局部放電檢測(cè)設(shè)備的選型,表面上是在挑儀器,實(shí)質(zhì)是在確定用什么方式、在什么時(shí)間尺度上觀察絕緣狀態(tài)。同一面開(kāi)關(guān)柜,巡檢人員手持設(shè)備每周走過(guò)一次測(cè)得的暫態(tài)地電壓讀數(shù)、在線監(jiān)測(cè)裝置連續(xù)三個(gè)月累積的放電趨勢(shì)、交接試驗(yàn)時(shí)在試驗(yàn)電壓下測(cè)到的視在電荷量,三者描述的并不是同一件事,也無(wú)法互相替代。把三種形態(tài)混為一談,是現(xiàn)場(chǎng)常見(jiàn)的選型錯(cuò)位:用手持設(shè)備的分貝讀數(shù)去判定設(shè)備能否投運(yùn),或者用在線監(jiān)測(cè)的報(bào)警次數(shù)去反推放電量,得到的結(jié)論往往偏離實(shí)際。
造成這種錯(cuò)位的原因,在于三類形態(tài)的儀器雖然都叫局放檢測(cè)儀,卻建立在兩套不同的測(cè)量原理之上,受不同的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范約束,輸出的是量綱都不相同的量值。手持式與在線式多數(shù)以特高頻、高頻、超聲等電磁或聲學(xué)量為觀測(cè)對(duì)象,讀數(shù)是相對(duì)量;實(shí)驗(yàn)室式則以脈沖電流法為基礎(chǔ),在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗(yàn)回路里校準(zhǔn)后給出視在電荷量,讀數(shù)可溯源至電荷量單位。前者擅長(zhǎng)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,后者擅長(zhǎng)回答問(wèn)題。
本文按手持式、在線式、實(shí)驗(yàn)室式三類形態(tài),分別梳理各自的測(cè)量目的、所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)體系、能夠給出什么量值、以及回答不了什么問(wèn)題,并給出從被測(cè)對(duì)象出發(fā)的選型判斷順序。
把局放檢測(cè)設(shè)備按形態(tài)分類,常見(jiàn)的做法是按體積或便攜程度劃分,這種分法會(huì)掩蓋真正的差異。一臺(tái)裝在手提箱里的中長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與一臺(tái)手持巡檢儀,體積差別不大,數(shù)據(jù)性質(zhì)卻完全不同。更合理的劃分依據(jù)是測(cè)量目的。
手持式設(shè)備的核心價(jià)值是覆蓋面和速度。一個(gè)巡檢班組在一個(gè)工作日內(nèi)要走過(guò)幾十面開(kāi)關(guān)柜、十幾段電纜通道,設(shè)備必須做到單人可攜帶、開(kāi)機(jī)即可測(cè)、讀數(shù)直觀。因此手持式設(shè)備普遍采用非接觸或半接觸的傳感器,直接耦合設(shè)備表面的電磁信號(hào)或聲學(xué)信號(hào),不改動(dòng)設(shè)備本體,也不需要停電。
這種作業(yè)方式?jīng)Q定了它的輸出是篩查結(jié)論,即在給定的環(huán)境條件下,某臺(tái)設(shè)備是否存在明顯偏離本底的放電活動(dòng)。它不追求把放電量化到皮庫(kù)級(jí),因?yàn)樵趲щ姟㈤_(kāi)放、干擾源復(fù)雜的現(xiàn)場(chǎng),量化所需的前提條件并不具備。
在線監(jiān)測(cè)裝置的傳感器長(zhǎng)期固定在設(shè)備上,位置不變、耦合方式不變、接線不變。這個(gè)不變是它全部?jī)r(jià)值的基礎(chǔ):正因?yàn)闇y(cè)量條件被固定下來(lái),不同時(shí)間點(diǎn)的數(shù)據(jù)才具有可比性,趨勢(shì)才成立。
在線式回答的是放電活動(dòng)隨時(shí)間的變化。某臺(tái)設(shè)備的放電幅值在三個(gè)月內(nèi)緩慢抬升,即便幅值仍然不高,其發(fā)展趨勢(shì)本身已構(gòu)成值得關(guān)注的信息。這類信息是手持式巡檢無(wú)法提供的,因?yàn)槊看窝矙z的傳感器位置、壓緊程度、環(huán)境噪聲都不完全一致,數(shù)據(jù)之間的可比性有限。
實(shí)驗(yàn)室式測(cè)量的目標(biāo)是給出一個(gè)可溯源、可比對(duì)、可寫(xiě)入試驗(yàn)報(bào)告的數(shù)值,通常是視在電荷量。為了做到這一點(diǎn),必須控制試驗(yàn)回路的全部參數(shù):施加規(guī)定的試驗(yàn)電壓、使用規(guī)定的耦合電容器與檢測(cè)阻抗、用標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)器對(duì)整個(gè)回路注入已知電荷量的脈沖進(jìn)行校準(zhǔn)。
這套流程決定了實(shí)驗(yàn)室式測(cè)量需要停電、需要試驗(yàn)電源、需要較長(zhǎng)的準(zhǔn)備時(shí)間。它給出的是某一時(shí)刻在規(guī)定條件下的定量結(jié)果,是設(shè)備能否投運(yùn)、絕緣是否合格的判定依據(jù)。
| 對(duì)比項(xiàng) | 手持式 | 在線式 | 實(shí)驗(yàn)室式 |
|---|---|---|---|
| 測(cè)量目的 | 篩查有無(wú)放電 | 跟蹤放電變化 | 定量判定 |
| 輸出量值 | 分貝值、相對(duì)幅值 | 趨勢(shì)、譜圖、報(bào)警 | 視在電荷量(皮庫(kù)) |
