应用超声波检测技术对开关柜早期故障的诊断

应用超声波检测技术对开关柜早期故障的诊断

任继红

国网山西省电力公司忻州供电公司，山西 忻州 034000

摘要：随着科学技术的不断创新，各类检测技术也在快速进步，在电力系统中已经出现了许多较为成熟的局部放电检测技术和方法，如超高频法、超声波法、瞬态接地电压法等。 检测方法的原理。

关键词：应用超声波检测技术；开关柜早期故障；诊断

引言

在整个电力系统中，高压开关柜起着发电、输电、配电、电能转换和通断控制的作用。其工作可靠性将直接影响电网的稳定性。从长远来看，高压开关柜中的绝缘材料在电气、机械和环境温度的共同作用下会发生降解，容易导致电气绝缘强度降低，甚至失效，容易导致电网停电。实践表明，局部放电是设备绝缘劣化，导致绝缘失效的主要原因。局部放电在线监测已成为评价开关柜绝缘状态的主要方法。可靠、准确的局部放电检测可以直接反映用电设备内部绝缘状态，有利于及时发现和排除潜在的绝缘故障，避免停电，提高供电可靠性。具有重要的实用价值和现实意义。

1超声波局放检测法

1.1检测原理

当开关柜内部结构遇到局部放电时，会发出冲击声信号。超声波局部放电检测法是通过对开关柜设备局部放电电流激发的超声波信号进行采集、处理和分析，获得设备运行状态的一种状态检测技术，又称声发射法。根据超声波信号传播路径的不同，超声波局部放电检测方法可分为接触式和非接触式两种。前者主要用于检测气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）和变压器等设备外壳表面的超声波信号；后者通常用于检测开关设备中的局部放电缺陷。超声波传感器是超声波局部放电检测技术的关键硬件组件。对应于不同的超声波局部放电检测方式，可分为接触式和非接触式。其中，非接触式传感器通过直接检测开关柜各间隙空气中的超声波信号，实现局部放电缺陷检测。具体来说，当应用超声波局部放电技术检测开关柜时，频率响应宽度为35～45kHz的手持式非接触式超声波检测仪器，指向开关柜面板上的开关、金属封闭的缝隙、电缆或母线窗户、母线通风板/盖处的缝隙、开关面板/门处的缝隙、高压电缆接头盒侧面或底部的通风孔等，沿缝隙检测超声波局部放电信号。

1.2诊断分析

判断检测到的超声信号是否为局部放电信号的诊断分析方法通常可分为以下几种。 (1)横向分析法：横向比较同一开关房内开关柜的检测结果，判断异常是外部干扰还是确实存在。当其中一个开关柜的测试结果明显大于现场背景值和其他开关柜的测试结果时，可以判断该设备极有可能存在放电缺陷。 (2)趋势分析法：纵向比较同一开关柜不同时期的测量结果，判断开关柜的运行趋势。对开关室内的开关柜按特定周期进行检测，根据测量结果分析用电设备局部放电状态的趋势，判断异常是持续存在还是突发信号。 (3)定值判断：将开关柜的检测结果与判断阈值进行比较，判断开关柜的运行状态。需要注意的是，超声波定值的差异要结合声音来判断。如果没有听到放电声音，可以认为是正常的；如果耳机中有明显的局部放电声音，则可以确定存在异常或危险的缺陷。需要缩短对异常开关柜的检测周期，甚至立即进行停电维护。

2超声波检测技术现场流程

2.1检测工作

相关法律和标准要求进行超声波现场检查，现场检查必须按照规定程序进行。检查工作主要分为五个步骤。首先，测试环境噪声的影响。有必要在进行检查工作前现场测试噪声级，以便于后续检查。环境噪声测试时需要关闭设备电源。但由于实际情况不允许，一般通过将设备的量程调整到最小量程来测试设备。其次，正确选择测试点。由于设备内部的超声波传输程度不同，设备表面的超声波信号强度不同。检测人员需要根据工作经验和实际情况调整测试点的位置，找到信号强度的最佳点。第三，放置传感器。传感器和测试点往往不能完全接触，这就需要检测人员使用耦合剂进行耦合工作。当超声波信号不稳定时，检测人员可以采用均压法或外物固定法来保证信号的稳定性。第四，考试时间。如果设备没有内部故障，一般测试时间至少为20秒。如果发现超声波信号异常，测试时间应在40秒以上。此外，还需要对设备进行多次测量，通过多组信号数据分析确定故障类型。五、记录测试数据。如果在测试过程中发现异常的超声波信号，则需要调整测试点的位置，找到信号质量和幅度的最高点。然后保存并记录信号数据以供以后分析。

