超声波局部放电开关柜检测方案

北京传动联普科技有限公司

目   录

一、高频局部放电检测概述、方案背景

1. 技术优势

2. 适用范围

二、 PDSeeker高频局部放电检测系统

1. 系统硬件

2. 系统工作原理

3. 系统组成

4. 系统特点及主要技术参数

4.1PDSeeker系统特点

4.2PDSeeker主要技术参数

4.3HFCT主要技术参数

三、 变压器检测位置

四、安全注意事项

五、检测案例

一、超声波局部放电检测概述

10kV、35kV高压开关柜成套设备是电力系统中非常重要的电气设备，其可靠运行直接关系到电力系统的电能质量以及供电可靠性。由于在开关柜的实际运行中出现的绝缘自然老化以及环境因素引起的绝缘加速老化的现象，会引发开关柜局部放电。开关柜局部放电开始的初期一般不会导致绝缘的贯通性击穿，但会造成电介质的局部损坏以及绝缘电介质的电气强度降低。因此局部放电对开关柜绝缘材料的破坏是个相对缓慢的发展过程，但随着绝缘材料以及电介质的损坏，会导致开关柜局部放电次数和放电量的增加，如此形成一个恶性循环。而局部放电现象的不断持续和发展，就会引起开关柜的绝缘损伤，如果任其发展最终会导致绝缘丧失介电性能，造成严重事故，破坏系统的安全稳定能力。

现今高压开关柜的检修主要是在停电状态下进行，实时在线监测手段应用比较少。由于各种原因，高压开关柜不能按照计划固定停电检修，开关柜的运行情况不能被实时掌握，监测工作的被动，因此存在安全隐患，严重威肋、电网的供电可靠性。因此对高压开关柜局部放电的研究和监测有着重要意义，不仅增加了电网的供电安全可靠性，同时也为智能电网的建设起到积极的促进作用。

我公司生产的超声波及暂态对地电压局放测试仪通过定期对设备的开关柜局部放电检测，掌握设备的运行情况，及时发现并处理设备的异常及缺陷，避免设备运行事故，保证电网安全运行。

技术优势

系统使用界面友好、操作简单：人机交互界面友好，易于掌握和操作，即使没有特别丰富的检测经验的检测人员同样也可以做到对试品局部放电信号的检测.

全新型数字化局放记录、储存、处理、识别系统。

宽带、高速、大容量采集系统。

抗电磁干扰能力强。超声波传感器为非点检测方法，其检测频段可以有效躲开电磁干扰。

便于放电定位。超声波信号在传播的过程中具有很强的方向性，能量集中，因此在检测过程中易于得到定向而集中的波束，从而方便进行定位。

定期检测或永久监测电力设备的最佳选择。

模糊诊断和信号分离分类工能和统计处理。

数据库应用。

适用范围

根据超声波信号传播途径的不同，超声波局部放电检测可分为接触式检测和非接触式检测。接触式检测主要用于检测GIS，变压器的设备外壳表面的超声波信号，而非接触式检测用于检测开关柜、配电线路等。

二、PDSeeker超声波、暂态对地电压局部放电检测系统

系统硬件

PDSeeker超声波、暂态对地电压局部放电检测主机

图1-A PDSeeker主机

PDSeeker超声波、暂态对地电压局部放检测仪是高速超宽带采样及信号传输单元，放置在现场检测点。标准PDSeeker带有三个输入通道，可接收三相电缆接头或终端上的3个传感器信。PDSeeker还带有一个工频同步信号输入端，以提供局放的相位信息。采样单元的输出采用RJ45网口连接，通过网线接入集线器hub，集线器再连入光纤总线。

