开关柜超声波局放检测抗干扰方法研究

孙振华，冯金茏，欧阳力，邹学伟

(国网湖南省电力公司衡阳供电分公司，湖南衡阳421001)

开关柜超声波局放检测抗干扰方法研究

孙振华，冯金茏，欧阳力，邹学伟

(国网湖南省电力公司衡阳供电分公司，湖南衡阳421001)

对存在局部放电的开关柜的超声波信号以及其他非局放的异常信号进行频谱分析，建立典型频谱库，从而找到用以区分干扰信号和局放信号的特征规律，提出一种开关柜超声波局放检测的抗干扰分析方法，为开关柜的缺陷定性以及停电诊断检修提供支持。

开关柜局部放电；超声波局放检测；频谱分析；抗干扰方法

随着状态检修工作在电力系统中的应用不断深入，带电检测发挥着越来越重要的作用。国家电网公司《电力设备带电检测技术规范(试行)》规定，开关柜带电检测项目包括红外测温、超声波局部放电检测和暂态地电压局部放电检测，而红外测温仅能检测开关柜的发热缺陷，且因金属铠装的屏蔽其检测效果不甚理想，无法及时发现设备局放缺陷。因此，就必须借助超声波和暂态地电压局部放电检测进行综合判断〔1-2〕。

在进行开关柜局放带电检测时，超声波局部放电检测是效果最明显的一种检测手段，但超声波局部放电检测易受现场外部环境及设备其他原因的干扰，易造成对开关柜内设备故障的误判〔3-5〕。文中通过收集开关柜内局部放电以及其他非局放产生的异常超声波信号，并对这些超声波信号进行频谱分析，用以区分局放信号和干扰信号，提出了一种开关柜超声波局放检测的抗干扰方法，可为开关柜的局部放电缺陷定性以及现场停检修提供指导。

1 抗干扰方法的必要性分析

自2011年以来，某供电公司在开关柜专业化巡检中发现多起开关柜内部局部放电缺陷，但同时由于干扰信号的存在而导致缺陷误判，造成设备误停电，严重影响了供电的可靠性和连续性。图1为某供电公司2011-2013年开关柜超声波局放检测应用情况统计。

由图1可知，超声检测误判导致开关柜停电数量较多。超声波局放检测误判导致开关柜停电的主要原因是超声波局放检测易受现场外部环境及设备其他因素等影响，使得超声波局放检测到过多的非局放信号而造成误判。因此，在开关柜超声波局放带电检测工作中，如何排除外界干扰，并准确捕获局放信号就显得尤为重要。

图1 开关柜超声波局放检测应用情况统计

2 基于频谱分析的超声检测抗干扰方法

2.1 测试信号特征分析

2.1.1 现场声音辨别

超声波局放现场检测时，周边不同的声源信号都将进入仪器，但不同声源信号具有不同的声音特征，为此可利用超声波局放检测仪的耳机来辨别信号的来源。对于单纯的背景噪声信号，可听到微弱的“沙沙”声；当存在局部放电信号时，可听到不连贯的“啪啪”声以及较为连贯低沉的“嗡嗡”声；若存在振动干扰信号，可听到高亢的“嘘嘘”风鸣声。基于上述声音特征，可对检测进行初步判断。

2.1.2 时域波形分析

为直观分析检测信号的时域波形，可将其导入声音分析软件中，提取时域波形，如图2所示。通过对比分析，可发现背景噪声信号在时域范围内较为平缓，无较大的波动，信号幅值较为稳定，如图2(a)所示；局部放电信号与干扰信号在时域范围内均有较大的波动，信号幅值呈振荡的模式上下波动，但进行比较，可发现局部放电信号的振荡的波形更为规律，可以等效为一个振荡周期的不断重复，如图2(b)所示；而干扰信号的幅值波动随意性较大，在检测时间内无明显可见的规律，如图2(c)所示。

2.1.3 频谱分析

为进一步确认不同信号的特征，利用FFT变换，对超声检测的时域信号进行频域分析，并利用38.4 kHz的信号进行外差调制，其分析结果如图3所示。通过对比分析可知，背景噪声信号的频谱曲线较为平滑，幅值大于-20 dB的频率主要位于1～4 kHz区间，如图3(a)所示；局部放电信号的频谱曲线较陡，幅值大于-20 dB的频率位于500～2 kHz区间，主要在1.6 kHz附近，如图3(b)所示；振动干扰信号的频谱曲线更为陡峭，幅值大于-20 dB的频率位于2～4 kHz区间，主要在2.5 kHz附近，如图3(c)所示。根据外差调制结果，局放信频谱曲线的峰值频率约为40 kHz左右，这与局部放电时产生的超声波信号中心频率为40 kHz较为吻合，干扰信号的峰值频率为2 500 Hz，与局部放电信号存在较为明显的差异，据此可进一步判断局放信号和非局放信号。

