浅谈变电设备带电检测技术的应用*

曹力力，邵 辉，郭 政，洪建敏

（国网浙江省电力公司湖州供电公司，浙江 湖州 313000）

0 引言

随着科学技术和电力生产的进一步结合，越来越多的带电测试技术在电力系统中实现了深入实用化.这些技术能够在不停电的情况下反映电力设备某一方面的性能和状况，发现某一方面的缺陷.其中比较典型的有金属氧化锌避雷器带电测试技术、GIS超声局放技术、红外线成像技术、电力系统谐波监测技术.在单独分析的基础上，我们将各相关带电项目进行深入的综合分析，能更全面的反映电网设备的状况.在新形势下，带电测试成为电网设备安全稳定运行的有力保障，成为状态检修中不可或缺的重要部分.

1 GIS局部放电超声波检测技术

1.1 GIS局部放电超声波检测技术的运用背景和技术原理

GIS组合电器具有占地面积小、可靠性高、安全性强、维护工作量小的优点.近年来，GIS设备在电力系统中的装用量迅速增加.GIS变电所大多承担着较为重要的供电负荷，在电网中占据了相当重要的地位.

由于GIS设备封闭的特点，要准确定位GIS设备内部故障点和故障类型很困难，因此如何准确反映GIS设备状况和针对GIS设备有效的绝缘监督手段已成为当务之急.

GIS超声波局放测试是一种在带电状态下通过超声波测试GIS设备内部局部放电的试验方法，通过接收局放时声波微小的间断压力信号，测试点布置较灵活，能近距离测试，测试灵敏度较好.对于干扰信号，可采取加频谱过滤和设置门槛值来解决.

使用GIS超声波局放测试技术可以在不停电的情况下在GIS设备外壳上测得GIS设备内缺陷处发出的反馈信号，通过图谱分析来判断故障类型，从而准确反映GIS设备的状况，并对故障的检修提供有效的依据.

1.2 GIS局部放电超声波检测的测试图谱

GIS超声波局部放电检测试验结果以图谱形式保存.试验图谱分为连续测量、原始波形和相位模式3种：（1）连续测量图谱反映的是GIS设备局放的有效值、峰值和指定频率成分，可以准确读出局放有效值、峰值和指定频率成分的即时数值；

（2）原始波形图谱反映的是一个或几个周期的连续全电压波形，从中可以分析出一个及以上周波为周期的缺陷；

（3）相位模式图谱是收集单位时间内1 000个瞬时全电压值采样点的打点图，通过分析全电压值的分布确定故障缺陷.

GIS超声波局部放电检测的试验结果判断除了分析局放绝对值外，还需将试验图谱与历史图谱、同类设备图谱和典型缺陷的特征图谱相比较，因此试验图谱信息的积累和分析对判断GIS设备状态具有十分重要的意义.

1.3 GIS设备超声局放试验典型案例分析

在对湖州电网GIS设备进行超声局放试验的过程中，发现的典型缺陷案例有110kV某变110kVⅡ段母线压变.2009年普测中的超声局放图谱见图1.

图1 超声局放图谱

由图1判断，该压变局部放电周期峰值、有效值较大，并存在100 HZ周期性电信号，原始波形和相位模式图谱呈故障特征分布，可判断为存在放电现象，这可能由制造工艺或内部颗粒造成.由于周期性电信号幅值不大，可缩短周期跟踪复测并观察其发展趋势.

2 金属氧化锌避雷器带电测试技术

2.1 金属氧化锌避雷器带电测试的运用背景

金属氧化锌避雷器是决定电网绝缘水平的重要设备，其关键部件是金属氧化锌电阻阀片，一旦金属氧化锌电阻阀片发生劣化或受潮，很可能影响电力系统的安全稳定.

近年各级电网陆续加装线路避雷器，同时状态检修中设备检修周期延长，传统的停电试验已无法满足当前电网的连续性、稳定性对金属氧化锌避雷器状态检修的需求，于是带电测试便成为金属氧化锌避雷器设备状态的有力保证.

2.2 金属氧化锌避雷器带电测试的原理及测试方法

金属氧化锌避雷器带电测试是在不停电的情况下从雷电计数器两端取全泄漏电流作为电流信号，在母线或线路压变二次电压端子上取电压信号，从而得到全泄漏电流和电压信号的相位差φ，使用φ角对全泄漏电流进行拉普拉斯变换和傅里叶变换，计算出阻性分量及其各次谐波分量，最终判断出运行中避雷器阀片特性是否良好.在金属氧化锌避雷器带电测试中，阻性电流峰值一般不超过全电流峰值的1／4，若遇到φ角偏低的情况应分析原因、跟踪复测.

2.3 金属氧化锌避雷器带电测试技术运用的意义

通过运用金属氧化锌避雷器带电测试技术，可以检测在运行电压下的全电流来反映金属氧化锌避雷器的老化情况，可以检测在运行电压下的阻性电流来反映金属氧化锌避雷器阀片的劣化情况.

正是由于金属氧化锌避雷器带电测试能准确反映金属氧化锌阀片的特性状况且无需停电，完全与当前电网重视金属氧化锌避雷器设备状况和减少停电检修的发展趋势相吻合，所以开展金属氧化锌避雷器带电测试并积累数据进而深入分析具有十分重要的意义.

3 红外线成像检测技术

3.1 红外线成像检测技术的运用背景和原理

目前，电网系统停电检修越来越少，但对设备的稳定要求提高的情况，使用红外成像技术检测设备的异常发热成为检测设备潜在缺陷的一种重要手段.

