带电检测技术在配电设备状态检修中的应用

伴随着电网发展建设的推进，建立安全可靠的配电网已经在我国电网建设中扮演越来越重要的角色。在保证配电设备正常运行，不停电的情况下进行的配电设备状态检修工作，能够有效提升电网供电的稳定性和可靠性。带电检测技术是在设备不停电的情况下对配电设备进行现状分析和故障诊断的技术，能够有效预防和避免配电设备发生事故。本研究从红外测温技术、暂态地电压检测技术、超声波检测技术、高频检测技术四个带电检测技术的工作原理和适用范围进行探讨分析，分析了各自检测技术的特点、优势和劣势，同时指出对于一些复杂的检测项目需要进行综合多种检测方法进行检测，提高检测结果的科学性。

【关键词】红外测温技术 带电检测 配电设备 暂态地电压检测技术

我国的电力产业日益发展壮大，国家电网的规模和容量的不断扩大，电网的安全运行已经越来越受到关注。在整个电力系统中共包括了发电、变电、输电、配电四个主要部分，配电是将电力送至千家万户的最后一个步骤，将电网中的电力通过各种变电配电设备，进行合理的电能分配，关系到广大百姓的用电需求。配电的最终目的都是为了提高电力输送的安全稳定，配电设备状态检修作为保证输送稳定的重要步骤，在电力工作中正扮演越来越重要的角色。

由于未能及时检修造成的配电设备使用寿命降低的现象正变得越来越明显，设备事故的发生的概率也有所提高。本研究就带电检测技术在配电设备状态检修中应用进行探讨，以提高我国的配电设备故障检测诊断的能力。

1 配电设备状态检测技术概述

进行设备的状态检修的前提是拥有充分的设备检测和分析技术。一般来说，配电设备的状态情况可以通过在线监测和带电检测进行了解。在线监测是指通过计算机系统、通信技术、网络技术等现代技术，利用具有较高抗干扰能力的通讯仪器和电力仪表，进行的配电设备监控和管理。而带电检测是指为了减少资金消耗，对设备在运行状态下进行的带电的短时间检测，此种检测常采用便携式的检测设备进行检测，用于发现电气设备的潜在故障。由于电气设备在运行状态，通常不进行续保传动检测，仅进行电气检测。

由于相关配电设备的状态检测是在设备正常运行状态下进行的，此种检测方式较为灵活方便，设备检测时间和周期可自行设置，有利于定期的配电设备状态检修工作的进行。同时，带电工作避免了停电给用户带来的经济损失，减少了用户的用电成本，提高了电网供电的稳定性及供电公司的服务质量。

2 局部放电检测技术

局部放电检测技术是进行配电设备带电检测其绝缘程度，判断绝缘体寿命的技术，它填补了传统配电设备通过绝缘电阻进行绝缘情况诊断的空白，丰富了绝缘检测的方法，减少了对绝缘电阻检测技术的绝对依赖。导致配电设备局部放电的原因包括配电设备的过电压运行、雷电冲击、谐波畸变，设备制造时绝缘材料分布不均匀、配电设备内部有空洞及其他杂质、设备表面不平整、设备表面绝缘程度不够及环境潮湿、过热等因素。

局部放电会伴随着包括HF、VHF等四种电磁波发射，并发出噪声、超声波等声音，生成氮化物、碳化物、氟化物等物质，发出紫外线、红外线灯光信号，及脉冲电流、发热等情况。由于各种因素的限制，常用于配电设备带电检测的技术包括红外测温技术、暂态地电压检测技术、超声波检测技术、高频检测技术等。

2.1 红外测温技术

2.1.1 工作原理

紅外线是一种波长在微波和可见光之间的电磁波，波长在760nm到1mm之间，也可称为红外辐射。而红外测温技术是利用红外线对温度敏感的物理特点进行测量的技术，可以反映出物体表面辐射的能量分布情况。任何温度高于绝对零度的物体都会发出红外线，且红外线具有反射、折射、散射等特点，使得红外测温技术的实现成为可能。