| 測(cè)量條件 | 帶電、現(xiàn)場(chǎng)、條件不可控 | 帶電、固定、條件一致 | 停電、試驗(yàn)回路、條件受控 |
| 時(shí)間尺度 | 單次快照 | 連續(xù)或周期 | 單次、規(guī)定時(shí)長(zhǎng) |
| 主要依據(jù) | 電磁與聲學(xué)測(cè)量方法標(biāo)準(zhǔn) | 在線監(jiān)測(cè)裝置技術(shù)規(guī)范 | 局部放電測(cè)量與試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn) |
| 部署投入 | 低 | 中到高 | 高 |
理解三類形態(tài)的差異,需要回到測(cè)量原理。局部放電會(huì)在被試設(shè)備上同時(shí)激發(fā)出多種物理現(xiàn)象:脈沖電流、特高頻電磁波、高頻電流、超聲波、暫態(tài)地電壓等。不同的儀器捕捉不同的現(xiàn)象,得到的量值自然不同。
脈沖電流法是經(jīng)典的局部放電測(cè)量方法,其測(cè)量結(jié)果以視在電荷量表示,單位為皮庫(kù)。GB/T 7354-2018《高電壓試驗(yàn)技術(shù) 局部放電測(cè)量》規(guī)定的正是這一方法體系,適用于 400 赫茲及以下交流電壓和直流電壓下的局部放電測(cè)量。
視在電荷量的定義建立在這樣一個(gè)前提上:把被試設(shè)備等效為一個(gè)電容,放電瞬間在設(shè)備兩端產(chǎn)生的電壓突變,等效于注入一個(gè)確定電荷量的脈沖所產(chǎn)生的效果。這個(gè)量值之所以被稱為視在的,是因?yàn)樗⒉坏扔诜烹婞c(diǎn)真實(shí)的電荷轉(zhuǎn)移量,而是在設(shè)備端子處可觀測(cè)到的等效值。正因?yàn)槿绱耍瑴y(cè)量結(jié)果強(qiáng)烈依賴于試驗(yàn)回路的參數(shù),必須通過(guò)校準(zhǔn)才能確定標(biāo)尺。
特高頻、高頻、超聲等方法不測(cè)脈沖電流,而是直接接收放電過(guò)程輻射出的電磁波或激發(fā)出的聲波。GB/T 42287-2022《高電壓試驗(yàn)技術(shù) 電磁和聲學(xué)法測(cè)量局部放電》覆蓋的正是這類方法,包括高頻、甚高頻、特高頻電磁法與聲學(xué)法,內(nèi)容涉及定位、測(cè)量系統(tǒng)校準(zhǔn)與靈敏度核查。
這類方法的突出優(yōu)勢(shì)是抗干擾能力強(qiáng)、可在帶電條件下實(shí)施、對(duì)設(shè)備本體無(wú)電氣連接要求。在現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)放空間里,脈沖電流法很難避開(kāi)空間耦合進(jìn)來(lái)的干擾,而特高頻法可以通過(guò)選擇合適的頻段把大部分低頻干擾擋在外面。
既然非電量法在現(xiàn)場(chǎng)如此實(shí)用,為什么不干脆讓它輸出皮庫(kù)值?原因在于量值傳遞鏈條斷了。
脈沖電流法的電荷量之所以可信,是因?yàn)檎诇y(cè)量回路的參數(shù)已知,且用標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)器注入了已知電荷量,建立了從示值到電荷量的明確對(duì)應(yīng)關(guān)系。而在特高頻或超聲測(cè)量中,從放電點(diǎn)到傳感器之間存在復(fù)雜的傳播路徑:電磁波在金屬殼體內(nèi)的傳播受腔體尺寸、絕緣子位置、內(nèi)部結(jié)構(gòu)影響,聲波在固體與氣體中的衰減規(guī)律各不相同。同一個(gè)放電,傳感器位置移動(dòng)幾十厘米,接收到的幅值便可能相差數(shù)倍。
這意味著非電量法的讀數(shù)與放電量之間不存在穩(wěn)定的、可通用的換算關(guān)系。因此這類設(shè)備普遍以分貝毫伏、分貝微伏、分貝毫瓦等相對(duì)單位給出讀數(shù),用于比較和篩查,而不用于定量判定。這并非技術(shù)不足,而是量值性質(zhì)的必然結(jié)果。
手持式設(shè)備幾乎全部采用非電量法,因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)作業(yè)要求非接觸、不停電、快速。在線式同樣以非電量法為主,傳感器長(zhǎng)期固定在設(shè)備外殼或接地線上。實(shí)驗(yàn)室式則以脈沖電流法為主,只有在被試設(shè)備具備試驗(yàn)條件時(shí)才實(shí)施。
當(dāng)然也有交叉。部分在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用高頻電流互感器耦合接地線信號(hào),屬于脈沖電流法的變體,可以在現(xiàn)場(chǎng)條件下給出具有一定可比性的電荷量讀數(shù);部分便攜設(shè)備也支持脈沖電流法測(cè)量,用于現(xiàn)場(chǎng)定量。判斷一臺(tái)設(shè)備能給出什么結(jié)論,看的不是它的外形,而是它的測(cè)量原理與校準(zhǔn)方式。
手持式局放檢測(cè)儀是電力運(yùn)維單位配置量居首的局放設(shè)備形態(tài)。它的價(jià)值在于把絕緣狀態(tài)的初步篩查變成一項(xiàng)可以高頻次、大范圍開(kāi)展的常規(guī)作業(yè)。
手持式設(shè)備的讀數(shù)多數(shù)以分貝表示。暫態(tài)地電壓讀數(shù)通常以分貝毫伏給出,超聲讀數(shù)以分貝微伏給出,特高頻讀數(shù)以分貝毫瓦給出。分貝是對(duì)數(shù)單位,讀數(shù)每增加二十分貝,對(duì)應(yīng)電壓幅值增大十倍。