超声波传感器

图1-B 超声波传感器外观

本方案采用的超声波传感器为非接触式超声波传感器，其检测量程为-7dBµV至68dBµV。

电源子系统

用户在现场提供220V交流电源或5V直流电源。

通信子系统

用户在每个局部放电在线监测主机安装位置提供TCP/IP网络接口，在线监测所采集的数据通过本地光纤网络上传到变电站内局放服务器，在经由电力专网上传至数据集控平台。

系统工作原理

发生局部放电时，在放电区域中，电子运动剧烈并相互撞击，在宏观上产生声波，通常将频率大于20kHz的声波称为超声波。通过检测局部放电产生的超声波信号来判定局部放电的方法称为局部放电的超声波检测法。放电产生的声能量与放电能量之间存在稳定的正比关系，这种比例关系在实际中虽然会受到各种因素的影响，但从统计的角度来看，他们之间的比例关系是肯定的。依据局部放电的机理，局部放电在初期表现为微弱的辉光放电，放电所释出来放的能量很小，发展到放电后期将出现强烈的电弧放电，此时放电释放的能量很大，可见局部放电的发展过程中放电所释放的能量是从小到大变化的，根据他们之间的比例关系则声能也是从小到大变化的。根据声能与放电能量之间的正比关系，用超声波信号声压的变化来代表局部放电所释放能量的变化，通过测量超声波信号的声压，推测放电的强弱，这就是超声波信号检测局部放电的基本原理。通过检测局部放电产生的超声波信号来判定局部放电的方法称为局部放电的超声波检测法，其原理如图所示。

系统组成

PDSeeker超声波、暂态对地电压局部放检测系统主要由下列几部分组成：

1.局部放电检测设备PDSeeker：通过网络接口与测试电脑连接，将检测数据实时传给测试电脑。每个PDSeeker可以连接3个PD传感器。

2.超声波传感器：贴在开关柜柜体表面上，检测局放信号。

系统特点及主要技术参数

4.1PDSeeker系统特点                        

我公司自主研发的超声波及暂态对地电压局放测试仪达到世界先进水平，具有如下特点：

1、 检测频带：超声波测量：20-200kHz；

TEV：3～100MHz；

测量范围：-20～60dB/mV；

2、检测灵敏度：超声波测量：1 pC、TEV：1dB；

3、测量范围：放大器的动态范围为70dB；局放测量0.1mV-5000mV；

4、相位同步方式：既可内同步，也可外同步；

5、测量通道：双通道（可选择不同传感器接入）；

6、测量方式：连续多点测量，对一个柜体采用9个测量点，根据信号的强弱分布实现分析；

7、系统抗干扰性：系统有良好的电磁兼容性、绝缘性能、抗干扰性、抗腐蚀性等。利用软件滤波选频可选择干扰最小的频带进行测量；

8、测量及显示参数：局部放电信号（单位mV、pC），放电相位，测量放电信号的幅值、相位、放电频次等基本的局部放电表征参数；

9、局部放电波形及图谱显示：信号的时域波形以及PRPD谱图；

10、具备大容量存储功能，结合软件进行局部放电类型的判别，根据局部放电的特征值，给出存在局部放电的可能性；

11、备相位同步分析功能，有放电图谱显示功能，能够定量分析有无局部放电并显示、判断放电强弱，要求能够对局部放电点进行定位，定位精度高于50cm。

4.2超声波传感器主要技术参数

开关柜检测步骤

检查仪器完整性，按照仪器说明书连接检测仪器各部件，将检测仪器正确接地后开机。

开机后，运行检测软件，检查界面显示、模式切换是否正常稳定。

进行仪器自检，确认超声波传感器和检测通道工作正常。

若具备该功能，设置变电站名称、设备名称、检测位置并做好标注。

将检测仪器调至适当量程，传感器悬浮于空气中，测量空间背景噪声并记录，根据现场噪声水平设定信号检测阈值。

将检测点选取于断路器断口处、隔离开关、接地开关、电流互感器、电压互感器、避雷器、导体连接部件以及水平布置盆式绝缘子上方部位，检测前应将传感器贴合的壳体外表面擦拭干净，检测点间隔应小于检测仪器的有效检测范围，测量时测点应选取于气室侧下方。

在超声波传感器检测面均匀涂抹专用检测耦合剂，施加适当压力紧贴于壳体外表面以尽量减小信号衰减，检测时传感器应与被试壳体保持相对静止，对于高处设备，例如某些GIS母线气室，可用配套绝缘支撑杆支撑传感器紧贴壳体外表面进行检测，但须确保传感器与设备带电部位有足够的安全距离。