红外测温技术能够在不与被测物体接触的情况下进行测量，能够进行远距离的测量，不必拆解设备，无需取样，检测速度快，灵敏度高等特点，能够及时有效的监测到配电设备的温度情况，并判断是否发生过热，了解设备问题发生的位置和程度，判断出配电设备的早期故障并对设备的绝缘性能进行评判。

2.1.2 适用范围

红外测温技术对检测的环境无特殊要求，一般检测时配电设备均可使用该种检测方法，检测是通常对被测设备进行大范围的快速扫描，适用于因电流导致的发热，可以进行被测设备整体发热情况的监测。但准确检测时主要是针对于电压导致发热内部故障，对于检测的环境和仪器有着一定的要求，在检测时需要消除风速和其他辐射造成的干扰，以免影响被测设备的故障判断。

如今在实际应用中先使用一般检测方法进行快速检查，然后对快速检查中发现的问题进行准确检测，这种检测手段既能保证检测速度，同时又能提高检测的准确性。对于因为环境因素的影响，导致设备在散热和热传导上的差异，检测得出的发热点的温度升高存在误差，进而导致对被测设备发热故障的判断的误差。

由于红外测温技术只能观察配电设备表面的温度情况，对于设备内部的温度情况难以进行感知，也难以对因设备内部发生过热导致的故障进行监测。对于不同被测设备、不同检测材料的发热情况不一样，不同环境下的允许温升也不同、测量存在误差、测量位置的随机性等问题，所测得的温升可能会有很大的温差，因此通过温升来分析判断检测设备的热故障存在一定的局限性。现在的红外测温技术还处在依靠对红外图谱的定性分析，容易受到人为因素的干扰。

2.2 暂态地电压检测技术

2.2.1 工作原理

暂态地电压检测技术是通过利用局部放电时产生的电磁波，经过检测设备传至地面并产生暂态电压脉冲的原理进行检测的技术。产生局部放电故障时，电子由带电设备传至其他位置，并由电流产生电磁波，向两侧进行传播，因为电磁传播的趋肤效应，电磁波先向附近的金属物体表面进行传播，其中的大多数电磁波信号受设备金属外壳隔绝，只有少部分通过金属外壳向设备内部进行传播，当电磁波在设备内部继续进行传播并再次接触到金属表面时，会产生时间极短的电压信号，即暂态地电压。

2.2.2 适用范围

暂态地电压检测技术需要使用专门的暂态地电压传感器进行检测，检测范围包括开关柜、环网柜、配电柜等配电设备的内部局部放电，通过安装在被测设备外表面的两个暂态地电压传感器测得电压的时间差，可基本定位到局部放电的位置，获得局部放电的强度和频度。暂态地电压的大小与局部放电的大小、传播过程中衰减的程度相关，其中衰减的程度和局部放电的位置、被测设备内部的结构特点和被测设备外壳缝隙的大小有关。

一般来说，放电位置越近，暂态地电压传感器检测的暂态电压值就越高。暂态电压信号和局部放电活动的程度关系可以用dB/mV表示。暂态地电压检测技术对于检测配电设备内部绝缘情况具有良好的效果，如金属尖端、绝缘气隙、悬浮点位等。

2.3 超声波检测技术

2.3.1 工作原理

倘若被测设备无局部放电的情况，被测设备周围的电场应力、介质应力、粒子力处于相对平衡。由于局部放电的影响，原有的相对平衡的状态被打破，放电时电荷的迁移，使得正负电荷发生中和，并造成一股电流脉冲，在释放电的区域迅速的温度上升，受热膨胀，其效果与爆炸发生时的区域变化相似。

电流通过之后，原来受热膨胀的地区迅速恢复到原有的平衡状态，局部地区因放电造成体积变化，使得介质的紧密情况产生差别，释放电的区域电场应力、介质应力、粒子力失衡发生震荡，产生了频率在20-200KHz的超声波。局部放电发生后产生的超声波以球面的形式向四面八方进行传播，在被测设备的表面衍生出各种形式的波，包括纵波、横波、表面波等，产生的声波其频率范围囊括了全部的声波范围。

