同一臺開關(guān)柜,同一處絕緣缺陷,傳感器貼在柜門中部跟貼在柜體接縫旁邊,讀數(shù)可以差出十幾分貝,同一段電纜,高頻電流互感器夾在緊貼終端頭的接地引出點上跟夾在沿支架敷設(shè)幾十米才入地的接地扁鐵上,定位結(jié)果能差出十幾米。這兩件事的共同點在于:變的不是放電本身,而是傳感器與放電源之間的耦合路徑。局放檢測里,安裝位置不是操作細節(jié),它直接進入測量結(jié)果。
局部放電在絕緣缺陷處發(fā)生,會產(chǎn)生電磁波、脈沖電流、聲波幾種伴生現(xiàn)象。檢測手段不同,傳感器要裝的位置也完全不同:特高頻法接收空間電磁波,傳感器要裝在電磁波能逸出的位置,高頻電流法套取接地線里的脈沖電流,傳感器必須夾在接地回路中,暫態(tài)地電壓法耦合柜體外表面的瞬態(tài)電壓,傳感器貼在金屬外殼上,聲學法則要貼在聲波能傳出來的固體表面。
四種方法對應(yīng)四類安裝位置,彼此不能互換。把特高頻傳感器貼在柜體金屬面上,或者把高頻電流互感器掛在相線上,得到的都不是想要的那一路信號。
從放電源到傳感器,信號要經(jīng)過介質(zhì)界面、金屬遮擋、阻抗不連續(xù)點,路徑長短從幾十厘米到幾十米不等。路徑?jīng)Q定幅值。每經(jīng)過一處,幅值都會變化,波形也會被改造。傳感器記錄的是經(jīng)過整條路徑改造之后的信號,不是放電源處的原始放電。現(xiàn)場還有一種容易被忽略的情形:檢修前后讀數(shù)對不上,追下去發(fā)現(xiàn)是檢修時拆過的那塊封板裝回去之后,柜體的縫隙變了。屏蔽狀態(tài)也是耦合路徑的一部分。
這一點決定了同一缺陷在不同測點上會給出不同的幅值,也決定了不同測點之間的數(shù)據(jù)不能直接橫向比較。
其一,安裝位置通過哪些機理改變幅值,其二,安裝位置通過哪些機制帶偏定位結(jié)果。前者影響“有沒有放電、放電多大”的判斷,后者影響“放電在哪”的判斷。兩者疊加,才構(gòu)成了現(xiàn)場局放檢測里常見的那類誤判。
特高頻法接收 300 MHz 至 1500 MHz 頻段的電磁波。在氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備里,同軸結(jié)構(gòu)本身構(gòu)成波導(dǎo),電磁波沿腔體傳播,衰減相對小,但金屬外殼把它關(guān)在里面,只有盆式絕緣子這類非連續(xù)位置會讓電磁波泄漏出來。外置傳感器要放在盆式絕緣子外側(cè),內(nèi)置傳感器則裝在腔體內(nèi)部的法蘭處。
在空氣絕緣的開關(guān)柜里沒有波導(dǎo)結(jié)構(gòu),電磁波要靠柜體的縫隙、觀察窗、非金屬隔板逸出。傳感器貼近這些位置,接收到的幅值明顯更高,隔著完整金屬板,幅值會掉下來。
內(nèi)置與外置的取舍,落在耦合效率與安裝靈活度這兩件事上。內(nèi)置傳感器處在電磁波的傳播路徑上,耦合效率高于外置,代價是它要在設(shè)備制造或停電檢修時裝進去,投運之后無法加裝,也無法挪位置。外置傳感器貼在盆式絕緣子外側(cè),加裝與移位都很方便,代價是電磁波要多穿一層絕緣件才進到傳感器,幅值比內(nèi)置低一截,對周圍空間的干擾也更敏感。內(nèi)置適合長期比對趨勢的固定測點,外置適合普查與臨時加裝。無論哪一種,裝好之后都應(yīng)做一次靈敏度核查,確認這條耦合路徑確實是通的,GB/T 42287-2022 里對測量系統(tǒng)校準及靈敏度核查有相應(yīng)規(guī)定。核查不做,后面所有幅值數(shù)據(jù)都缺一個前提。先通路,再談數(shù)。
