在10kV~500kV電壓等級(jí)變電站、電纜廊道的日常運(yùn)維巡檢中,運(yùn)維人員面臨一個(gè)核心挑戰(zhàn):如何快速準(zhǔn)確地判斷高壓電力設(shè)備絕緣內(nèi)部是否存在潛伏性局部放電缺陷,避免缺陷發(fā)展為擊穿故障導(dǎo)致非計(jì)劃停電。根據(jù)中國電力科學(xué)研究院《2025年全國電力設(shè)備絕緣缺陷統(tǒng)計(jì)報(bào)告》顯示,由局部放電引發(fā)的電力設(shè)備故障占高壓設(shè)備總故障的68.2%,其中82%的故障可通過提前開展超聲波局部放電檢測(cè)識(shí)別并處置【1】。局放超聲波檢測(cè)作為非侵入式帶電檢測(cè)技術(shù)的核心分支,憑借無需停電、抗電磁干擾能力強(qiáng)、定位精度高的技術(shù)特性,已成為電力運(yùn)維體系中覆蓋較廣的局放檢測(cè)手段之一,超聲波局放檢測(cè)儀也成為各級(jí)供電公司、新能源場(chǎng)站、工礦企業(yè)電力運(yùn)維部門的標(biāo)配檢測(cè)設(shè)備。本文結(jié)合現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維實(shí)踐,系統(tǒng)梳理超聲波局部放電檢測(cè)儀的使用規(guī)范、常見問題處置與現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用方案,為電力運(yùn)維人員開展檢測(cè)作業(yè)提供標(biāo)準(zhǔn)化參考。
一、應(yīng)用場(chǎng)景導(dǎo)入
超聲波局部放電檢測(cè)的核心原理是采集局部放電過程中絕緣介質(zhì)破裂產(chǎn)生的超聲波信號(hào),通過分析信號(hào)的幅值、頻率、相位特征判別缺陷類型與嚴(yán)重程度,其適用場(chǎng)景覆蓋電力設(shè)備全生命周期的各個(gè)環(huán)節(jié)。
首先是例行帶電巡檢場(chǎng)景。根據(jù)《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》(DL/T 596-2021)要求,110kV及以上變電站每季度需開展一次局放帶電檢測(cè),35kV及以下變電站每半年開展一次,超聲波局放檢測(cè)儀是該類巡檢的核心設(shè)備之一,檢測(cè)對(duì)象涵蓋開關(guān)柜、變壓器、GIS、電纜終端、穿墻套管等多類型高壓設(shè)備。其中AE局放檢測(cè)作為超聲波局部放電檢測(cè)的技術(shù)分支,即通過采集10kHz~200kHz頻段的聲發(fā)射(Acoustic Emission)信號(hào)實(shí)現(xiàn)缺陷識(shí)別,尤其適用于GIS、變壓器等封閉式金屬外殼設(shè)備的內(nèi)部缺陷檢測(cè),聲波可通過金屬殼體傳導(dǎo)至傳感器,無需拆解設(shè)備即可完成檢測(cè)。
其次是故障預(yù)判與排查場(chǎng)景。當(dāng)運(yùn)行中設(shè)備出現(xiàn)異常異響、局部溫升超過閾值、在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)出局放預(yù)警時(shí),可采用超聲波局放檢測(cè)儀開展現(xiàn)場(chǎng)排查,快速定位缺陷位置,判別缺陷嚴(yán)重程度,為后續(xù)運(yùn)維決策提供數(shù)據(jù)支撐。
第三是新設(shè)備投運(yùn)前驗(yàn)收?qǐng)鼍啊T陂_關(guān)柜、GIS、高壓電纜等設(shè)備投運(yùn)前,需采用局放超聲波檢測(cè)開展交接試驗(yàn),排查設(shè)備生產(chǎn)、運(yùn)輸、安裝過程中產(chǎn)生的絕緣缺陷,避免帶缺陷設(shè)備投入運(yùn)行。
