浅谈变电设备局部放电带电检测技术

浅谈变电设备局部放电带电检测技术

王晶晶

国网山西省电力公司检修分公司

摘 要：从物理学角度说，所谓“局部放电”是指在电场作用下，电力设备在运行过程中部分区域出现放电、尚未击穿的一种现象。由于局部放电大多是局部场强集中、局部电场畸变等造成的，会对电气设备正常运行有不利影响，主要表现为局部发热、化学活性生成物、带电粒子碰撞及射线等对绝缘材料产生危害。目前，电力系统针对局部放电进行的带电检测技术主要包括高频/超高频、超声波、暂态地电压检测技术等，文章中作者结合变电设备局部放电带电检测展开研究，通过分析存在的问题，并进一步提出合理建议。

关键词：变电设备；局部放电；带电检测；建议

当前，随着我国经济高速发展、现代化建设日益完善，电力资源稳定供应已经成为确保社会秩序正常运转的关键。相应的，从工业需求到生活需求，各行业、人群在对电力系统稳定性、可靠性提出更高要求的同时，也促使电力部门不断提升预防检修技术能力，变电设备局部放电带电检测技术就是其中一项重要内容。

1 变电设备局部放电带电检测技术的价值分析

从电力系统发展进程上说，“带电检测技术”取代传统的“停电检测技术”是一个巨大的进步，它的应用不仅能够全面、迅速的反映出电网中变电设备的运行状态，还能够第一时间实现问题解决，从而保障电力供应的安全和稳定。

一个不容忽视的现象是，当前现代化电网中开关柜使用的比例越来越高，而开关柜在设计上要求出线端直接与配网、用户电网相连，这也意味着开关柜成为电力供应有无的“终端节点”，如果频繁的启停开关柜，就无法实现供电系统稳定、可靠的运行，对于供电对象而言产生不好的体验。实践中表明，一旦开关柜出现故障，或者其他方面的原因影响开关柜正常使用，就必然要进行停电操作；在传统电力检修时代，人们只能对开关柜进行预防性检测、试验，而这一过程也都是在停电状态下完成的。

由于现代社会各项事业的正常运转都与电力供应有直接关系，一旦大范围停电，不仅会造成严重的经济损失，还会导致不良社会舆论影响。同时，考虑到开关柜的结构特征，在直接连接配网、用户电网的前提下，停电工作也很难统一调配，甚至会出现失修、过修的不均匀现象。基于此，针对变电设备采取带电检测是十分重要的，具有重大的经济价值和社会价值。价值一：带电检测技术降低了开关柜的突发事故机率。开关柜的运行环境较为恶劣，检测维修人员无法完全规避可能存在的开关柜绝缘缺陷，针对它局部放电的带电检测技术，就不需要考虑设备绝缘事故带来的危害可能性，从而减少突发事故。价值二：带电检测技术实现了开关柜的绝缘维修形式。通过对开关柜局部放电带电检测，可以快速发现它存在的绝缘问题，并结合绝缘问题特征采取针对性措施，即绝缘缺陷针对性可通过带电检测表达出来，由此产生“标靶定位”，避免盲目检修造成的资源、人力浪费。价值三：带电检测技术大幅度提高了检修质量和效率。对比证明，带电检测是一种更为先进的技术，它一方面规避了停电带来的用户抵触和矛盾，另一方面则克服了现场环境的约束，从而提升了质量。此外，带电检测可以及时发现问题存在的“节点”，便于寻找故障源、定位干扰源，从而提高了工作效率。价值四：带电检测技术间接地强化了供电的可靠性。互联网技术将人类带入了信息化时代，电力作为维持一切电气设备、网络设备的重要能源，一刻都不能中断，带电检测不需要停电操作的特征，有效地保障了供电可靠性，规避了人机电力用停矛盾。