图2 不同信号的时域波形

2.2 测试数据

基于上述分析方法，2014年春检及迎峰度夏期间，某供电公司对5个110 kV变电站和1个220kV变电站的开关柜进行了超声波局部放电检测，共涉及开关柜83面。经声音辨识、时域分析和频域分析以及停电检修，最终确认正常信号67面，异常信号8面，缺陷信号8面，确认结果见表1。

表1 开关柜局部放电检测结果统计面

2.3 抗干扰分析方法

根据开关柜超声波局放现场检测情况，抗干扰的主要步骤为:

1)声音初步辨识:根据背景信号、干扰信号以及局部放电信号在经过降频输出后在声音特征，对输出的音频信号进行监听及初步区分。

2)时域分析:背景信号时域波形较为平缓，幅值无明显波动；局部放电信号时域波形波动剧烈且较为规律，存在一定的周期性；振动干扰信号时域波形也具备一定的波动性，但波动无规律。可通过以上3种信号的时域特点，对背景、局放、振动干扰3种信号进行更进一步辨别。

3)频域分析:局部放电信号的峰值一般位于1.6 kHz附近，干扰信号的峰值则偏离该频率，以此可作为区分局部放电及干扰的进一步依据。

3 现场案例分析

3.1 振动干扰信号案例

试验人员在对某110 kV变电站进行带电检测时，发现320开关柜的超声波检测数据达到20 dB，超过《电力设备带电检测技术规范》阈值15 dB。为此，试验人员采用超声波检测抗干扰分析方法，首先采用声音辨识，其声音信号无不连续的“啪啪”声或连续低沉的“嗡嗡”声，判断为非局放信号；声波信号的时域图也较为随意，无明显规律，声音频域波形中幅值最大的频率为2.8 kHz左右，与1.6 kHz有较大区别，较符合振动干扰信号频谱，如图4所示。

图4 振动信号频谱分析

综上分析，判断320开关柜异常信号为振动干扰，无需立即停电处理。利用停电检修机会打开320开关柜后柜门进行检查，未发现异常情况，将后柜门恢复后检测，超声信号由20 dB下降为4 dB，故判断该异常信号为开关柜后柜门蒙板振动所导致。

3.2 母排放电局放案例

试验人员在对某220 kV变电站进行带电检测时，发现10 kVⅡ母328，332，336和342开关柜的超声波检测数据均超过《电力设备带电检测技术规范》的阈值15 dB。试验人员通过人耳辨识时的声音为连贯的低沉“嗡嗡”声，声波信号的时域图有一定的规律，频谱图中幅值最大的频率为1 700 Hz左右，与1 600 Hz差别不大，其336开关柜的时域及频谱图如图5所示。

图5 局放信号频谱分析

综合判断，10 kVⅡ母328，332，336，342开关柜存在局放的结果，建议立即停电处理。对该站10 kVⅡ母开关柜进行停电检查，发现开关柜内受潮严重，金属表面有氧化痕迹，存在白色粉末，且母排及母排下支排热缩套有明显的放电痕迹，确认内部存在局部放电。

4 结论

由于开关柜超声波局放易受现场环境的干扰，导致超声检测结果容易误判，严重影响了供电的可靠性和连续性。为此，文中根据现场测试经验，提出了一种基于频谱分析的开关柜超声波局放检测抗干扰方法，通过声音辨识、时域分析和频谱分析，可以区分背景噪声、振动干扰和真实的局放信号。经现场应用，这种方法为超声波局放检测抗干扰提供了一种新思路，可为现场检测提供参考。

〔1〕陈巧勇，李宏雯，余睿，等.暂态地电压和超声波在开关柜检测中的应用〔J〕.浙江电力，2012，31(4):47-50.

〔2〕田原.开关柜局部放电在线检测新技术及新产品〔J〕.电世界，2014，55(7):1-4.

〔3〕杨宁，阎春雨，毕建刚，等.超声波局部放电检测仪校验方法研究及应用〔J〕.电测与仪表，2014，51(22):104-109.

〔4〕杨凯，张认成，杨建红，等.基于频率约束独立分量分析的开关柜局部放电故障识别〔J〕.高电压技术，2014，40(11): 3 452-3 460.

〔5〕周玲.基于超声波信号的局部放电故障识别算法研究〔D〕.广州:华南理工大学，2013.

Research on anti-interference methods of switchgear ultrasonic PD detection

SUN Zhenhua，FENG Jinlong，OUYANG Li，ZOU Xuewei
(State Grid Hunan Electric Power Corporation Hengyang Power Supply Company，Hengyang 421001，China)

In this article，an spectrum analysis is proposed and typical spectrum libraries are built by collecting the ultrasonic signals in the switchgears of partial discharge(PD)and abnormal signals.Then the characteristics rules of distinguishing partial discharge signals from interfering signals are found.Also，the anti-interference analysis method is put forward which provides a support for the switchgear's power failure diagnosis maintenance.

switchgear partial discharge；ultrasonic detection；spectrum analysis；anti-interference measures

TM835.1

B

1008-0198(2016)02-0046-04

孙振华(1984)，男，工程师/技师，主要从事电气设备技术监督及带电检测技术管理工作。

10.3969/j.issn.1008-0198.2016.02.011

2016-02-25