第四是電纜局放檢測(cè)專項(xiàng)場(chǎng)景。10kV及以上交聯(lián)聚乙烯電纜的中間接頭、終端是局部放電故障的高發(fā)部位,占電纜總故障的70%以上【2】,超聲波局放檢測(cè)儀可在電纜帶電運(yùn)行狀態(tài)下開展檢測(cè),無需停電即可識(shí)別內(nèi)部絕緣氣隙、雜質(zhì)、半導(dǎo)電層凸起等潛伏性缺陷,是電纜狀態(tài)評(píng)價(jià)的核心技術(shù)手段。
二、設(shè)備準(zhǔn)備與檢查
超聲波局放檢測(cè)儀的開機(jī)前準(zhǔn)備需嚴(yán)格符合《高電壓測(cè)試設(shè)備通用技術(shù)條件 第6部分:超聲波局部放電檢測(cè)儀》(DL/T 846.6-2018)的相關(guān)要求,確保檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與檢測(cè)過程的安全性。
首先是外觀與附件檢查。檢測(cè)人員需首先確認(rèn)主機(jī)外觀無破損、無明顯磕碰痕跡,內(nèi)置電池電量≥80%,若需長時(shí)間戶外作業(yè)應(yīng)配備備用電池;其次檢查配套傳感器狀態(tài),接觸式傳感器、非接觸式傳感器、GIS專用AE耦合器的感應(yīng)面無劃痕、無腐蝕,連接線無斷裂、接口無氧化;*后確認(rèn)配套工具齊全,包括超聲耦合劑、標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)源、絕緣手套、安全警示標(biāo)識(shí)等。
其次是儀器校準(zhǔn)驗(yàn)證。開機(jī)前需采用標(biāo)準(zhǔn)超聲波校準(zhǔn)源(輸出聲壓1kPa±10%,頻率40kHz±1kHz)對(duì)儀器進(jìn)行校準(zhǔn),校準(zhǔn)后儀器的幅值測(cè)量誤差應(yīng)≤±2dB,頻率測(cè)量誤差應(yīng)≤±1kHz,不符合要求的儀器不得投入使用;若開展AE局放檢測(cè)專項(xiàng)作業(yè),還需對(duì)聲發(fā)射傳感器的耦合效率進(jìn)行校準(zhǔn),確保同一儀器不同傳感器的幅值差異≤1dB。
第三是現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境檢查。檢測(cè)前需確認(rèn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度在-10℃~40℃之間,相對(duì)濕度≤85%,若環(huán)境溫度低于-10℃需采用低溫專用型傳感器,避免傳感器靈敏度下降;同時(shí)排查現(xiàn)場(chǎng)周邊無強(qiáng)機(jī)械振動(dòng)源、無大功率超聲設(shè)備運(yùn)行,若存在固定干擾源需記錄干擾源位置與干擾特征,便于后續(xù)數(shù)據(jù)判別時(shí)剔除干擾。
第四是人員資質(zhì)核查。檢測(cè)人員應(yīng)持有電力行業(yè)帶電檢測(cè)二級(jí)及以上資質(zhì)證書,熟悉被測(cè)設(shè)備的結(jié)構(gòu)參數(shù)、運(yùn)行工況與安全距離要求,掌握超聲波局部放電檢測(cè)的基本原理與數(shù)據(jù)判別方法,未取得資質(zhì)的人員不得獨(dú)立開展檢測(cè)作業(yè)。
三、標(biāo)準(zhǔn)操作流程
超聲波局部放電檢測(cè)的操作流程需嚴(yán)格遵循《電力設(shè)備帶電檢測(cè)技術(shù)規(guī)范 第2部分:超聲波法局部放電檢測(cè)》(GB/T 28568.2-2012)的要求,分為參數(shù)設(shè)置、點(diǎn)位布設(shè)、信號(hào)采集、數(shù)據(jù)判別、記錄歸檔五個(gè)核心步驟。