在显示界面观察检测到的信号，观察时间不低于15秒，如果发现信号有效值/峰值无异常，50Hz/100Hz频率相关性较低，则保存数据，继续下一点检测。

如果发现信号异常，则在该气室进行多点检测，延长检测时间不少于30s并记录多组数据进行幅值对比和趋势分析，为准确进行相位相关性分析，可利用具有与运行设备相同相位关系的电源引出同步信号至检测仪器进行相位同步。亦可用耳机监听异常信号的声音特性，根据声音特性的持续性、频率高低等进行初步判断，并通过按压可能震动的部件，初步排除干扰。

填写设备检测数据记录表，对于存在异常的气室，应附检测图片和缺陷分析。

四、安全注意事项

应严格执行国家电网公司《电力安全工作规程(变电部分)》的相关要求；

应确保操作人员及测试仪器与电力设备的带电部位保持足够的安全距离；

应避开设备防爆口或压力释放口；

测试中，电力设备的金属外壳应接地良好；

在使用传感器进行检测时，应戴绝缘手套，避免手部直接接触传感器金属部件。

应在良好的天气下进行，如遇雷、雨、雪、雾不得进行该项工作，风力大于5级时，不宜进行该项工作。

行走中注意脚下，防止踩踏设备管道、二次线缆；

防止传感器坠落而误碰设备；

保证被测设备绝缘良好，防止低压触电；

五、缺陷部位和缺陷类型判断依据

1.缺陷部位判断依据

多传感器定位——利用时延方法实现空间定位。在疑似故障部位利用多个传感器同时测量，并以信号首先到达的传感器作为触发信号源，就可以得到超声波从放电源至各个传感器的传播时间，再根据超声波在设备媒质中的传播速度和方向，就可以确定放电源的空间位置。

单传感器定位——移动传感器，测试气室不同的部位，找到信号的最大点，对应的位置即为缺陷点。通过两种方法判断缺陷在罐体或中心导体上。方法一，通过调整测量频带的方法，将带通滤波器测量频率从100kHz减小到50kHz，如果信号幅值明显减小，则缺陷位置应在壳体上；信号水平基本不变，则缺陷位置应在中心导体上。方法二，如果信号水平的最大值在罐体表面周线方向的较大范围出现，则缺陷位置应在中心导体上；如果最大值在一个特定点出现，则缺陷位置应在壳体上。

2.缺陷类型判断依据

自由金属微粒——对于运行中的设备，微粒信号的幅值：背景噪声＜Vpeak＜5dB可不进行处理，5dB＜Vpeak≤10dB应缩短检测周期，监测运行；Vpeak≥10dB应进行检查。

注：这里的推荐参考值，各地因设备状况、运行条件和检测仪器等因素的不同，推荐参考值可能不

同。各地可根据的历史检测数据、自身所能承受的系统风险进行统计分析，定期修订完善推荐参考值。

电晕放电（数据参考带电设备带电检测技术规范中规定）——毛刺一般在壳体上，但导体上的毛刺危害更大。只要信号高于背景值，都是有害的，应根据工况酌情处理。在耐压过程中发现毛刺放电现象，即便低于标准值，也应进行处理。

悬浮电位——电位悬浮一般发生在断路器气室的屏蔽松动，PT/CT气室绝缘支撑松动或偏移，母线气室绝缘支撑松动或偏移，气室连接部位接插件偏离或螺栓松动等。设备内部只要形成了电位悬浮，就是危险的，应加强监测，有条件就应及时处理。对于126kV GIS，如果100Hz信号幅值远大于50Hz信号幅值，且Vpeak＞10mV，应缩短检测周期并密切监测其增长量，如果Vpeak＞20mV，应停电处理。对于363kV和550kV及以上设备，应提高标准。

注：这里的推荐参考值，各地因设备状况、运行条件和检测仪器等因素的不同，推荐参考值可能不同。各地可根据的历史检测数据、自身所能承受的系统风险进行统计分析，定期修订完善推荐参考值。其中，A（dBmV）=20lg（B mV /1mV）。