带电检测技术的应用实例分析

陈佳胜，冯 城，张 晟，李 义，周佩锦

（贵州电网有限责任公司毕节供电局，贵州 毕节 551700）

0 引 言

随着电力电网规模的扩大和电力负荷的提高，电网中的高压设备由于操作、运转、使用频率、年限以及所处环境等影响，损坏和故障不断增加，状态检修性的预防维护要求不断提高。状态检修过程中，因停电检测损耗的物力、人力以及时间成本很大。带电检测技术因不停电、检测手段方便以及时间耗费少等优点得到了电力人员的认可，广泛应用于实际。

1 背景及意义

目前，电网公司进行带电检测技术方式主要包含红外成像测温检测、紫外成像电晕检测、暂态地电压检测、超声波检测、红外成像检漏检测以及有载调压开关声学振动检测等。它们的工作原理、检测内容对象以及工作波段不同，检测目标也存在差异，且都存在一定的局限性。单独的一种检测技术无法检测众多的故障类型，若将多种带电检测技术结合应用，将会大幅增强对设备缺陷的全面检测能力，完善电力系统的故障检测系统[1]。例如，可用红外成像技术检测放电积累或者漏电流引起的温升，可使用紫外成像放电技术和局部放电技术检测放电。

2 技术描述

2.1 红外成像测温检测技术

红外光是波长在0.75～1 000 μm的电磁波，是人眼不能观察到并带有热能辐射的一种光。任何温度高于绝对零度（即-273.15 ℃）的物体都会发出红外线。红外光会被大气中多原子极性分子吸收使辐射能力减弱，但其中存在的3个波段的红外光穿透力强。根据波段范围的不同，可划分为近红外（0.75～3 μm）、中红外（3～5 μm）以及远红外（8～14 μm）。电力行业中常运用波长为8～14 μm波段的红外线，原理为物体的红外辐射经过镜头聚焦到红外探测器，探测器产生信号，信号经过放大和数字化传输到达成像仪的电子处理部分转换成显示器上的红外图像，从而把不可见的红外辐射转换成可见的图像[2]。对于同一物体，它的温度越高，发射的红外线就越强，即红外光的强烈跟温度有对应关系。如图1所示，红外检测技术通过探测红外线的强弱来判断设备的温度高低，进而判断设备的热缺陷。

图1 红外成像测温检测原理图

2.2 紫外成像电晕检测技术

波长在0.01～0.4 μm的电磁波为紫外光。电力设备发生放电时，由于场强不一致，会产生引起电晕、闪络以及电弧等现象。电离过程中空气中的电子不断得到和失去能量。电子释放能量时会产生臭氧和微量的硝酸，还会辐射出声波和紫外线等[3]。空气的主要成分氮气电离时产生的紫外光波长大部分处于280～400 nm，小部分波长小于280 nm。处于日盲区内小于280 nm的紫外光，若能探测到，必定是来自地球上的辐射。如图2所示，紫外成像电晕检测技术是利用这一段太阳盲区，通过安装特殊的滤镜，在白天也能观测电晕放电现象。

图2 紫外成像电晕检测原理图

2.3 TEV暂态对地电压检测技术

如图3所示，当电力设备产生局部放电时，放电电荷首先聚拢在相邻的接地金属部分形成电磁波并沿各个方向传导，电磁波通过金属箱的连接缝隙或气体绝缘开关的衬垫传播出去，同时产生一个暂态对地电压，通过设备的金属箱体外表面传到地下[4]。所以，可通过在运行中的开关电力设备的金属外箱壳上放置一个电容耦合式传感器来测试开关设备内的局部放电情况。

图3 TEV暂态对地电压检测原理图

2.4 超声波检测技术

电力设备发生放电时，电离过程中空气中的电子不断得到和失去能量。当电子释放能量时，会辐射出声波。声波的频谱很宽，可从几十赫兹到数兆赫兹，其中高于20 kHz的信号必须用超声波传感器才能接收到。利用外差法将被接收的超声信号转换成人耳可听见和判别的声音信号，并将所产生的声音大小以声压（dBμV）的形式显示出来[4]。如图4所示，操作者通过分析耳机中传来的放电声音及设备显示屏上声压的大小来判断设备是否存在放电现象。

图4 TEV超声波检测原理图

3 带电检测技术的应用及案例分析

带电检测技术因不停电、检测手段方便以及时间耗费少等优点得到了电力人员的广泛认可。采用不停电进行设备状态评估的带电检测技术已广泛应用于实际。为有效了解带电检测技术，帮助现场进行故障分析，本文以巡检中发现的一个案例为例进行分析。案例中，测试采用了多种带电检测方式，具体情况如下。