2.2检测结果分析

首先，对于得到的超声波信号，工作人员要排除干扰信号。工作人员需要根据相关技术软件和工作经验消除干扰，也可以使用滤波器去除干扰频段信号。干扰信号消除后，应详细分析超声信号，通过典型频谱图的对比，可以得出具体的故障类型。其次，工作人员要定位和处理故障。不同传感器的测试位置不同，获得的超声波信号强度、频率、回波也不同。工作人员可以通过数据分析获得故障的具体位置。因此，常用的定位方法有幅度定位和时差定位。幅度定位利用不同传感器的不同信号幅度进行定位。该方法简单易操作，但有时信号强度差距较小，不易做出准确判断。时差定位是利用传感器接收到信号的时间进行定位，同时对传感器精度和操作水平要求较高。

3检测技术

3.1超声波法

超声波局部放电检测方法是较早的局部放电检测方法之一。作为一种无创检测方法，在UHF检测方法引入之前，它一直是电力设备的主要局部放电检测方法。对于变压器和开关柜，超声波作为一种检测和辅助定位技术，是准确定位设备局部放电源的关键。超声波检测最显着的优点是没有强烈的电磁干扰。超声波信号局部放电的时域和频域特性分析非常详细，检测灵敏度和抗干扰能力更强。但是，国内外超声波检测技术存在诸多不足，导致超声波实时检测存在一些不可避免的缺陷，例如：柜壁内游离颗粒的碰撞可能会影响检测结果；开关柜内部复杂的绝缘结构会使超声波衰减较大，可能无法检测到绝缘内部的放电；超声波检测范围非常有限，通常信号衰减较大，会增加现场工作量；超声波检测仅适用于颗粒、浮电位放电，对于其他类型的放电（如绝缘内部放电）灵敏度较低等。

3.2脉冲电流法

当开关柜内部的绝缘材料发生局部放电过程时，不可避免地会产生空间电荷和复合，同时会产生相应的较陡的脉冲电流信号，该脉冲电流信号作为测量对象的一部分。放电检测法称为脉冲电流法。脉冲电流法是英国电气协会提出的。为了避免无线电干扰，它收集了局部放电频谱中几kHz到几百kHz的低频段。使用脉冲电流法进行局部放电检测时，绝缘材料默认相当于一个具有集总参数结构的对地电容，局部放电过程中这个等效电容上会出现瞬态脉冲电流。端子也会产生电压变化，电容的耦合作用也会在检测阻抗中产生脉冲电压。通过对电压的分析，可以得到放电相位、放电量等一系列局部放电相关信息。这种测试方法对电流的响应极为敏感，可以通过给定量的电荷脉冲注入校正量化计算出放电量。脉冲电流法的缺点是由于场干扰大，使得实验结果比较严峻，因此脉冲电流法的检测范围相对有限。同时，现有方法测量间隔长，频带宽窄，可容纳的数据较少。

结语

虽然国内外对开关柜局部放电检测技术进行了大量研究，但也有部分产品问世并投入电力公司应用。 然而，目前的开关柜局部放电检测技术除了各种局部放电测量方法还存在一定的难点需要克服外，仅采用一种或两种局部放电测量方法，不能全面、有效、可靠地反映内部情况。 开关柜的。 在局部放电的情况下，不可能对开关柜中除局部放电外的其他常见故障进行在线检测。

参考文献

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［2］王风雷，高理迎，冀肖彤．带电检测异常判断手册［M］．中国电力出版社，2021:161．

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