其的影響，同時(shí)應(yīng)該注意被拍攝設(shè)備視角問題，尤其注意電流致熱型設(shè)備負(fù)荷對(duì)熱點(diǎn)溫度的影響。由于容易散熱，電壓致熱型的電氣設(shè)備缺陷在其表面不會(huì)顯示的很明顯，溫度較低時(shí)測(cè)得的設(shè)備溫度較低。

3.2 組合電器與開關(guān)柜檢測(cè)存在問題

在平時(shí)的狀態(tài)檢測(cè)工作中，超聲波局放一般不單獨(dú)使用，和特高頻局放配合比較多。二者相輔相成，對(duì)狀態(tài)檢測(cè)具有重要作用。非接觸式超聲波局放檢測(cè)要特別注意，暫態(tài)地電壓檢測(cè)易受干擾信號(hào)影響。按照帶電檢測(cè)指導(dǎo)意見的要求，開關(guān)柜局放應(yīng)每年完成超聲局放檢測(cè)和暫態(tài)地電壓（TEV）檢測(cè)。但從實(shí)際開展情況來看，發(fā)現(xiàn)缺陷率非常低，應(yīng)通過增加儀器配置、加大現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)人員培訓(xùn)力度等方式，提高開關(guān)柜檢測(cè)效率。

3.3 金屬氧化物避雷器檢測(cè)存在問題

泄露電流檢測(cè)能夠發(fā)現(xiàn)避雷器因內(nèi)部受潮而產(chǎn)生的內(nèi)部絕緣下降和氧化鋅片的劣化等問題。測(cè)試結(jié)果易受到環(huán)境溫濕度、相間雜散電容、諧波、電磁場(chǎng)等外界因素的影響。分析時(shí)要綜合多次測(cè)量結(jié)果，判斷檢測(cè)設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行情況。根據(jù)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)情況，綜合紅外和高頻檢測(cè)結(jié)果分析判斷，必要時(shí)則需要停電診斷。

4 狀態(tài)檢測(cè)發(fā)展趨勢(shì)

基于超高頻、超聲波和高頻脈沖電流法聲電聯(lián)合GIS局放檢測(cè)技術(shù)，聯(lián)合甄別放電類型，并通過超高頻局放源，再進(jìn)行初步定位。精確定位則需要利用超聲信號(hào)配合，通過聲電聯(lián)合甄別放電類型。

光聲光譜檢測(cè)技術(shù)是以氣體與電磁輻射的光聲效應(yīng)為理論基礎(chǔ)。其原理是，油中溶解的氣體吸收紅外線產(chǎn)生溫升，然后釋放熱能，氣體按照比例產(chǎn)生壓力波，該壓力波強(qiáng)度與所測(cè)氣體的濃度成比例。

開關(guān)柜的局部放電檢測(cè)方法，有暫態(tài)地電壓檢測(cè)法、UHF檢測(cè)法、超聲波檢測(cè)法等。同步聯(lián)合檢測(cè)方法即將全面應(yīng)用于開關(guān)柜局部放電檢測(cè)中，三者方法相結(jié)合，更能有效檢測(cè)出開關(guān)柜的局放情況。由于變電站布置的開關(guān)柜數(shù)量較多，對(duì)每個(gè)變電站的每臺(tái)開關(guān)柜進(jìn)行檢測(cè)，工作量大。應(yīng)采取先普測(cè)、后排查的檢測(cè)策略。

參考文獻(xiàn)

[1] 張興萍，徐婷，王鵬飛.帶電檢測(cè)技術(shù)的重要意義探討[J].科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊，2015（15）：81-82.

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