高頻電流互感器套在接地線上,感應(yīng)的是放電脈沖經(jīng)接地回路入地的那部分電流。鐵芯接地線、夾件接地線、電纜屏蔽層接地線、避雷器接地線,都是常見的安裝點。它不能套在載流相線上,相線里是工頻負荷電流,會把毫安級的脈沖電流完全淹沒。
安裝方向同樣有講究。互感器有極性,裝反之后波形上下翻轉(zhuǎn),相位圖譜跟著翻轉(zhuǎn),放電聚集的相位區(qū)間會整體偏移半個周期。幅值不受影響,判讀卻會出錯。
裝反這件事在波形上其實很好認,放電脈沖有一個明確的起始沿,方向反了,起始沿便翻到另一側(cè)。麻煩出在相位圖譜上。放電群整體偏移半個周期之后,原本落在工頻負半周的放電會被讀成正半周的,反過來也一樣,積累下來的圖譜判讀經(jīng)驗全部失效,還容易把內(nèi)部放電誤認成外部干擾。現(xiàn)場確認極性的辦法不復(fù)雜:在同一根接地線上把互感器換個方向再測一次,兩次圖譜若相差半個周期,其中一次便是反的,取與同型號其他測點一致的那一次。部分互感器在外殼上標了方向箭頭,讓箭頭指向電流入地的方向即可。極性這件事一次確認,后面幾年都省心。方向別反。
放電產(chǎn)生的瞬態(tài)電壓通過柜體對地電容耦合,在金屬外殼外表面形成可測的電壓。傳感器要貼在清潔的金屬面上,位置選擇上有規(guī)律:靠近柜體接縫、門縫、螺栓的部位,信號耦合更強,貼在柜門中部這種大面積連續(xù)金屬面上,讀數(shù)偏低。
接觸式聲發(fā)射傳感器要靠耦合劑與被測表面緊密貼合,表面的漆層、銹層、油污都會讓聲波在界面上反射掉一大部分。非接觸式超聲傳感器走空氣路徑,距離和朝向同時起作用,偏離正對方向之后幅值下降很快。金吒的接觸式超聲頻段為 20 kHz 至 300 kHz,非接觸式為中心頻率 40 kHz 加減 1 kHz,兩者對安裝的要求并不一樣。
電磁波在空氣里傳播時,幅值隨距離增大而下降,金屬構(gòu)件還會把它擋住一部分。聲波在固體里的衰減比在空氣里小得多,這也解釋了為什么接觸式聲發(fā)射傳感器往往比非接觸式更能探到微弱的放電。衰減規(guī)律本身不復(fù)雜,復(fù)雜的是現(xiàn)場路徑往往不是一條直線——繞過隔板、經(jīng)過接縫、穿過絕緣件,每一步都在改變信號。
盆式絕緣子、電纜終端頭、中間接頭、屏蔽層斷開處,都是阻抗不連續(xù)的位置。電磁波在這些位置會發(fā)生反射,反射波與入射波疊加之后,某些位置形成加強、某些位置形成抵消。結(jié)果是:傳感器裝在絕緣子這一側(cè)跟裝在另一側(cè),幅值可以差出一截。這類差異與放電強弱無關(guān),純粹由測點位置決定。
柜門是否關(guān)嚴、屏蔽層是否連續(xù)接地、接地線是否有多點接地形成環(huán)流,都會改變耦合路徑。現(xiàn)場常見的一種情形是:同一面柜子在檢修后復(fù)測,讀數(shù)比檢修前低了一截,原因只是柜門上的某塊封板被裝回去了。縫隙也是路徑。
幅值差異用分貝表示更直觀。分貝把倍率關(guān)系壓成加減關(guān)系,差多少分貝便對應(yīng)差多少倍。按 20 乘以以 10 為底的對數(shù)換算,6 dB 對應(yīng)幅值相差 2 倍,12 dB 對應(yīng) 4 倍,20 dB 對應(yīng) 10 倍。現(xiàn)場對比兩個測點時,說“差了 13 dB”比說“讀數(shù)不一樣”有用得多,因為它能直接換算成倍數(shù),也能判斷是否超出了該測點的合理波動范圍。