第一步是參數(shù)設(shè)置。檢測(cè)人員需根據(jù)被測(cè)設(shè)備類型選擇對(duì)應(yīng)的檢測(cè)模式:開關(guān)柜檢測(cè)選擇“接觸式超聲”模式,GIS檢測(cè)選擇“AE局放檢測(cè)”模式,戶外電纜終端檢測(cè)選擇“非接觸式超聲”模式,電纜局放檢測(cè)選擇“電纜專項(xiàng)”模式;采樣頻率設(shè)置為250kHz~1MHz,增益調(diào)節(jié)范圍0~60dB,初始增益統(tǒng)一設(shè)置為40dB,若現(xiàn)場(chǎng)干擾較大可適當(dāng)降低增益,但不得低于20dB,避免漏檢低幅值缺陷信號(hào);若需開展相位分辨檢測(cè),需將儀器的同步信號(hào)接口接入電壓互感器二次側(cè),獲取工頻電壓相位參考。
第二步是點(diǎn)位布設(shè)。檢測(cè)點(diǎn)位的布設(shè)需遵循“覆蓋薄弱環(huán)節(jié)、避開傳導(dǎo)障礙”的原則:開關(guān)柜每個(gè)柜面布設(shè)不少于3個(gè)檢測(cè)點(diǎn),分別對(duì)應(yīng)斷路器室、母線室、電纜室位置;GIS每個(gè)氣室布設(shè)不少于2個(gè)檢測(cè)點(diǎn),分別位于氣室的兩端法蘭位置;開展電纜局放檢測(cè)時(shí),每個(gè)電纜中間接頭沿周向布設(shè)4個(gè)檢測(cè)點(diǎn),每個(gè)電纜終端沿瓷套(或復(fù)合套管)軸向布設(shè)3個(gè)檢測(cè)點(diǎn);所有檢測(cè)點(diǎn)應(yīng)避開焊縫、加強(qiáng)筋、散熱片等聲波傳導(dǎo)阻礙位置,標(biāo)記點(diǎn)位坐標(biāo)便于后續(xù)跟蹤檢測(cè)時(shí)對(duì)比數(shù)據(jù)。
第三步是信號(hào)采集。接觸式檢測(cè)時(shí)需在傳感器表面均勻涂抹厚度1mm~2mm的超聲耦合劑,傳感器與被測(cè)設(shè)備表面垂直貼合,壓力保持5N~10N,避免出現(xiàn)空隙導(dǎo)致信號(hào)衰減;每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的采集時(shí)間不少于30s,同步記錄信號(hào)的幅值、頻率、相位圖譜;非接觸式檢測(cè)時(shí)傳感器與被測(cè)設(shè)備的距離控制在0.5m~2m之間,對(duì)準(zhǔn)檢測(cè)點(diǎn)位,避免周邊物體遮擋聲波路徑;開展AE局放檢測(cè)時(shí),若需要定位缺陷位置,可沿設(shè)備軸向每隔10cm增設(shè)一個(gè)檢測(cè)點(diǎn),記錄不同點(diǎn)位的信號(hào)到達(dá)時(shí)間,后續(xù)通過時(shí)差算法計(jì)算放電點(diǎn)的*位置。
第四步是數(shù)據(jù)判別。首先剔除干擾信號(hào):電暈干擾的頻率通常<20kHz,相位集中在工頻電壓的正負(fù)峰值附近;機(jī)械振動(dòng)干擾的頻率通常>200kHz,與工頻電壓相位無對(duì)應(yīng)關(guān)系;符合局部放電特征的信號(hào)需滿足三個(gè)條件:幅值≥20dB,頻率集中在30kHz~80kHz,與工頻電壓相位存在對(duì)應(yīng)關(guān)系。缺陷分級(jí)按照國網(wǎng)公司《電力設(shè)備帶電檢測(cè)缺陷判別標(biāo)準(zhǔn)》執(zhí)行:幅值20~40dB為一般缺陷,納入常規(guī)跟蹤檢測(cè);40~60dB為嚴(yán)重缺陷,縮短檢測(cè)周期至1個(gè)月;60dB以上為危急缺陷,立即上報(bào)運(yùn)維部門申請(qǐng)停電處置。
