浅谈交流金属封闭开关设备带电检测技术

云南电网有限责任公司昆明供电局 和定繁

在整个电力系统当中，交流金属封闭开关设备的作用越来越重要，会对发电和输配电等工作产生直接影响。该类型的设备性能较为优越，能够实现自动化运行，且为后续维护和检修提供了便捷。由于设备的运行环境较为复杂，容易受到外界多种因素的影响，导致故障问题的发生。通过带电检测技术的运用可实现对缺陷问题的全面处理和优化，使设备性能得到改善，从而消除其中的风险隐患。

1 交流金属封闭开关设备的缺陷

绝缘件、断路器、电缆、控制器件、互感器和保护器件等是交流金属封闭开关设备的主要构成，绝缘形式分为固体绝缘、复合绝缘、气体绝缘和真空绝缘等，在过电压和短路电流等因素的影响下会引发设备的故障问题。同时设备的运行环境也会对工况产生影响，包括湿度、温度和灰尘等。绝缘缺陷和过热缺陷较为常见，前者在互感器和绝缘件中较多，后者在导体穿屏位置和接触面位置较多。

此外，机械缺陷也是交流金属封闭开关设备的主要缺陷类型，出现在隔离开关和断路器等构件中。随着电场强度的持续升高会导致局部放电，此时不会造成绝缘系统的击穿问题。绝缘件表面放电、尖端放电、自由颗粒放电和悬浮放电等是局部放电的主要形式。在元器件设计和制造中由于工艺不严格会导致局部放电问题的出现，会引发绝缘事故，威胁设备和人员的安全。接触松动和过载、氧化等问题是引发过热缺陷的主要原因，容易出现烧毁现象，引起大面积的停电事故[1]。此外缺陷问题也会出现在测量系统、控制系统中，如测量失误缺陷和控制失败缺陷等。

2 交流金属封闭开关设备带电检修技术的应用措施

2.1 绝缘缺陷带电检测技术

现状分析：局部放电是检测交流金属封闭开关设备绝缘缺陷的主要方法，包括了带电检测和离线检测两种，为能降低对电力生产活动的影响，确保在当前工况下对缺陷问题进行评估，通常会采用带电检测的方法，能够增强检测工作的便捷性。对部件振动信号和局部放电的检测通常需要借助于超声波技术，高频电流技术、特高频检测技术和暂态地电压技术等的运用能实现对电信号的全面获取，为带电检测提供依据。现场技术应用导则的制定和使用为现场带电检测工作的实施提供了科学指导，在暂态地电压检测中的运用较多[2]。而在西方发达国家当中，特高频局部放电技术和超声波检测技术等应用较为广泛，我国也逐步制定了相应的技术标准体系，增强带电检修的规范性。

暂态地电压检测技术：接地金属中会由于局部放电的存在而出现放电电荷，进而导致电流脉冲的呈现和传播。而金属外壳的内表面也会由于内部放电而出现电荷，对于放电信号的检测存在困难。由于破损问题发生在设备垫圈、绝缘位置等，因此高频信号会出现向外部传输的现象，这是导致暂态电压产生的主要原因，其频率最高可达100MHz[3]。电磁干扰会对暂态地电压产生影响，因此在实践工作中应做好防干扰工作。在绝缘空穴放电检测和悬浮放电检测中运用该技术时能有效提高灵敏性，但在绝缘间隙放电和表面爬电检测中的效果会受到影响。

超声波检测技术：通过对机械信号进行获取与分析以达到缺陷检测目的，这就是超声波检测技术。电荷会由于局部放电的存在而发生不同程度的迁移，会对机械应力、电场应力和粒子力等产生影响，导致其平衡状态被打破，这是引起异响和冲击振动的主要原因。因此在裂缝和开口检测中可借助于超声波，设置相应的传感器，明确放电点的位置。非接触式传感器在实践中的应用较多，需对异常响动进行辨识，通过波形图谱和相位图谱的分析明确放电类型。为降低对检测工作的干扰，应该确保现场没有作业和施工等。

特高频检测技术：对于电磁波信号的获取和分析是应用特高频检测技术的关键。脉冲电流是由于局部放电所引发，进而引起电磁波的产生，其强度也会受到传播途径的影响，可在裂缝和开口位置设置特高频传感器，从而实现对电磁波信号的获取与检测。电晕干扰问题会由于特高频检测技术的运用而得到解决，在灵敏性和抗干扰性上都有明显的优势[4]。在确定放电类型时，需深入分析PRPS 图谱和PRPD 图谱。与上述两种技术相比较而言，能够在表面爬电、悬浮放电和间隙放电的检测中获得良好的效果。

高频电流检测技术：将传感器应用于接地线中也能快速检测局部放电情况，需借助于环装磁芯制作导电线圈，从而在高频电流的作用下获得感应电压。交流金属封闭开关设备的外壳连接大地，构成多点接地系统，因此在运用高频电流检测技术时也存在一定的难度。可以通过引出电缆的方式实施带电检测，以获得精确可靠的检测数据及结果。

2.2 局部放电源定位技术

2.2.1 暂态地电压定位技术

对于局部放电信号的检测远远不够，还需明确放电源的位置，这也是交流金属封闭开关设备带电检修中的关键环节，能为缺陷严重性的评估提供可靠依据，确保在检修决策制定时更具科学性和可行性，有助于检修效率的提高。暂态地电压定位技术的应用能够针对其幅值和时差进行定位。交流金属封闭开关设备的暂态地电压信号可通过单传感器进行获取，明确幅值分布特点，当幅值达到最大值时设备中可能存在局部放电源。TEV 传感器应用于金属柜表面中，能对信号的时差进行检测，也有助于定位局部放电源，当时差最小时说明其中的设备可能出现故障问题[5]。较小的衰减和较快的传播速度是暂态地电压传播的基本特征，如设备中存在较大的信号强度则会导致电压达到上限值，因此该方法的应用会存在一定的局限性，只能应用于较小防电信号强度的检修工作当中。