變壓器、氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備里常用多傳感器做空間定位,按到達時間差解算放電源坐標,計算里用到的是傳感器之間的幾何距離與信號傳播速度。傳感器實際安裝位置與記錄位置不符,基線便出現(xiàn)偏差,定位結(jié)果隨之偏移。偏移量與位置誤差在同一量級,位置記錯半米,定位結(jié)果便能偏出半米以上。
多傳感器測量的相位要對齊,靠的是同步。金吒同哪吒的內(nèi)同步在 20 Hz 至 350 Hz 范圍內(nèi)可調(diào)、精度 0.01 Hz,無線同步的有效距離不大于 50 米。同步方式選錯或者同步失效,相位圖譜會整體平移,定位時用到的時間差也失去基準。這項參數(shù)看似與安裝位置無關(guān),實際決定了“多個傳感器能否放在同一時間軸上說話”。
電纜局放定位用行波法,脈沖沿電纜傳播,到達兩端的時間差換算成距離,再結(jié)合波速度算出位置。波速度取值本身有分散性,不同廠家、不同絕緣材料、不同截面的電纜并不一致,手冊值同實際值之間差出百分之幾并不罕見,長線路上折算出來的位置能因此偏出十幾米。這一項帶來的誤差與安裝位置帶來的誤差會疊加在一起,現(xiàn)場排查時要把兩者分開。
高頻電流互感器夾在電纜終端頭接地線上的位置不同,脈沖到達傳感器的時刻便不同,這個固定的時間差會直接折算成距離偏差。這個偏差不隨放電強弱變化,是一條常數(shù),因此很難從數(shù)據(jù)本身發(fā)現(xiàn)。數(shù)據(jù)看不出它。
這段額外路徑與定位偏差之間的換算有個粗一點的記法:一端傳感器的接地引下線每多出 1 米,定位結(jié)果約偏出 0.5 米,因為定位算的是兩端到達時刻之差的一半。零點五米看著不起眼,可接地引下線沿支架、沿電纜溝走線幾十米才入地的情況在現(xiàn)場并不少見,量級便上去了。
把這兩類偏差分開的辦法是標定。傳感器裝在終端頭時,用對側(cè)終端反射回來的脈沖時間差,可以反算出這一段電纜的實際波速度,也可以拿竣工資料里位置已知的一組中間接頭做校核,把波速度調(diào)到讓定位結(jié)果與已知接頭對得上,再用這個標定后的值去算其他位置。標定能消掉波速度的偏差,消不掉安裝位置帶來的固定時間偏差,后者只能靠固定測點解決。若不先分開,便會出現(xiàn)改了波速度卻把位置誤差一起改掉、換一條線路又對不上的情形。
GB/T 42287-2022《高電壓試驗技術(shù) 電磁和聲學法測量局部放電》等同采用 IEC TS 62478:2016,覆蓋高頻、甚高頻、特高頻電磁法及聲學法,內(nèi)容包含定位、測量系統(tǒng)校準及靈敏度核查。它是特高頻、超聲、聲發(fā)射這幾類局放儀的國標依據(jù),也是討論安裝位置與定位誤差時該先讀的一份。
GB/T 7354-2018《高電壓試驗技術(shù) 局部放電測量》適用于 400 Hz 及以下交流及直流電壓下的局部放電測量,結(jié)果以視在電荷量表示,配套規(guī)定了校準器的性能試驗。DL/T 846.4-2016《高電壓測試設(shè)備通用技術(shù)條件 第4部分:脈沖電流法局部放電測量儀》適用于測量頻率范圍 10 kHz 至 500 kHz 的脈沖電流法局放測量儀的生產(chǎn)、使用和檢驗,其他頻帶可參照執(zhí)行。
DL/T 417-2019《電力設(shè)備局部放電現(xiàn)場測量導(dǎo)則》適用于現(xiàn)場或?qū)嶒炇覘l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)備的局部放電測量,內(nèi)容含測量回路與儀器、視在放電量校準、干擾抑制、放電量允許水平,附錄里有變壓器定位方法與放電波形識別圖譜。