這個(gè)對(duì)數(shù)特性對(duì)現(xiàn)場(chǎng)判讀有直接影響:讀數(shù)的幅值受傳感器與放電源的距離、傳播路徑衰減、設(shè)備結(jié)構(gòu)等因素影響很大,同一臺(tái)設(shè)備在不同測(cè)點(diǎn)的讀數(shù)差異可能相當(dāng)可觀。因此手持式檢測(cè)的核心方法不是只看幅值高低,而是做橫向比較與縱向比較——同類設(shè)備在同一部位橫向比,同一設(shè)備同一部位與歷史數(shù)據(jù)縱向比。明顯高于同類設(shè)備的測(cè)點(diǎn),才是需要關(guān)注的重點(diǎn)。
單一檢測(cè)手段存在固有的盲區(qū)。暫態(tài)地電壓法對(duì)設(shè)備內(nèi)部的放電敏感,但信號(hào)沿金屬殼體傳播,容易受到相鄰間隔的串?dāng)_;超聲法對(duì)表面放電和沿面放電敏感,傳播路徑可預(yù)測(cè),但衰減快、對(duì)內(nèi)部深處放電不敏感;特高頻法靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng),但要求放電產(chǎn)生的電磁波能夠有效輻射出來(lái),對(duì)全封閉金屬殼體內(nèi)部的放電有優(yōu)勢(shì),對(duì)屏蔽較好的結(jié)構(gòu)則不一定。
把多種手段集成在同一臺(tái)設(shè)備上,用不同原理交叉驗(yàn)證同一個(gè)可疑信號(hào),是提高現(xiàn)場(chǎng)判斷可靠性的實(shí)用做法。當(dāng)兩種以上的檢測(cè)手段在同一部位同時(shí)給出異常讀數(shù)時(shí),存在真實(shí)放電的概率明顯高于單一手段報(bào)警的情形。
金吒是北京康高特(KGT)自研的手持式多功能局放測(cè)試儀,面向開(kāi)關(guān)柜局部放電檢測(cè)設(shè)計(jì),集成特高頻、高頻、超聲與暫態(tài)地電壓四類檢測(cè)手段,并支持接觸式超聲檢測(cè)。
其技術(shù)參數(shù)為:特高頻頻段 300 至 1500 兆赫茲,動(dòng)態(tài)范圍負(fù) 80 至負(fù) 5 分貝毫瓦,內(nèi)置高通與低通濾波器;高頻頻段 0.1 至 20 兆赫茲,傳輸阻抗大于 10 毫伏每毫安;超聲波接觸式頻段 20 至 300 千赫茲,非接觸式中心頻率 40 加減 1 千赫茲,動(dòng)態(tài)范圍 70 分貝;暫態(tài)地電壓頻段 3 至 100 兆赫茲,動(dòng)態(tài)范圍 70 分貝;同步方式支持內(nèi)同步與無(wú)線同步兩種,內(nèi)同步頻率 20 至 350 赫茲可調(diào)、精度 0.01 赫茲,無(wú)線同步距離不大于 50 米。
環(huán)境適應(yīng)性與供電方面,工作溫度范圍為負(fù) 20 至正 45 攝氏度,濕度不大于百分之九十五且無(wú)凝露;內(nèi)置鋰電池容量 18.5 瓦時(shí),續(xù)航 8 小時(shí),支持 USB 充電與充電寶外接。數(shù)據(jù)可通過(guò)藍(lán)牙、無(wú)線局域網(wǎng)、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)與 USB 傳輸,支持遠(yuǎn)程協(xié)助與云平臺(tái)數(shù)據(jù)管理。設(shè)備配備 7 英寸觸控屏,并可通過(guò)手機(jī)或平板應(yīng)用操控。
在作業(yè)組織上,金吒支持通過(guò)手機(jī)軟件級(jí)聯(lián)多臺(tái)設(shè)備,實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)柜組柜、配電室多點(diǎn)的分布式同步檢測(cè),這對(duì)于整段配電室的快速普查有實(shí)際意義。
手持式設(shè)備適合作為絕緣狀態(tài)篩查的入口環(huán)節(jié),但它給出的結(jié)論是相對(duì)的。它不能回答某臺(tái)設(shè)備的放電量是否超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的允許值,也不能作為設(shè)備能否投運(yùn)的判定依據(jù)。這類結(jié)論需要實(shí)驗(yàn)室式測(cè)量給出。
同時(shí),手持式檢測(cè)的質(zhì)量高度依賴人員的規(guī)范操作。傳感器是否貼緊、測(cè)點(diǎn)是否一致、本底是否測(cè)量、環(huán)境干擾是否記錄,這些因素對(duì)結(jié)果的影響往往超過(guò)儀器本身的差異。把巡檢做成標(biāo)準(zhǔn)化的作業(yè)流程,比單純追求儀器的靈敏度更有價(jià)值。
在線監(jiān)測(cè)與手持式巡檢的本質(zhì)區(qū)別,不在于傳感器是否更靈敏,而在于測(cè)量條件是否被固定下來(lái)。這一區(qū)別決定了它輸出的是趨勢(shì)而非快照。
在線監(jiān)測(cè)裝置是一類有明確標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的產(chǎn)品形態(tài),不是把便攜設(shè)備固定安裝便可稱為在線監(jiān)測(cè)。DL/T 1498.4-2025《變電設(shè)備在線監(jiān)測(cè)裝置技術(shù)規(guī)范 第4部分:氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備局部放電特高頻在線監(jiān)測(cè)裝置》規(guī)定了氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備局部放電特高頻在線監(jiān)測(cè)裝置的技術(shù)要求、試驗(yàn)項(xiàng)目及要求、檢驗(yàn)規(guī)則、標(biāo)志、包裝、運(yùn)輸和貯存等要求,適用于這類裝置的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、選型、檢測(cè)、試驗(yàn)等。對(duì)部分采用六氟化硫氣體作為絕緣介質(zhì)的半氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備、氣體絕緣金屬封閉輸電線路和罐式斷路器上安裝的特高頻局部放電在線監(jiān)測(cè)裝置,可參照該標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。