2 变电设备局部放电带电检测主要技术及优缺点

根据我国《电力设备交接和预防性实验规程》的相关要求，电力设备尤其是组合电器在出厂之前必须做局部放电测试，由于这一阶段的电气设备及系统尚未大规模投入使用过，往往采取脉冲电流检测技术，而这是一种停电检测局部放电的方式，在以往变电设备局部放电检测中也主要使用，但停电检测的弊端很明显，同时脉冲电流检测技术受到的干扰很多，无法达到数据精确性要求。所以，带电检测技术是一个重要应用趋势，常见的检测方法主要有以下几种。

2.1 地电波检测技术

根据电力物理特性，变电设备系统中出现绝缘层局部放电时就会产生电磁波，并且在无线电频率范围之内。其中，一部分电磁波会沿着间隙传播，再遇到开关柜的接地金属部分（如外壳），就会迅速形成大小不等的瞬态接地电压。由于这种瞬态接地电压具有随机特点，从产生到消失的时间并不稳定，所以必须在带电状态下进行检测局部放电情况。

结合我国电力设备检测的相关要求，瞬态接地电压的检测周期、检测范围也不一而同，如新设备投入使用之后，需要在一周之内进行瞬态接地电压检测，设备稳定运行之后一般在一年或半年内进行相关检测，故障频发的情况下可不定期进行集中监测，并扩大到同一站的每一台开关柜。很显然，这种检测技术对人为管理的要求很高。

2.2 超高频检测技术

超高频检测技术的优势十分明显，在不停电状态下进行检测作业，可以实现在线连续监测的需求，如图1所示，为超高频检测技术使用的系统架构；其工作原理是，变电设备局部放电现象所产生脉冲电流，当电流脉冲的上升时间、维持时间达到ns级别，则可以检测到0.3-3GHz的高频电磁波，并以此为依据来分析信号频率、幅值进一步判断局部放电情况。

很显然，在满足连续监测的同时，超高频检测技术存在的外界干扰并不强，因此可以实现对背景噪声的有效规避，从而提升灵敏度；但是，超高频检测技术也存在很明显的缺点，这就是检测灵敏度达到pC级别之后，虽然可以确定故障是否存在，但无法确定故障准确的位置，并且这一技术的应用过程中，国内外存在明显的标准定性、定量差异。

2.3 超声波检测技术

变电设备局部放电声波包括横波、纵波两种类型，以此为依据判断，横波需要通过固体介质传播，纵波可通过气体传播延续到设备外壳表面（如绝缘子传到外壳），利用超声波检测设备在变电设备外壳接受声波信号，就可以检测到局部放电的情况。

超声波检测技术的优势在于不会受到电气设备方面的干扰，究其原因，是因为检测设备与变电设备之间并不构成电气回路，同时可利用超声波信号幅值变化、位置变化来实现缺陷定位。超声波检测技术所用到的设备简单，操作容易，成本较低，目前在我国已经具有很成熟的应用模式。相对应的，缺点是声音信号中的高频部分会快速衰减，不同介质中的变化也很大，如空气中的传播速率是140m/秒，这对于检测需求而言并不明显。同时，不同的材料接触中会产生反射现象，所以测得信号难免存在失真问题，加上超声波传感器本身所能接受的信号范围就有限，甚至无法区分放电信号和干扰信号。

2.4 红外检测技术

基于安全运转保护机制，常规的变电设备温度是无法直接测得，主要采取局部放电产生的热量变化进行分析，即局部放电产生的热量传导到设备外壳，但由于变电设备的内、外部结构较为复杂，热量传导的机制也较为复杂，所以红外检测技术的灵敏度并不高，准确性也有待人工参与分析；红外检测配合气体分析的方法，可以在一定程度上提高检测灵敏度，正常运转情况下六氟化硫气体的生成过程很慢，一旦出现局部放电，气体浓度会迅速上升。

3 结束语

综上所述，带电检测技术在当前社会的电力系统稳定性、可靠性、安全性保障方面具有重要的价值，可将其视为状态维修的核心部分。通过不同的带电检测技术配合应用，不仅可以避免大规模停电的负面问题，还可以提高检修质量、效率，避免安全事故，更好地为经济发展提供支持。

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