DL/T 1498.4-2025《變電設(shè)備在線監(jiān)測裝置技術(shù)規(guī)范 第4部分:氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備局部放電特高頻在線監(jiān)測裝置》規(guī)范的頻段為 300 MHz 至 1500 MHz。需要注意的是,它規(guī)范的對象是在線監(jiān)測裝置,便攜式局放檢測儀不屬于其范圍,拿它給便攜設(shè)備的技術(shù)指標背書并不合適。GB 50150-2016《電氣裝置安裝工程 電氣設(shè)備交接試驗標準》則是新安裝設(shè)備交接試驗的頂層依據(jù)。
現(xiàn)場判斷兩個測點的數(shù)據(jù)能不能放在一起比較,可以用分貝變化量作錨。
這條判據(jù)可以分成四檔。幅值差不大于 3 dB,折合約 1.4 倍以內(nèi),判為正常,可視為同一測點,納入趨勢。差在 3 dB 至 6 dB,約 1.4 倍至 2 倍,判為關(guān)注,要記錄測點差異,趨勢分析分開做。差在 6 dB 至 12 dB,約 2 倍至 4 倍,判為異常,要核安裝位置與耦合狀態(tài),重新確定固定測點。差超過 12 dB,折合 4 倍以上,判為嚴重,該測點數(shù)據(jù)不可用于趨勢,先解決耦合路徑問題。分檔的用處在于,它把“讀數(shù)變了”這件事落到具體的處置動作上,而不是停留在“看著好像不一樣”的感覺層面。四檔的分界取自分貝換算,不是拍出來的經(jīng)驗值。
錨選在分貝上而不是在具體讀數(shù)上,是因為不同方法的量綱不同,特高頻讀數(shù)同暫態(tài)地電壓讀數(shù)本無法直接相加,只有相對變化才可比。這也解釋了為什么趨勢曲線里要標明測點,換過測點的兩段數(shù)據(jù)之間,畫一條連續(xù)曲線沒有意義。
開工前先想清楚這一路信號要走哪條路徑:電磁波從哪里逸出、脈沖電流從哪條接地線入地、聲波經(jīng)哪個界面?zhèn)鞒觥B窂蕉ㄏ聛恚瑐鞲衅鞯奈恢帽阌辛嗣鞔_答案,而不是“找個地方貼上去”。順序反過來,先裝再判,容易把耦合不足誤判成絕緣良好。
局放檢測的價值在趨勢。同一個測點每次都裝在同一位置,數(shù)據(jù)才可比。現(xiàn)場做法是在柜體上做不易脫落的標記、拍下傳感器的朝向與貼合狀態(tài)、在記錄里寫明測點編號與安裝方式。換人作業(yè)時,這幾項記錄是保證數(shù)據(jù)連續(xù)的依托。
單一測點的幅值不足以支撐結(jié)論。同一臺設(shè)備在不同位置各測一次,若幅值分布與耦合規(guī)律吻合,結(jié)論可信,若出現(xiàn)“遠離放電源的位置反而幅值更高”這類反常分布,先懷疑安裝而不是懷疑絕緣缺陷的位置。
交叉驗證的判據(jù)可以再具體一些。特高頻信號強、暫態(tài)地電壓信號弱,常見于放電發(fā)生在腔體內(nèi)部、電磁波從絕緣子逸出而柜體表面耦合偏弱的情形,暫態(tài)地電壓強、特高頻弱,多見于放電靠近柜體表面或外部沿面放電,聲學信號強而幾路電磁信號都弱,先查傳感器附近有沒有機械振動源。幾路信號的強弱分布若講不出道理,回到安裝上找原因,不要急著改結(jié)論。金吒同哪吒這類多模設(shè)備的用武之地正在這里:一次安裝,幾條耦合路徑同時看,哪一路反常一眼便能挑出來,比單路設(shè)備來回挪位置省事得多。反常先看安裝。