在線監(jiān)測(cè)裝置與便攜巡檢設(shè)備的差異,也體現(xiàn)在運(yùn)行方式上。在線裝置需要長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行,往往處于無(wú)人值守狀態(tài),因而對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與歷史回溯、自檢與上電自恢復(fù)、通信中斷等異常情況的應(yīng)急處理都有要求;而這些內(nèi)容對(duì)于完成一次測(cè)量便撤離現(xiàn)場(chǎng)的手持設(shè)備來(lái)說(shuō)并不必要。此外,在線裝置還需要具備放電定位與在復(fù)雜電磁環(huán)境下的抗干擾能力,因?yàn)樗膬r(jià)值在于長(zhǎng)期穩(wěn)定地提供可比數(shù)據(jù)。
值得注意的是,該標(biāo)準(zhǔn)的適用對(duì)象是氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備的特高頻在線監(jiān)測(cè)裝置。用在線監(jiān)測(cè)裝置的技術(shù)要求去要求便攜巡檢設(shè)備,或者反過(guò)來(lái)用便攜設(shè)備的指標(biāo)去描述在線裝置,都不符合標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍。
在線監(jiān)測(cè)有兩種典型部署方式,適用于不同的需求。
固定安裝是常態(tài)配置。傳感器長(zhǎng)期固定安裝在設(shè)備上,信號(hào)處理與分析單元集中布置,數(shù)據(jù)持續(xù)上傳至分析平臺(tái),形成設(shè)備的長(zhǎng)期檔案。這種方式適合關(guān)鍵設(shè)備、故障后果嚴(yán)重的場(chǎng)合,以及已經(jīng)確定需要長(zhǎng)期跟蹤的設(shè)備。
中長(zhǎng)期駐留則是介于固定安裝與手持巡檢之間的過(guò)渡形態(tài)。當(dāng)巡檢中發(fā)現(xiàn)某臺(tái)設(shè)備的讀數(shù)偏高,而單次數(shù)據(jù)不足以判斷嚴(yán)重程度時(shí),可以把便攜式監(jiān)測(cè)系統(tǒng)安裝在變電站,持續(xù)觀測(cè)一周或更長(zhǎng)時(shí)間,積累足夠的數(shù)據(jù)來(lái)判斷放電是否穩(wěn)定存在、是否隨負(fù)荷或環(huán)境變化。這種做法的價(jià)值在于避免了在信息不足時(shí)做出停電檢修的決定。
英國(guó) IPEC 的 ASM 與 ASM-P 是上述兩種部署方式的對(duì)應(yīng)產(chǎn)品,北京康高特(KGT)為該品牌的授權(quán)代理。
ASM 固定安裝局放監(jiān)測(cè)系統(tǒng)面向電纜與開(kāi)關(guān)設(shè)備的在線局放監(jiān)測(cè)。傳感器采用非侵入式耦合方式,在線耦合到高壓網(wǎng)絡(luò)與設(shè)備上,實(shí)施時(shí)不需要切斷電路。系統(tǒng)的顯示單元封裝在 19 英寸機(jī)柜中,可按需配置冷卻系統(tǒng)、不間斷電源、內(nèi)部電源以及與現(xiàn)有設(shè)備的集成方案。數(shù)據(jù)可通過(guò)多種通信協(xié)議自動(dòng)下載至中央數(shù)據(jù)庫(kù),用戶在分析網(wǎng)站上查看與分析,支持本地報(bào)警以及電子郵件與短信報(bào)警,并提供趨勢(shì)分析與報(bào)告功能。
傳感器配置方面,ASM 支持高頻電流互感器、暫態(tài)地電壓傳感器與聲學(xué)傳感器三類輸入,通道數(shù)量可達(dá) 128 路,具備尖峰保護(hù)。測(cè)量范圍為:電纜局放量 50 皮庫(kù)至 1000000 皮庫(kù),暫態(tài)地電壓 0 分貝毫伏至 54 分貝毫伏,超聲負(fù) 6 分貝微伏至 54 分貝微伏。
ASM-P 便攜式中長(zhǎng)期局放檢測(cè)系統(tǒng)基于固定安裝型號(hào)的技術(shù),用于電纜與開(kāi)關(guān)設(shè)備的中長(zhǎng)期測(cè)試。它安裝在變電站內(nèi)一周或更長(zhǎng)時(shí)間,為現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試期間讀數(shù)偏高的設(shè)備建立完整的狀況圖像。顯示器采用具備防護(hù)等級(jí)的手提箱封裝,帶可伸縮手柄,整機(jī) 14 千克,可由單人運(yùn)輸與安裝。通道數(shù)量可達(dá) 32 路,尖峰保護(hù) 1000 伏。系統(tǒng)配置 3 個(gè)獨(dú)立的超聲波通道用于檢測(cè)表面放電,暫態(tài)地電壓與超聲電平以分貝顯示,并集成噪聲檢測(cè)算法以減少誤報(bào)。傳感器與中央集線器之間無(wú)需接線,現(xiàn)場(chǎng)安裝簡(jiǎn)便。