红外线成像检测技术是利用红外线成像仪捕捉电力设备辐射出的红外线信号得到电力设备各部位的温度，通过各部位间、三相设备同部位间和同类设备相同部位间的温度比较，确定电力设备是否存在异常发热，进而确定缺陷性质，并指导缺陷的检修策略.

红外线测温缺陷从成因分，可分为电压致热型缺陷和电流致热型缺陷.

（1）电压致热型缺陷是由电压分布造成的，一般绝对温升较小所以较难发现，但这类缺陷如不及时处理，可能会迅速恶化，因此电压致热型缺陷一般都定义成紧急缺陷.

（2）电流致热型缺陷是导电部分氧化、污秽、接触压力不够等，造成导电部分接触电阻增大而引起异常发热形成，一般绝对温升较大；对一些由于测试时负荷较低而使缺陷绝对温升不高但相对温升却很高的电流致热型缺陷，我们要注意在负荷增加后的跟踪复测，以免麻痹大意造成设备故障.

3.2 红外线成像检测典型缺陷分析

（1）某变某线路压变A相.图2中异常点温度为36.6℃，相对温差为48.8%.

图2 电压制热型缺陷

案例分析：本案例是一起典型的电压致热型缺陷，成因是压变内部存在电压分布不均，在对电压致热型缺陷进行红外线测温时应注意被试品的微小温度变化和分布异常.

（2）某变10kV＃2电容器组C相电缆（电容器组侧）电缆头压接处发热.图3中异常点温度为52.4℃，相对温差为62.6%.

图3 电压制热型缺陷

案例分析：本案例为典型的电流致热型缺陷，尽管电缆绝对温升不高，但长期发热运行造成电缆头压接处绝缘树脂溢出，如不处理电缆头可能发生爆炸.在测温中通过大电流的设备需要我们更加关注，尤其是那些容易由发热造成损坏的设备.

4 电网谐波监测技术的运用

4.1 电网谐波监测技术的运用背景、危害及测试方法

随着冶金、化学等现代化大工业和电气化铁路的发展，电力系统中的非线性负荷及冲击性、波动性负荷，使得电网发生波形畸变（谐波）、电压波动、闪变、三相不平衡，最终导致电网谐波污染严重，电能质量的下降严重地影响了供电质量和电力设备的安全、经济运行.因此，加强对谐波治理，防止谐波危及电力系统的可靠性就成了当前的一个重要课题，治理谐波污染源的基础，便是对电网特别是用户线路的谐波监测和分析.

电网谐波检测时，在变电所电度表屏后取主变计量回路的二次电压、电流信号，监测一定时间后，将测得的谐波信号数据下载，并进行拉普拉斯变换得到各次谐波的电压、电流和电能数据，和相关国标进行比较，得出该主变该侧的电能谐波情况.

4.2 电网谐波监测技术运用实例

2007年，在电网谐波普测中发现220 k V湖州变某线谐波数据严重超标.

该线路所带用户侧负荷为某特钢厂，根据用户用电状况，我们采取在用户端增设滤波设备和加装谐波补偿装置的措施进行谐波污染治理.2008年，在电网谐波普测中，该线路谐波数据基本恢复正常.

5 带电测试技术的综合运用

带电测试技术综合运用最典型、最有效的例子是金属氧化锌避雷器带电测试与红外线成像技术相结合判断金属氧化锌避雷器故障.

2006年，在湖州电网金属氧化锌避雷器的带电测试普测工作中，发现某变某线避雷器C相带电测试数据异常，其试验数据见表2.

表2 实验数据表

C相避雷器阻性电流、全电流、有功损耗均大幅度增长，完全符合金属氧化物避雷器在运行中劣化的几种特征.同时对其进行红外测温，发现该避雷器表面温度有异常现象.图4中，异常温度：区域1内最高温度为29.7℃，区域2内最高温度为26.9℃.正常温度：区域3内最高温度为21℃.

图4 避雷器温度异常

随后立即对其进行停电检查，发现试验数据严重超标（见表3）.

表3 实验数据表

在随后的解体检查中，发现C相避雷器顶部已经严重锈蚀，从而使内部受潮，避雷器中部阀片和瓷套内壁有水珠凝结.解体后避雷器内部情况见图5（a，b）.

通过停电试验和解体检查判断，如果该避雷器继续运行会在短时内发生爆炸.在处理该缺陷的过程中，正是由于金属氧化锌避雷器带电测试技术与红外线成像技术的综合运用，有效的防止了氧化锌避雷器爆炸事故的发生.

图5 避雷器内部情（

通过这个典型案例可以发现，带电测试技术的结合应用往往能起到一加一大于二的化学作用，推广和开发带电测试的综合应用水平对提高状态检修水平有着非常重大的意义.

6 结论

带电测试已经成为状态检修的重要组成部分，成为反映变电设备状态、形成检修决策依据的重要手段，尤其是通过各种带电测试技术的综合分析，可以更加全面地反映变电设备的状态，在消除缺陷、预防事故方面起到了不可替代的作用.

［1］刘丰文，曹力力，姚建锋.GIS设备超声波局部放电带电测试研究［J］.湖州师范学院学报，2011（增刊）：203－205.

［2］刘丰文.利用红外线测温技术提高检修消缺效率［J］.湖州师范学院学报，2006（增刊）：24－26.

［3］国家技术监督局.GB／T 14549－93，电能质量公用电网谐波［S］.