貼合狀態(tài)對幅值的影響,往往比換一臺儀器還大。接觸式傳感器要清掉表面的漆層與銹層、涂耦合劑、壓緊,少做一步,聲波在界面上便被反射掉一截。高頻電流互感器若把整束接地線一起套進去,各條支路的電流在互感器里相互抵消,讀數(shù)會低得莫名其妙。特高頻傳感器旁邊若有強電磁干擾源,底噪抬上去之后,微弱放電便被埋在里面。這幾步做不到位,后面所有判讀都是空中樓閣。安裝這件事不需要高深理論,只需要每次按同一個法子做。
某 10 kV 配電室的一面開關(guān)柜例行巡檢中,使用金吒手持式多功能局放測試儀做暫態(tài)地電壓測量。傳感器先貼在柜門中部,讀數(shù)為 28 dB,把傳感器移到柜門與柜體的接縫旁,讀數(shù)升到 41 dB,同一缺陷、同一臺儀器,差 13 dB。按分貝換算,幅值差在 4 倍以上,屬判據(jù)表里的嚴重一級。
處置辦法不是判這臺柜子有問題,而是先固定測點:把接縫旁的位置定為該柜的固定測點,做標記、拍照存檔,并把當天與歷史數(shù)據(jù)按測點分開歸檔。修正之后連續(xù)三次測量讀數(shù)穩(wěn)定在 40 dB 至 42 dB,波動 2 dB,落在正常一級。測點不固定時,兩年數(shù)據(jù)的波動可能全部來自安裝位置,而不是絕緣狀態(tài)。
某 10 kV 電纜線路做局放檢測,電纜全長 620 米,使用孟德超低頻局放測試儀配合超低頻電壓源,兩端各裝一只高頻電流互感器。首測時,其中一端圖省事,把互感器夾在了沿電纜溝敷設(shè)約 28 米才入地的接地扁鐵上,測得放電量 420 pC,定位結(jié)果 232.6 米。把這只互感器移到該側(cè)終端頭緊貼的接地引出點復(fù)測,放電量仍為 418 pC,定位結(jié)果變?yōu)?218.4 米。
對照竣工資料,該線路在 217 米處有一組中間接頭。修正安裝位置后的偏差為 1.4 米,落在儀器定位精度不大于測試距離百分之一乘以 620 米、即 6.2 米的指標之內(nèi),修正前的偏差為 15.6 米,已明顯超出。兩次定位結(jié)果相差 14.2 米,與“引下線每多 1 米偏 0.5 米”這個粗算對得上,說明偏差的確來自那 28 米接地扁鐵,而不是放電點本身跑了。
兩次測量的放電量幾乎相同,幅值沒有給出任何提示。安裝位置對定位的影響,往往比對幅值的影響更隱蔽。
集成特高頻、高頻、聲發(fā)射、暫態(tài)地電壓及帶電指示器幾路檢測手段。特高頻 300 MHz 至 1500 MHz,動態(tài)范圍負 80 dBm 至負 5 dBm,內(nèi)置高通與低通濾波,高頻 0.1 MHz 至 20 MHz,傳輸阻抗大于 10 mV/mA,聲發(fā)射接觸式 20 kHz 至 300 kHz、非接觸式 40 kHz 加減 1 kHz,動態(tài)范圍 70 dB,暫態(tài)地電壓 3 MHz 至 100 MHz,動態(tài)范圍 70 dB。內(nèi)同步 20 Hz 至 350 Hz 可調(diào)、精度 0.01 Hz,無線同步距離不大于 50 米。工作溫度負 20 ℃ 至正 45 ℃。
動態(tài)范圍 70 dB 這一項,決定了同一測點上能分辨的幅值跨度,安裝位置帶來的 13 dB 差異,在這 70 dB 里占了不小的份額。
特高頻、高頻、聲發(fā)射、暫態(tài)地電壓多模融合,各路頻段與動態(tài)范圍同金吒一致。應(yīng)用場景覆蓋變壓器、氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備、氣體絕緣輸電線路的局放在線監(jiān)測,以及電纜與開關(guān)柜的狀態(tài)評估。多模融合的價值正在于此:不同安裝位置對應(yīng)不同耦合路徑,幾路信號互相校核,能減少單一路徑帶來的誤判。