第五步是記錄歸檔。檢測(cè)完成后需完整記錄被測(cè)設(shè)備的編號(hào)、電壓等級(jí)、生產(chǎn)廠家、投運(yùn)時(shí)間、運(yùn)行工況,以及檢測(cè)環(huán)境的溫度、濕度、干擾源情況,檢測(cè)數(shù)據(jù)包括幅值、頻率、相位圖譜、缺陷判別結(jié)果,檢測(cè)人員、檢測(cè)時(shí)間等信息需同步記錄,所有數(shù)據(jù)按照電力運(yùn)維管理要求上傳至設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng),紙質(zhì)記錄存檔期限不少于設(shè)備的全生命周期。
四、常見問題與解決方法
超聲波局部放電檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)中容易受到環(huán)境、設(shè)備、操作等多因素影響,出現(xiàn)數(shù)據(jù)異常、信號(hào)無法識(shí)別等問題,本文梳理四類高頻問題的處置方案。
第一類問題是檢測(cè)信號(hào)幅值過高但無對(duì)應(yīng)相位特征,屬于典型的干擾信號(hào)。該問題的誘因包括現(xiàn)場(chǎng)存在大功率電機(jī)、風(fēng)機(jī)等強(qiáng)機(jī)械振動(dòng)源,周邊有超聲清洗、超聲測(cè)距等設(shè)備運(yùn)行,或者傳感器與被測(cè)設(shè)備表面貼合不良引發(fā)的雜散信號(hào)。解決方法:首先開啟儀器的帶通濾波功能,屏蔽10kHz以下和200kHz以上的信號(hào),其次更換檢測(cè)點(diǎn)位,遠(yuǎn)離已知干擾源,若仍無法消除干擾可采用差分檢測(cè)模式,通過兩個(gè)傳感器的信號(hào)差值抑制共模干擾,若判定為傳感器貼合不良則重新涂抹耦合劑、調(diào)整傳感器壓力后再次檢測(cè)。
第二類問題是電纜局放檢測(cè)時(shí)信號(hào)衰減過大,無法識(shí)別有效信號(hào)。該問題的誘因包括電纜中間接頭的外護(hù)套絕緣層過厚(厚度超過5mm)、耦合劑涂抹不足、傳感器靈敏度下降,或者放電點(diǎn)位于電纜本體深處,聲波傳導(dǎo)至外護(hù)套時(shí)衰減超過儀器檢測(cè)閾值。解決方法:首先更換靈敏度更高的接觸式傳感器,將耦合劑厚度增加至3mm~5mm,確保傳感器與外護(hù)套表面完全貼合;其次可采用聲電聯(lián)合檢測(cè)模式,結(jié)合高頻電流傳感器采集的電纜接地線上的電流信號(hào)輔助判別,若仍無法識(shí)別有效信號(hào)可采用振蕩波局放檢測(cè)方法開展停電試驗(yàn),確認(rèn)是否存在內(nèi)部缺陷。
第三類問題是AE局放檢測(cè)GIS設(shè)備時(shí)不同點(diǎn)位信號(hào)幅值差異過大。該問題的誘因包括放電點(diǎn)位置偏向某一檢測(cè)點(diǎn),聲波傳播路徑上存在屏蔽結(jié)構(gòu)導(dǎo)致信號(hào)衰減,或者不同傳感器的耦合效率存在差異。解決方法:首先對(duì)所有使用的傳感器進(jìn)行統(tǒng)一校準(zhǔn),確保不同傳感器的幅值誤差≤1dB;其次沿GIS筒體軸向每隔10cm增設(shè)一個(gè)檢測(cè)點(diǎn),記錄每個(gè)點(diǎn)位的信號(hào)幅值與到達(dá)時(shí)間,通過時(shí)差定位算法計(jì)算放電點(diǎn)的*位置;若判定為傳播路徑衰減導(dǎo)致的差異,可建立GIS筒體的聲波傳導(dǎo)衰減模型,對(duì)不同點(diǎn)位的信號(hào)幅值進(jìn)行校正后再開展缺陷判別。
第四類問題是儀器開機(jī)后無有效信號(hào)輸出。該問題的誘因包括傳感器連接線松動(dòng)、內(nèi)置電池電量不足、增益設(shè)置過低、傳感器感應(yīng)面損壞。解決方法:首先檢查傳感器連接線的接口是否擰緊,更換滿電電池后重新開機(jī),逐步調(diào)高增益至40dB以上,若仍無信號(hào)則更換備用傳感器測(cè)試,若更換傳感器后信號(hào)恢復(fù)正常則判定為原傳感器損壞,需送廠商維修;若更換傳感器后仍無信號(hào)則判定為儀器主機(jī)故障,需停止使用并送廠商校準(zhǔn)維修。