在線監(jiān)測(cè)提供趨勢(shì),但不提供判定。當(dāng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)給出報(bào)警時(shí),它說(shuō)明的是放電活動(dòng)發(fā)生了顯著變化,而不是這臺(tái)設(shè)備的絕緣已經(jīng)不合格。要回答后一個(gè)問(wèn)題,仍然需要按試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)施加規(guī)定的試驗(yàn)電壓,用經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)的脈沖電流法測(cè)量視在電荷量。
此外,在線監(jiān)測(cè)的傳感器位置在安裝時(shí)確定,此后不再變動(dòng)。這意味著它對(duì)安裝位置以外區(qū)域的放電可能不敏感。一臺(tái)氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備內(nèi)布置的傳感器數(shù)量有限,覆蓋不到的間隔存在盲區(qū)。因此在配置在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)時(shí),傳感器的布點(diǎn)方案與被監(jiān)測(cè)設(shè)備的結(jié)構(gòu)同樣重要。
實(shí)驗(yàn)室式測(cè)量是三類形態(tài)中程序嚴(yán)格、結(jié)論具有較強(qiáng)約束力的一類。它給出的視在電荷量可以直接與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的允許值比對(duì),寫(xiě)入試驗(yàn)報(bào)告,作為設(shè)備能否投運(yùn)的依據(jù)。
脈沖電流法測(cè)量中,校準(zhǔn)不是可選的輔助步驟,而是量值成立的必要條件。測(cè)量系統(tǒng)測(cè)到的原始信號(hào)是電壓或電流波形,要把它換算成皮庫(kù),必須知道整套回路的換算關(guān)系。這個(gè)關(guān)系通過(guò)在被試設(shè)備兩端注入已知電荷量的校準(zhǔn)脈沖來(lái)確定。
DL/T 417-2019《電力設(shè)備局部放電現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量導(dǎo)則》對(duì)測(cè)量回路、測(cè)量?jī)x器、視在放電量校準(zhǔn)、干擾抑制以及電力設(shè)備局部放電量的允許水平作出了規(guī)定,適用于現(xiàn)場(chǎng)或?qū)嶒?yàn)室條件下變壓器、互感器、套管、耦合電容器等電容型絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)備的局部放電測(cè)量。該導(dǎo)則同時(shí)覆蓋現(xiàn)場(chǎng)與實(shí)驗(yàn)室兩種條件,這一點(diǎn)值得注意:它說(shuō)明定量測(cè)量并非只能在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)完成,關(guān)鍵在于是否具備校準(zhǔn)條件與試驗(yàn)電壓條件,而不在于地點(diǎn)。
DL/T 846.4-2016《高電壓測(cè)試設(shè)備通用技術(shù)條件 第4部分:脈沖電流法局部放電測(cè)量?jī)x》規(guī)定了脈沖電流法局部放電測(cè)量?jī)x的術(shù)語(yǔ)和定義、技術(shù)要求、試驗(yàn)方法、檢驗(yàn)規(guī)則、標(biāo)志、包裝、運(yùn)輸和儲(chǔ)存等要求,適用于測(cè)量頻率范圍在 10 千赫茲至 500 千赫茲的采用脈沖電流法的局部放電測(cè)量?jī)x的生產(chǎn)、使用和檢驗(yàn),其他頻帶的脈沖電流法局部放電測(cè)量?jī)x可參照?qǐng)?zhí)行。
這一適用范圍給出了一個(gè)明確的頻帶界定:傳統(tǒng)脈沖電流法的測(cè)量頻帶落在 10 千赫茲至 500 千赫茲區(qū)間。這與特高頻法的 300 兆赫茲至 1500 兆赫茲相差三個(gè)數(shù)量級(jí),兩者的信號(hào)特征、傳感器形式、抗干擾策略都不相同。把兩者混為一談,是選型討論中常見(jiàn)的概念混淆。
不同品類的設(shè)備有各自專門(mén)的局放試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)。
電纜方面,GB/T 3048.12-2025《電線電纜電性能試驗(yàn)方法 第 12 部分:局部放電試驗(yàn)》規(guī)定了電線電纜的局部放電試驗(yàn)方法,是電纜型式試驗(yàn)與出廠試驗(yàn)中局放項(xiàng)目的依據(jù)。
旋轉(zhuǎn)電機(jī)方面,測(cè)量按離線與在線分為兩部分。GB/T 20833.1-2021《旋轉(zhuǎn)電機(jī) 繞組絕緣 離線局部放電測(cè)量》針對(duì)離線測(cè)量,即在停電或脫離電網(wǎng)條件下按規(guī)定試驗(yàn)電壓進(jìn)行的測(cè)量;GB/T 20833.2-2025《旋轉(zhuǎn)電機(jī) 繞組絕緣 第2部分:定子繞組絕緣在線局部放電測(cè)量》則針對(duì)在線測(cè)量。同一臺(tái)電機(jī)的離線測(cè)量結(jié)果與在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分屬兩套方法體系,判讀時(shí)不可直接互相比對(duì)數(shù)值。
孟德是北京康高特(KGT)自研的局放測(cè)試儀,面向電力電纜、旋轉(zhuǎn)電機(jī)、電容器、固體絕緣材料與功率半導(dǎo)體模塊等對(duì)象的局部放電檢測(cè)與缺陷定位。