2.2.2 超声波定位技术

同样借助于局部放电信号的幅值和时差进行定位，运用超声波定位技术可取得良好的效果。尤其是在幅值定位的过程中，超声波的方向性特点优越，超声波能够在金属外壳的作用下被隔离，不会由于其他交流金属封闭开关设备对检测工作造成影响，保障了定位的准确性。

局部放电的位置也可将超声波的传播时间和方向为参数加以确定，包括了顺序定位法、V 型曲线定位法和双曲面定位法等。为确保局部放电位置定位的准确性，还应借助于空间几何的方式明确传感器的时延数据[6]。在对交流金属封闭开关设备局部放电源物理位置加以确定时，主要依靠幅值定位的方式，为达到精准定位目的还需结合时差定位，但对波形的判断易出现误差，因此也具有一定的局限性。

2.2.3 特高频定位技术

对于设备特高频信号可通过传感器获取，通过幅值的判断能明确局部放电源的位置，具体而言，当幅值最大时可能存在局部放电缺陷故障。时差法是应用特高频定位技术时的主要方法，需保障示波器设备的良好分辨率，分析信号接收的时间差能达到精准定位的目的。

电电联合定位的运用需从同一个放电源获取高频信号，确保在时延计算时的可靠性，同时需对时域信号多周期图谱进行绘制和分析。需确保特高频信号的良好对应关系，对时间单位加以调节后观测时延差，在分析信号传播方向和速度的基础上借助于相关公式对其具体位置进行计算。平分面法在特高频定位中的运用效果也较好，需在检测时改变传感器的位置，通过分析幅值波形情况获得放电点的具体位置。电电联合技术的精度较好，对于设备元件缺陷故障的定位十分可靠。

2.2.4 声电联合定位技术

如果超声波信号和特高频信号都存在，在缺陷检测中则可采用声电联合定位技术，应从同一放电源获得超声波信号和特高频信号，同样借助于多周期图谱加以定位分析。超声波信号相较特高频信号在传播速度上要更慢，根据这一规律可对是否来自于同一放电源进行判断。分析时域信号后明确超声波的起始沿，借助于相关公式对传感器和放电点的距离加以计算。相较于特高频定位技术能有效提高定位的精确性，超声波信号和特高频信号能通过金属外壳进行阻隔、降低了干扰。在应用该技术时需要做好起始沿的判断。

2.3 过热缺陷带电检测技术

红外窗口测温：局部热点出现在交流金属封闭开关设备的导流接触面中，则可能有接触不良故障的存在，因此对温度和辐射能量进行检测可有效获取缺陷信息。其中红外窗口测温技术的应用较为常见，将窗口设置于交流金属封闭开关设备外壳中实现对内部热点信息的获取，能对温度进行直接测量，提高了检测效率。设备安全性能会由于红外窗口测温技术的应用而受到影响，因此在开展带电检修工作前应对安全防护性能报告进行检查，增进与生产厂商的交流和沟通，防止出现严重的人员伤害事故。

红外精准测温：通过获取红外辐射的能量对过热缺陷实施带电检测，红外精准测温技术的应用不需和交流金属封闭开关设备进行接触，能满足远距离检测的需求，同时提高工作效率，尤其是在高压设备中的应用较为普遍。金属外壳的存在会对能量的辐射产生影响，运用红外精准测温获得的能量通常都是经过金属外壳的衰减，因此对于过热缺陷问题的分析需绘制外壳局部温度图像，借助于相关特征量研究内部热点温度情况，这也是在交流金属封闭开关设备中应用红外精准测温技术时的主要局限性问题[7]。

无线测温：在实践工作中的应用效果也较好，能将传感器设置于交流金属封闭开关设备内部，实现对过热缺陷的全面检测。该方式运用了无线传输技术，可将实时测量数据传输给检修人员，能增强数据的精确性，保障带电检测的安全性。设备的电场结构和绝缘距离等也会由于传感器的应用而发生变化，因此会引发故障问题。同时传感器的稳定性情况也需进行改善，在后续发展中应注重设备性能的优化，延长其使用寿命，使其在过热缺陷的带电检测中更具优势。

2.4 机械缺陷带电检测技术

检测分合闸线圈的电流状况是机械缺陷带电检测中的关键，该技术在实践应用中存在一定的局限性。尤其是对分合闸速度、开距、卡涩状况和弹跳次数与时间的检测中难以取得良好的成效，在后续技术应用中应予以针对性改进和优化。

3 交流金属封闭开关设备的带电检修策略

局部放电类型、放电量和传播途径等都会对局部放电的信号强度产生直接影响，这也是交流金属封闭开关设备带电检测的基本特征。当存在较多的放电类型和传播途径时会给检测工作带来较大难度，同时无法获得放电量和信号强度的内在规律，如果对交流金属封闭开关设备绝缘缺陷进行判断时仅依靠信号强度指标，会对评估的精确性与可靠性造成影响。

检修人员应明确特高频检测数据情况，对局部放电的类型和位置进行确定，同时深入分析多种状态信息，包括交流金属封闭开关设备的运行工况和超声波检测数据等，才能确保带电检测的良好成效。缺陷严重性的综合判断，需对横向对比分析结果、负荷情况、放点类型识别结果、特征量发展趋势、过热缺陷带电检测结果等加以全面获取[8]。在定位局部放电电源时可借助于定位技术，确保检修决策在制定时有丰富的运行工况数据、历史数据和运行环境参数等作为支撑，防止出现严重的绝缘事故。