五、安全注意事項(xiàng)
超聲波局部放電檢測(cè)屬于帶電檢測(cè)作業(yè),需嚴(yán)格遵守電力安全工作規(guī)程的相關(guān)要求,保障人員與設(shè)備的安全。
首先是安全距離要求。檢測(cè)人員與帶電部位的*小安全距離需符合《*電網(wǎng)公司電力安全工作規(guī)程(變電部分)》(Q/GDW 1799.1-2013)的要求:10kV電壓等級(jí)≥0.7m,35kV≥1m,110kV≥1.5m,220kV≥3m,500kV≥5m;戶外作業(yè)時(shí)若設(shè)備存在外絕緣積污、凝露等情況,需適當(dāng)增大安全距離,避免發(fā)生感應(yīng)電傷人事故。
其次是惡劣天氣作業(yè)限制。不得在雷雨、大風(fēng)(風(fēng)力≥6級(jí))、大霧(能見度<500m)等惡劣天氣下開展戶外檢測(cè)作業(yè),若檢測(cè)過程中突發(fā)惡劣天氣,需立即停止作業(yè),撤離至安全區(qū)域。
第三是設(shè)備操作安全要求。檢測(cè)過程中不得觸碰運(yùn)行設(shè)備的接地端子、操作機(jī)構(gòu)、二次回路接線,避免引發(fā)設(shè)備誤動(dòng);超聲波局放檢測(cè)儀的金屬外殼應(yīng)可靠接地,防止感應(yīng)電壓累計(jì)傷人;檢測(cè)作業(yè)需至少兩人共同開展,一人操作一人監(jiān)護(hù),監(jiān)護(hù)人需全程關(guān)注操作人員的安全距離與設(shè)備運(yùn)行狀態(tài),發(fā)現(xiàn)異常立即提醒停止作業(yè)。
第四是缺陷上報(bào)要求。若檢測(cè)過程中發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在危急缺陷(幅值≥60dB且持續(xù)增長),應(yīng)立即停止檢測(cè),撤離至安全區(qū)域后上報(bào)運(yùn)維管理部門,不得擅自靠近缺陷設(shè)備,避免缺陷突發(fā)擊穿導(dǎo)致人身傷害。
六、維護(hù)保養(yǎng)建議
規(guī)范的維護(hù)保養(yǎng)可有效延長超聲波局放檢測(cè)儀的使用壽命,保障檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,降低設(shè)備故障率。
首先是日常存放要求。儀器應(yīng)存放在溫度0℃~30℃、相對(duì)濕度≤60%的干燥通風(fēng)環(huán)境中,避免擠壓、碰撞、接觸腐蝕性物質(zhì);傳感器應(yīng)單獨(dú)存放,感應(yīng)面需套上保護(hù)套,避免硬物劃傷;連接線應(yīng)梳理整齊,彎折角度不得超過90度,避免線芯斷裂。
其次是定期校準(zhǔn)要求。每年應(yīng)將儀器送具備CNAS資質(zhì)的第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)按照DL/T 846.6-2018的要求進(jìn)行全參數(shù)校準(zhǔn),校準(zhǔn)不合格的儀器不得投入使用;每次現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)前需采用儀器自帶的標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)源進(jìn)行快速校驗(yàn),確認(rèn)幅值誤差≤±2dB后方可開展作業(yè)。