該設(shè)備可與超低頻電壓源、工頻電壓源及串聯(lián)諧振電壓源配合,這一特性決定了它的作業(yè)定位:它在不同激勵(lì)條件下對(duì)試品施加電壓并測(cè)量放電,屬于需要外接試驗(yàn)電源的定量或半定量測(cè)量形態(tài),與手持式帶電巡檢的作業(yè)方式不同。
其技術(shù)參數(shù)為:局放定位精度百分之一,局放分辨率 0.1 皮庫(kù)或 0.1 米,信號(hào)分離方式同時(shí)具備時(shí)頻映射與頻譜選頻兩種,采樣精度 14 位,用戶界面語(yǔ)言為中文,數(shù)據(jù)接口為以太網(wǎng),主機(jī)帶自動(dòng)報(bào)告生成功能并以圖形化方式顯示測(cè)量結(jié)果,主機(jī)帶測(cè)量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能并通過(guò)藍(lán)牙與軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊、由軟件瀏覽與處理分析數(shù)據(jù)。主機(jī)重量不大于 15 千克,防護(hù)等級(jí)為 IP67。
信號(hào)分離能力在這類設(shè)備中占據(jù)核心位置。頻譜選頻允許操作者把分析頻帶調(diào)諧到局放特征頻段,避開(kāi)交變電磁噪聲集中的區(qū)間;時(shí)頻映射則依據(jù)脈沖波形特征區(qū)分不同類型的放電與干擾。對(duì)于電纜類試品,結(jié)合行波傳播模型與相間波形對(duì)比可以進(jìn)一步剔除共模干擾,使定位結(jié)果更接近真實(shí)缺陷位置。
在產(chǎn)品資料中,量程、靈敏度與誤差是三組出現(xiàn)頻率很高的數(shù)字,也是被誤讀較多的部分。理解它們的實(shí)際含義,比記住具體數(shù)值更重要。
靈敏度描述的是儀器能夠分辨的微弱信號(hào)水平,回答的是這臺(tái)設(shè)備能不能看見(jiàn)的問(wèn)題。而判定閾值回答的是放電量達(dá)到多少需要處理的問(wèn)題,后者由設(shè)備類型、電壓等級(jí)、試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)與運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)共同決定,與儀器靈敏度無(wú)關(guān)。
把兩者混同,會(huì)導(dǎo)致兩種相反的誤判。一種是認(rèn)為儀器靈敏度高、能測(cè)到很小的放電,因此只要測(cè)到放電便說(shuō)明設(shè)備有問(wèn)題;另一種是認(rèn)為設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)允許的放電量遠(yuǎn)大于儀器靈敏度,因此可以忽略微小放電。實(shí)際上,早期絕緣缺陷的放電量往往很小,其意義不在于幅值是否超標(biāo),而在于它是否存在、是否發(fā)展。
量程給出的是儀器能夠正常測(cè)量的區(qū)間。以 50 皮庫(kù)至 1000000 皮庫(kù)的電纜局放量量程為例,下限 50 皮庫(kù)意味著低于該值的信號(hào)無(wú)法被可靠測(cè)量,上限 1000000 皮庫(kù)則對(duì)應(yīng)嚴(yán)重放電的情形。
需要留意的是,量程上下限之間的跨度達(dá)到數(shù)個(gè)數(shù)量級(jí),而在量程的不同區(qū)間,測(cè)量誤差的相對(duì)大小并不相同。靠近下限時(shí),同樣的固定誤差項(xiàng)對(duì)應(yīng)的相對(duì)誤差會(huì)明顯放大。這也是為什么在缺陷早期、放電量很小的階段,測(cè)量結(jié)果的分散性往往較大,需要多次測(cè)量與趨勢(shì)觀察才能形成可靠判斷。
儀器誤差有兩種常見(jiàn)表述方式:一種以讀數(shù)的百分比給出,另一種以量程的百分比給出,也有兩者相加的形式。讀數(shù)項(xiàng)誤差隨測(cè)量值增大而增大,量程項(xiàng)誤差則在整個(gè)量程內(nèi)保持恒定。
這兩種口徑的實(shí)際影響差別很大。在量程下半段,量程項(xiàng)誤差主導(dǎo),相對(duì)誤差可能達(dá)到兩位數(shù)百分比;在量程上半段,讀數(shù)項(xiàng)誤差主導(dǎo),相對(duì)誤差明顯收窄。因此,評(píng)價(jià)一臺(tái)儀器在某次測(cè)量中的準(zhǔn)確程度,不能只看廠家給出的誤差指標(biāo),還要看測(cè)量值落在量程的什么位置。
如果待測(cè)對(duì)象的放電量普遍偏小,選擇量程下限更貼合需求的設(shè)備,往往比選擇量程跨度極大的設(shè)備更能獲得可靠數(shù)據(jù)。這一點(diǎn)在選型時(shí)容易被忽略。
面對(duì)三類形態(tài),實(shí)際選型可以按以下順序逐層收斂。
不同設(shè)備的絕緣結(jié)構(gòu)決定了可用的檢測(cè)方法。電容型絕緣結(jié)構(gòu)的設(shè)備,例如變壓器、互感器、套管、耦合電容器,可以采用脈沖電流法做定量測(cè)量,DL/T 417-2019 的適用范圍正是這類設(shè)備。氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備內(nèi)部放電產(chǎn)生的特高頻電磁波傳播條件良好,適合特高頻法,DL/T 1498.4-2025 也針對(duì)這類設(shè)備的特高頻在線監(jiān)測(cè)給出了規(guī)范。電纜本體與附件的局放測(cè)量有專門(mén)的試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn),現(xiàn)場(chǎng)定位則依賴行波傳播模型。旋轉(zhuǎn)電機(jī)的離線與在線測(cè)量同樣分屬兩套標(biāo)準(zhǔn)。