在实际应用中需要在传感器的测量表面涂抹超声耦合剂，在保证传感器和被测设备之间无明显气泡和空隙，减少超声信号的衰减并提高测试的灵敏度。

2.3.2 适用范围

超声波具有频率高、波长短、方向性强和能量相对集中的特点，因此比较容易感知和定位。超声波检测技术目前常应用在待测设备的表面放电检测中，在待测设备的金属外表面安装超声波传感器，已检测产生的超声波信号。超声波信号的振幅和相位取决于局部放电的大小。同等强度的局部放电，其振幅受到介质弹性系数的影响。对于不同传播介质而言，经过气体传播后的超声波信号较大，经过液体和固体传播后的超声波信号较小。

超声波检测技术应用于配电设备的局部放电中，可用于检测配电变压箱、开关柜、环网柜、配电柜、电缆箱和断路器等设备的放电情况，还可用于检测六氟化硫气体泄漏造成的超声波变化。超声波对于部分设备内部放电的超声波較小，振动幅度较小，难以采用超声波检测技术进行检测。由于超声波检测技术抗干扰能力较好，尤其是抗电磁干扰性能好，它是目前仅次于超高频检测技术的一种成熟的局部放电检测方法。

2.4 高频检测技术

2.4.1 工作原理

高频检测技术是利用频率范围在3-30MHz的电流脉冲进行待测设备局部放电产生的电流脉冲信号的收集和分析，在设备带电情况下进行设备绝缘情况的检测。被测设备局部放电产生的电流在设备内部传播的过程中会产生电磁场，此时利用包括电子计算机断层扫描、罗氏线圈Rogowski Coil等在内的电感应器测量电流产生的电磁场。在检测设备中，高频段的检测可以收集放电时的电磁波情况，同步输入端口也能够接收到由同步线圈采集的参考相位信号。

通过对放电电磁波的形状的提取，通过聚类分析的方法将放电信号和干扰信号进行区分，摆脱噪声对信号分析的干扰，有效避免噪声淹没电磁波信号的情况。另外根据对不同信号源的信号的分离，能够比较准确的判断放电的类型，此种情况下尤其适合在复杂的带电情况下的检测。

2.4.2 适用范围

高频检测技术通常使用高频版本的穿心式电流互感器进行检测，通过接地线和交叉互联线进行待测设备的局部放电检测，一般常用在配电设备的终端设备上及配电设备电缆的接头设备上。目前高频检测技术对于颗粒毛刺和绝缘盆内部缺陷的放电检测较为灵敏，但由于此种方法容易受到设备内和外环境信号的干扰，因此在测量时应尽量避免干扰信号的干扰，并进行不同时间的多次反复测量。

3 结语

配电设备的状态检修是提高供电水平的重要方法，并根据设备的性能状态进行配电设备故障的事先预防。对配电设备进行带电检测可以了解设备存在的潜在问题，对可能发生的故障做出预判，有效避免配电设备故障造成的损失，提高设备检测修理的针对性，延长设备的使用期，降低设备维护费用。

由于配电设备种类多样，结构复杂，不同的配电设备的故障和检测方法也存在差异，采用固定一种状态检测方法难以达到有效的故障检测效果。对于采用任何一种检测方法其检测数据都具有一定的参考价值，但不可避免的有其局限性。检测技术是进行配电设备检测的技术方法，但检测数据才是状态检测真正有价值的东西，通过分析数据信息并结合检测方法的技术原理，判断设备的状态信息是否正常，有无潜在的故障发生可能。

同时，进行带电检测设备状态不仅仅是确定设备是否存在故障问题，更是通过分析数据发现设备存在的不正常状态，在大量的检测数据中探究出在配电设备状态检修工作的存在的普遍规律，进而指导今后的配电检修工作。当前我国的配电检修工作程序还不十分成熟，配电检修技术仍有待进一步完善，配电检修人员的操作水平较低，辅助进行带电检测的工具配套仍需进一步完善。

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作者简介

李业顺（1988-），男，汉族，山东省淄博市人。研究生学历。现供职于国网淄博供电公司。研究方向为配电检修。

作者单位

国网淄博供电公司 山东省淄博市 255000