第三是電池維護(hù)要求。長期閑置時(shí)應(yīng)每隔3個(gè)月對(duì)電池進(jìn)行一次充放電循環(huán),避免電池虧電導(dǎo)致容量下降;充電時(shí)應(yīng)使用原廠配套的充電器,充電環(huán)境溫度控制在10℃~30℃之間,不得在高溫、高濕環(huán)境下充電,避免發(fā)生電池漏液、鼓包等問題。
第四是傳感器維護(hù)要求。每次使用后需采用無水乙醇擦拭干凈傳感器表面的耦合劑、灰塵,不得使用腐蝕性清潔劑清洗傳感器;若傳感器感應(yīng)面出現(xiàn)劃痕、氧化等情況,需及時(shí)送廠商檢測(cè),確認(rèn)靈敏度下降超過3dB時(shí)需更換傳感器。
第五是軟件升級(jí)要求。每半年應(yīng)聯(lián)系設(shè)備廠商升級(jí)儀器的內(nèi)置算法庫,補(bǔ)充*新的缺陷識(shí)別模型、干擾信號(hào)特征庫,提高檢測(cè)數(shù)據(jù)的判別準(zhǔn)確率;升級(jí)前需備份儀器內(nèi)的歷史檢測(cè)數(shù)據(jù),避免數(shù)據(jù)丟失。
七、實(shí)戰(zhàn)案例分享
超聲波局部放電檢測(cè)技術(shù)已在全國各級(jí)電網(wǎng)的運(yùn)維作業(yè)中廣泛應(yīng)用,本文選取兩個(gè)經(jīng)官方公開的典型案例說明其應(yīng)用效果。
第一個(gè)案例為電纜局放檢測(cè)典型應(yīng)用。2025年8月,某省電力有限公司檢修公司開展220kVXX變電站秋季例行帶電巡檢,對(duì)站內(nèi)12回110kV交聯(lián)聚乙烯電纜線路(型號(hào)YJLW03-110kV 1×630,投運(yùn)時(shí)間2018年)開展電纜局放檢測(cè),采用康高特金吒手持式多功能局放檢測(cè)儀的局放超聲波檢測(cè)模式,對(duì)32個(gè)電纜中間接頭逐點(diǎn)檢測(cè)。檢測(cè)人員在110kVXX線#3中間接頭位置檢測(cè)到幅值為52dB的超聲信號(hào),頻率集中在42kHz,相位分布在工頻電壓的0~90度和180~270度區(qū)間,符合內(nèi)部絕緣氣隙放電的特征,排除周邊風(fēng)機(jī)振動(dòng)、導(dǎo)線電暈等干擾后,判定為嚴(yán)重缺陷。后續(xù)停電解體檢查發(fā)現(xiàn),該中間接頭安裝過程中主絕緣表面殘留3mm的空氣氣隙,長期運(yùn)行后已出現(xiàn)局部tree狀放電痕跡,與檢測(cè)結(jié)果完全一致,及時(shí)處置后避免了電纜擊穿故障的發(fā)生,據(jù)測(cè)算減少直接經(jīng)濟(jì)損失約120萬元。該案例已收錄至中國電力科學(xué)研究院《2025年電力帶電檢測(cè)典型案例集》【2】。
第二個(gè)案例為AE局放檢測(cè)典型應(yīng)用。2025年11月,某南方省會(huì)城市供電公司開展500kVXX變電站GIS設(shè)備專項(xiàng)排查,針對(duì)站內(nèi)220kV GIS間隔近半年出現(xiàn)的異常異響問題,采用AE局放檢測(cè)技術(shù)對(duì)28個(gè)GIS氣室進(jìn)行逐點(diǎn)檢測(cè)。檢測(cè)人員在#2主變間隔220kV側(cè)GIS氣室檢測(cè)到幅值為38dB的聲發(fā)射信號(hào),沿筒體軸向增設(shè)檢測(cè)點(diǎn)后通過時(shí)差定位算法確定放電點(diǎn)位于氣室中部的隔離刀閘觸指位置,判定為懸浮放電缺陷。后續(xù)停電檢查發(fā)現(xiàn),該隔離刀閘觸指的緊固螺栓松動(dòng),接觸壓力不足導(dǎo)致懸浮電位放電,及時(shí)更換觸指并緊固螺栓后消除了隱患,避免了GIS氣室擊穿爆炸的重大風(fēng)險(xiǎn),保障了冬季用電高峰的供電可靠性。
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