先確定被測(cè)設(shè)備屬于哪一類,可以迅速排除不適用的方法。
這是決定形態(tài)選擇的直接約束條件。
能夠停電、具備試驗(yàn)電源、有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗(yàn)電壓,實(shí)驗(yàn)室式測(cè)量才成立。不具備這些條件時(shí),只能選擇帶電檢測(cè),即手持式或在線式。
反過(guò)來(lái),如果設(shè)備可以長(zhǎng)期加裝傳感器、且不允許停電,在線式便是合適的選擇。而對(duì)于數(shù)量眾多、重要性相對(duì)較低、只需周期性篩查的設(shè)備,手持式巡檢的投入產(chǎn)出比更為合理。
數(shù)據(jù)用來(lái)做什么,直接決定需要什么形態(tài)。
如果用途是在大量設(shè)備中快速找出需要關(guān)注的對(duì)象,手持式足夠。如果用途是判斷某臺(tái)已知存在放電的設(shè)備是否在發(fā)展,在線式是恰當(dāng)?shù)倪x擇。如果用途是出具試驗(yàn)報(bào)告、判定設(shè)備能否投運(yùn)或是否滿足交接要求,那么必須采用能夠給出視在電荷量的實(shí)驗(yàn)室式測(cè)量。
三種用途之間不是替代關(guān)系,而是遞進(jìn)關(guān)系。巡檢發(fā)現(xiàn)異常,用中長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)確認(rèn)是否穩(wěn)定存在,再安排停電試驗(yàn)做定量判定,這是一條常見(jiàn)的技術(shù)路線。
此外還應(yīng)考慮執(zhí)行能力。手持式巡檢的效果高度依賴人員操作的規(guī)范性,需要建立標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)流程并堅(jiān)持執(zhí)行。在線式裝置的收益取決于是否有人持續(xù)關(guān)注數(shù)據(jù),若無(wú)人分析報(bào)警與趨勢(shì),裝置的價(jià)值會(huì)明顯降低。實(shí)驗(yàn)室式測(cè)量需要高壓試驗(yàn)資質(zhì)與配套試驗(yàn)設(shè)備,通常由班組或第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)承擔(dān)。
脫離執(zhí)行能力談形態(tài)優(yōu)劣沒(méi)有意義。適合本單位人員結(jié)構(gòu)與工作節(jié)奏的方案,才是可落地的方案。
分貝值是相對(duì)量,與視在電荷量之間沒(méi)有通用換算關(guān)系。同一臺(tái)設(shè)備的同一放電,用不同型號(hào)的手持設(shè)備測(cè)量,讀數(shù)可能相差若干分貝。判斷設(shè)備能否投運(yùn),需要按試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)施加規(guī)定電壓、用校準(zhǔn)過(guò)的脈沖電流法測(cè)量視在電荷量。
在線監(jiān)測(cè)提供的是趨勢(shì)信息,其前提條件是設(shè)備處于運(yùn)行狀態(tài)下的實(shí)際工況。而交接試驗(yàn)與預(yù)防性試驗(yàn)要求在規(guī)定的試驗(yàn)電壓下保持規(guī)定時(shí)間,這是對(duì)絕緣強(qiáng)度的考核,在線監(jiān)測(cè)無(wú)法替代。兩者是互補(bǔ)關(guān)系。
如前所述,靈敏度是儀器能否看見(jiàn)的指標(biāo),不是設(shè)備是否合格的判據(jù)。設(shè)備是否合格由標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的允許放電量決定。
特高頻傳感器分內(nèi)置式與外置式,安裝位置對(duì)接收信號(hào)的影響很大。超聲傳感器與被測(cè)表面的耦合狀態(tài)、高頻電流互感器在接地線上的卡裝位置,都會(huì)改變測(cè)量結(jié)果。更換傳感器位置后,歷史數(shù)據(jù)的可比性需要重新評(píng)估。
局部放電具有隨機(jī)性與間歇性,部分缺陷只在特定電壓、特定負(fù)荷或特定環(huán)境條件下顯現(xiàn)。單次檢測(cè)未發(fā)現(xiàn)放電,不能作為設(shè)備絕緣良好的充分證據(jù)。合理的做法是把歷次數(shù)據(jù)納入設(shè)備檔案,通過(guò)橫向與縱向比較形成判斷。
| 判斷條件 | 推薦形態(tài) | 說(shuō)明 |
|---|---|---|
| 設(shè)備數(shù)量多、需周期性普查 | 手持式 | 單人作業(yè),覆蓋面廣,輸出篩查結(jié)論 |
| 關(guān)鍵設(shè)備、需長(zhǎng)期跟蹤 | 在線式(固定安裝) | 傳感器固定,數(shù)據(jù)可比,輸出趨勢(shì) |
| 巡檢發(fā)現(xiàn)異常、需確認(rèn)是否穩(wěn)定 | 在線式(中長(zhǎng)期駐留) | 駐留觀測(cè)一周或更長(zhǎng),避免過(guò)早停電 |
| 交接驗(yàn)收、出具試驗(yàn)報(bào)告 | 實(shí)驗(yàn)室式 | 施加規(guī)定試驗(yàn)電壓,給出視在電荷量 |
| 不停電、不具備試驗(yàn)電源 | 手持式或在線式 | 定量測(cè)量條件不具備 |