采用高頻電流法,配合時頻分離與頻譜選頻,可從空間干擾中分離微弱放電信號,具備濾波與開窗功能,測量過程一鍵自動化。官網(wǎng)產(chǎn)品頁未公開頻段與靈敏度等數(shù)值參數(shù),選型時應(yīng)以廠商規(guī)格書為準。
局放檢測范圍 0.1 pC 至 10000 pC,定位精度不大于測試距離的百分之一(電纜),電機定子繞組定位精度不大于 5 毫米,分辨率 0.1 pC 與 0.1 米。信號分離采用時頻分析加頻譜選頻,頻段 1 kHz 至 10 MHz 可調(diào),采樣精度 14 bit。電壓源兼容超低頻、工頻及串聯(lián)諧振三種,主機帶防護箱時防護等級為 IP67,重量不大于 15 千克。
定位精度指標給的是“不大于測試距離的百分之一”,這個指標的前提是傳感器裝在正確位置。位置裝錯引入的偏差是常數(shù)項,不會被精度指標覆蓋。
北京康高特(KGT)代理的 IPEC 局放產(chǎn)品線里列有便攜式局放定位儀與拋物面反射器手持配件。反射器的作用是把接收方向收窄,朝向?qū)α朔瞪先ィ蚱朔档粝聛怼@正是安裝位置影響幅值的一個直觀例子。北京康高特(KGT)代理的 B2 HV 局放與介損診斷系統(tǒng) PDTD60-2,定位精度百分之之一、分辨率 0.1 米、采樣率 250 MS/s,用于電纜的局放與介質(zhì)損耗診斷。
先不要下結(jié)論,也不要急著把柜子判成缺陷。差在 6 dB 以內(nèi),多數(shù)是耦合路徑的正常差異,差到 12 dB 以上,說明這兩個位置看到的根本不是同一條耦合路徑。現(xiàn)場應(yīng)先固定測點,再談趨勢,而不是在兩個位置之間反復(fù)橫跳。
不可以。相線里流過的是工頻負荷電流,幅值比放電脈沖電流高出好幾個數(shù)量級,互感器要么飽和、要么被淹沒。它只能夾在接地回路里,而且應(yīng)夾在單根接地線上。
金屬外殼把電磁波關(guān)在腔體里面,盆式絕緣子是少數(shù)能讓電磁波泄漏出來的非連續(xù)位置。貼在完整的金屬外殼上,接收到的基本是泄漏出來的雜散信號,幅值低且不穩(wěn)定,拿它做趨勢,波動里大半來自位置。
先查四件事:傳感器的實際安裝位置與記錄是否一致、兩端接地引下線的實際長度有沒有計入、同步方式是否正常、波速度取值是否同實際電纜相符。這四項造成的偏差都是系統(tǒng)性的,特征是與放電量無關(guān),而放電量在幾次測量中保持穩(wěn)定。開挖是代價很高的一步,先把這四項排掉,能省下不少返工的工夫。
不能。趨勢分析要求測點固定。測點變動過的數(shù)據(jù)要分段處理,并在記錄里標明變動的時間與原因,否則趨勢曲線反映的是安裝位置的歷史,不是設(shè)備的絕緣狀態(tài)。分段之后各段內(nèi)部可以各自做趨勢,段與段之間不要連成一條線。
局放檢測里,傳感器裝在哪里,測得的便是哪條耦合路徑上的信號。位置決定了幅值的高低,也決定了定位基準的準頭,這兩件事都不會在儀器屏幕上自動提示。現(xiàn)場能做的其實很具體:先想清楚信號走哪條路徑,再決定傳感器裝哪里,測點固定下來,做標記、拍照、寫進記錄,多模設(shè)備用幾路信號互相校核,定位結(jié)果與竣工資料對不上時,先懷疑安裝而不是懷疑絕緣。把這幾步做扎實,同一臺設(shè)備連續(xù)幾年的數(shù)據(jù)才談得上有可比性。測點不定,趨勢便無從談起。