3.1 测试细节

2016年4月，巡检人员对某110 kV变电站35 kV开关室内的开关柜进行巡检普测。变电站外围环境及站内35 kV开关室测试环境，如图5所示。测试人员巡检途中发现开关柜存在异常缺陷现象。为了准确定位缺陷点的位置，现场测试人员采用红外成像测温检测、紫外成像电晕检测、TEV暂态对地电压检测以及超声波检测等多种技术进行综合判断。

图5 变电站现场情况

3.2 TEV暂态对地电压测试情况

测试人员使用局放测试仪对开关室内的开关柜进行巡检普测，在35 kV 382柜体和35 kV联络柜384发现信号幅值从382柜向384柜方向呈衰减分布，且越远离382柜，TEV幅值衰减越多。其中，35 kV 382柜体和35 kV联络柜384的TEV测试情况如表1所示。

表1 TEV检测情况

使用局部放电定位仪的TEV脉冲模式采用外电源同步进行测试，得到的相位分布图如图6所示。可以看出，脉冲呈2个云团分布，相位间隔约180°，其中180°～270°云团分布的脉冲点较密，为典型的放电信号特征图谱。为了定位出现的异常TEV信号源，采用TEV时差定位，现场定位照片如图7所示。

图6 TEV信号脉冲相位分布图

3.3 超声波测试情况

测试人员采用超声波进行测试，现场测试情况如表2所示。

在此基础上，同时进行超声波和TEV检测，发现35 kV 382柜后侧上方套管A相的超声波信号和TEV信号的变化规律一致。TEV幅值降低时超声波检测无放电声音，TEV幅值变大时超声波检测有放电声音，而35 kV联络柜384后侧上方套管A相的超声波信号为持续性的，且声音强度较大。

3.4 紫外成像电晕测试情况

光学类成像检测技术具有远距离检测和响应速度快等优点，其中最大的优点在于直观性，可在无停电和不改变系统的运行状态下，直接通过显示屏显示出被检测设备在运行状态下的真实信息和测试结果。为了进一步验证TEV暂态对地电压和超声波的测试情况，继续采用紫外成像电晕检测技术进行测试。将便携式日盲型紫外成像仪增益调整为100%，镜头对准A相穿墙套管，得到的紫外图像如图8所示。

图7 TEV信号现场定位照片

表2 超声波检测情况

从紫外成像图可看出，图像上存在异常红色斑点，为紫外电晕放电点。因此，A相穿墙套管存在电晕放电情况，电晕放电形态呈连续性。通过肉眼观察可看到，套管连接处存在微小裂痕，可能是较大间隙导致放电现象。

图8 紫外成像检测情况

3.5 红外成像测温测试情况

电晕放电存在能量的积累，可能进一步导致设备温升。为了进一步探寻是否存在温度异常情况，采用焦平面微量热型探测器和像素640×480的红外成像仪进行测试，测试的A相套管的红外热如图9所示。

图9 A相套管的红外检测情况

从红外热图图9可看出，该图像上存在异常发亮部位，热点明显。为更明显对照异常发热情况，将A相、B相、C相拍摄在一起，有利于分析。图10为A、B、C相套管的红外检测情况。

图10 A相、B相、C相套管的红外检测情况

通过红外分析软件对热图分析得到数据，异常A相最高温度43.9 ℃，正常B相最高温度27.4 ℃。当时的环境温度为25 ℃，通过计算可得温差16.5 ℃，相对温差为87.3%。根据导则“DL/T 664 带电设备红外诊断应用规范”中相对温差大于35%，但热点温度未达到严重缺陷温度值，初步判断属于红外一般缺陷。

3.6 案例小结

在此检测中，多种检测方式均有效检测到了异常信号。

（1）TEV暂态对地电压测试中出现TEV异常，TEV幅值从384柜向382柜方向呈衰减分布规律，幅值最大为384柜后上的39 dB。从TEV信号脉冲相位分布图可以看出，它为局部放电信号，同时TEV时差法初步定位局部放电点位于35 kV 384柜后侧上方母线及穿墙套管处。

（2）超声波检测中发现在35 kV 382柜后侧上方的A相穿墙套管接头处可以听到间歇性放电声音，在35 kV联络柜384后侧上方的A相穿墙套管接头处可以听到持续性放电声音。

（3）紫外成像电晕测试中发现在与35 kV联络柜384 的A相穿墙套管存在电晕放电现象。

（4）红外成像测温检测发现35 kV联络柜384间隔A相穿墙套管最高温度43.9 ℃，相比其他两相整体发亮和发热，温差16.5 ℃，相对温差为87.3%。

综上，初步判断35 kV 384后侧上方的A相穿墙套管接头处存在放电现象。

4 结 论

以上通过红外成像测温、紫外成像电晕检测、TEV暂态对地电压检测以及超声波检测多种检测方式检测辖区内变电站内设备，从现场测试结果来看，多种检测方式为设备进行检修提供了有力支撑和依据，对状态检修具有重要意义。多种检测方式的结合应用，有利于增强电力设备故障点的全面检测能力和完善电力系统的故障检测系统。