| 電容型絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)備 | 實(shí)驗(yàn)室式優(yōu)先 | 脈沖電流法適用,可定量 |
| 氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備 | 在線式或手持式(特高頻) | 特高頻法契合其結(jié)構(gòu)特點(diǎn) |
| 電纜本體與附件 | 實(shí)驗(yàn)室式或手持式 | 試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)與現(xiàn)場(chǎng)定位方法不同 |
北京康高特(KGT)在局放檢測(cè)方向上同時(shí)提供自研產(chǎn)品與代理產(chǎn)品,覆蓋三類形態(tài)。
| 產(chǎn)品 | 形態(tài) | 主要檢測(cè)手段 | 典型應(yīng)用 |
|---|---|---|---|
| 金吒手持式多功能局放測(cè)試儀 | 手持式 | 特高頻、高頻、超聲、暫態(tài)地電壓 | 開(kāi)關(guān)柜日常巡檢、預(yù)防性試驗(yàn)、狀態(tài)評(píng)估 |
| ASM 固定安裝局放監(jiān)測(cè)系統(tǒng) | 在線式(固定) | 高頻電流互感器、暫態(tài)地電壓、聲學(xué) | 電纜與開(kāi)關(guān)設(shè)備長(zhǎng)期在線監(jiān)測(cè) |
| ASM-P 便攜式中長(zhǎng)期局放檢測(cè)系統(tǒng) | 在線式(駐留) | 高頻電流互感器、暫態(tài)地電壓、聲學(xué) | 變電站中長(zhǎng)期臨時(shí)監(jiān)測(cè) |
| 孟德多源局放測(cè)試儀 | 實(shí)驗(yàn)室式/現(xiàn)場(chǎng)定量 | 時(shí)頻映射與頻譜選頻分離 | 電纜、旋轉(zhuǎn)電機(jī)、電容器、絕緣材料 |
| 哪吒多功能局放測(cè)試儀 | 手持式 | 多模融合 | 需多手段交叉驗(yàn)證的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè) |
| 子龍高頻局放測(cè)試儀 | 手持式/便攜 | 高頻法 | 變壓器等高壓設(shè)備局放檢測(cè) |
其中,ASM 與 ASM-P 為英國(guó) IPEC 品牌產(chǎn)品,北京康高特(KGT)為該品牌的授權(quán)代理;金吒、哪吒、子龍、孟德為北京康高特(KGT)自研產(chǎn)品。
在配置組合上,較為常見(jiàn)的搭配是:以手持式設(shè)備完成日常普查,對(duì)普查中發(fā)現(xiàn)的可疑設(shè)備用中長(zhǎng)期駐留方式確認(rèn),進(jìn)而對(duì)確認(rèn)存在問(wèn)題的設(shè)備安排停電試驗(yàn)做定量判定。這種分層配置既控制了投入,也保證了關(guān)鍵結(jié)論的可靠性。
局部放電檢測(cè)的三類形態(tài),對(duì)應(yīng)的是三種不同的測(cè)量目的,而不是三種精度等級(jí)。手持式解決覆蓋面,在線式解決時(shí)間維度,實(shí)驗(yàn)室式解決量值問(wèn)題。三者之間不存在誰(shuí)替代誰(shuí)的關(guān)系,只有組合方式是否合理的問(wèn)題。
選型時(shí)真正需要厘清的,是先問(wèn)清楚要回答什么問(wèn)題:是要在一批設(shè)備里找出可疑對(duì)象,是要判斷某個(gè)已知缺陷是否在發(fā)展,還是要給出一份能夠作為投運(yùn)依據(jù)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。問(wèn)題清楚了,形態(tài)自然明確。
回到標(biāo)準(zhǔn)層面,三類形態(tài)各自有明確的技術(shù)依據(jù):手持式與在線式采用的電磁法與聲學(xué)法,其測(cè)量方法由 GB/T 42287-2022 給出;在線監(jiān)測(cè)裝置的產(chǎn)品要求由 DL/T 1498.4-2025 規(guī)定;實(shí)驗(yàn)室式的定量測(cè)量依據(jù) GB/T 7354-2018 與 DL/T 417-2019;脈沖電流法儀器本身的技術(shù)要求、試驗(yàn)方法與檢驗(yàn)規(guī)則則由 DL/T 846.4-2016 規(guī)定。按各自的標(biāo)準(zhǔn)體系選擇儀器與使用方法,是獲得可信結(jié)果的前提。
北京康高特(KGT)儀器設(shè)備有限公司在局放檢測(cè)領(lǐng)域提供自研與代理兩類產(chǎn)品,可依據(jù)被測(cè)設(shè)備類型、停電條件與數(shù)據(jù)用途,配置從手持巡檢、中長(zhǎng)期駐留到定量測(cè)量的完整方案。如需了解具體型號(hào)的技術(shù)參數(shù)與配置建議,可通過(guò)客服熱線聯(lián)系。
PD-Alarm在線開(kāi)關(guān)柜局放
RPD-H 高頻電纜局放測(cè)試儀
瑞士HAEFELY DDX9160便攜式局放檢測(cè)儀
ASM-P便攜式中長(zhǎng)期局放檢測(cè)系統(tǒng)
北京康高特 哪吒多功能局放測(cè)試儀
北京康高特 子龍高頻局放測(cè)試儀
北京康高特 孟德超低頻局放測(cè)試儀
PD-SGS便攜式局放檢測(cè)儀
英國(guó)HVPD PDS-AIR手持式局放測(cè)試儀
英國(guó)HVPD PDS Insight2手持式多功能局放儀
英國(guó)HVPD PDSurveyor開(kāi)關(guān)柜地電波局放儀
瑞士HAEFELY(哈弗萊) DDX 9101 局放測(cè)試儀
PD Detector便攜式局放檢測(cè)儀