去年華東某海上風(fēng)電場的運(yùn)維團(tuán)隊(duì)遇到了棘手的問題，投入運(yùn)行不滿3年的35kV海纜終端先后出現(xiàn)12次異常告警，運(yùn)維人員用單一UHF傳感器現(xiàn)場復(fù)測，檢測數(shù)據(jù)波動(dòng)極大，始終無法判定是否存在真實(shí)的局部放電，也無法定位異常位置，若是貿(mào)然停電檢修會(huì)造成數(shù)十萬的發(fā)電量損失，若是放任不管又可能引發(fā)海纜擊穿、全場停電的安全事故。后來他們采用了多傳感器同步采集的局放檢測方案，僅用2個(gè)小時(shí)*確認(rèn)了3處存在絕緣劣化的放電點(diǎn)，及時(shí)消缺避免了事故發(fā)生。

局部放電是電力設(shè)備絕緣劣化的核心前期征兆，當(dāng)絕緣材料內(nèi)部存在氣隙、雜質(zhì)或者表面有爬電現(xiàn)象時(shí)，*會(huì)產(chǎn)生局部放電，長期發(fā)展會(huì)破壞絕緣結(jié)構(gòu)，*終導(dǎo)致設(shè)備擊穿、停電甚至火災(zāi)，因此局部放電檢測已經(jīng)成為電網(wǎng)、新能源、軌道交通、石化等多個(gè)領(lǐng)域電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)的核心項(xiàng)目【1】。而局放傳感器作為局部放電檢測的核心部件，其選型直接決定了檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。

一、三類主流局放傳感器的技術(shù)特性差異

高頻電流傳感器的原理基于羅氏線圈的耦合原理，采集設(shè)備接地回路中局部放電產(chǎn)生的脈沖電流信號，工作頻段通常覆蓋300kHz到30MHz，安裝時(shí)不需要改動(dòng)設(shè)備結(jié)構(gòu)，直接卡接在設(shè)備的接地排或者電纜接地線上即可，不需要停電作業(yè)，非常適合在線監(jiān)測和移動(dòng)巡檢場景。不過這類傳感器的工作頻段和現(xiàn)場很多電磁干擾源的頻段重疊，比如變頻器、無線通信設(shè)備、牽引整流裝置產(chǎn)生的干擾信號都會(huì)被采集到，若是沒有配套的濾波和信號識別算法，誤報(bào)率會(huì)居高不下，我們之前在某軌道交通牽引變電所測試時(shí)，未做濾波處理的高頻電流傳感器誤報(bào)率甚至超過35%。

超聲波傳感器的工作原理是采集局部放電產(chǎn)生的超聲波振動(dòng)信號，工作頻段通常在20kHz到200kHz之間，屬于非電氣量檢測，完全不受現(xiàn)場電磁環(huán)境的干擾，特別適合在電磁環(huán)境復(fù)雜的場景做快速排查，檢測時(shí)只需要將傳感器貼合在設(shè)備外殼表面即可，不需要接觸帶電部位，安全性很高。不過超聲波信號在傳播過程中衰減速度快，遇到絕緣油、固體絕緣材料或者金屬殼體阻擋時(shí)，信號衰減幅度會(huì)超過80%，若是放電點(diǎn)位于設(shè)備內(nèi)部較深的位置，外置的超聲波傳感器很難檢測到有效信號，比如全密封的油浸式變壓器內(nèi)部放電，用外置超聲波傳感器檢測的靈敏度會(huì)比內(nèi)置UHF傳感器低很多【2】。

UHF傳感器的工作原理是采集局部放電產(chǎn)生的超高頻電磁波信號，工作頻段覆蓋300MHz到3GHz，這個(gè)頻段遠(yuǎn)高于現(xiàn)場大部分電磁干擾源的頻段，因此抗干擾能力要優(yōu)于高頻電流傳感器，而且超高頻信號的傳播衰減小，能穿過設(shè)備的非金屬部件比如開關(guān)柜的觀察窗、變壓器的放油閥密封圈等，既可以外置安裝也可以內(nèi)置在設(shè)備內(nèi)部，檢測靈敏度較高。不過如果設(shè)備是全金屬密封結(jié)構(gòu)，沒有預(yù)留非金屬的信號傳輸通道，超高頻信號會(huì)被完全屏蔽，外置UHF傳感器基本無法采集到有效信號，比如部分全密封的戶外箱式變壓器，*不適合用外置UHF傳感器做檢測。

二、不同場景下的局放傳感器選型邏輯

選型的核心邏輯是結(jié)合設(shè)備類型、現(xiàn)場環(huán)境、檢測需求三個(gè)維度來判斷，沒有通用的*優(yōu)方案，只有適配場景的合適方案。

電網(wǎng)變電站的場景，變壓器的局放檢測通常采用內(nèi)置UHF傳感器加外置超聲波傳感器的組合，UHF傳感器能穿透絕緣油采集到內(nèi)部的微弱放電信號，超聲波傳感器則可以用來定位靠近外殼的放電點(diǎn)以及表面爬電缺陷，開關(guān)柜的檢測通常采用高頻電流傳感器卡接在柜體接地排，配合UHF傳感器貼在觀察窗位置，兩種信號交叉驗(yàn)證，能有效排除現(xiàn)場的接地干擾信號，提高檢測準(zhǔn)確率。

海上風(fēng)電場的場景，現(xiàn)場鹽霧腐蝕嚴(yán)重，電磁環(huán)境復(fù)雜，而且海纜終端、箱式變壓器的布局比較分散，運(yùn)維人員巡檢難度大，這時(shí)候可以選用支持多傳感器同步采集的移動(dòng)檢測設(shè)備，比如康高特代理的MPD800局部放電測試系統(tǒng)，支持UHF、高頻電流、超聲波三種傳感器同步采集，能對三種信號做時(shí)域關(guān)聯(lián)分析，當(dāng)三種傳感器同時(shí)檢測到對應(yīng)時(shí)間的異常信號時(shí)才判定為有效放電，能大幅降低誤報(bào)率，運(yùn)維人員不用拆卸設(shè)備外殼，也不需要停電，*能完成海纜終端、箱變、開關(guān)柜的局放檢測，檢測效率比用單一傳感器提升40%以上。

市政領(lǐng)域的地鐵牽引變電所場景，現(xiàn)場存在大量的牽引整流設(shè)備，產(chǎn)生的低頻電磁干擾會(huì)嚴(yán)重影響高頻電流傳感器的檢測結(jié)果，這種場景下適合采用UHF傳感器加超聲波傳感器的組合，UHF傳感器的工作頻段避開了牽引干擾的頻段，超聲波傳感器完全不受電磁干擾，兩種信號交叉驗(yàn)證后，誤報(bào)率可以降到5%以下，完全滿足地鐵運(yùn)維的高可靠性要求。

石化企業(yè)的防爆配電室場景，所有設(shè)備都是密封防爆結(jié)構(gòu)，不允許在帶電狀態(tài)下拆卸外殼，這時(shí)候超聲波傳感器是巡檢的*，運(yùn)維人員只需要將傳感器貼在設(shè)備外殼的指定位置，*能快速排查是否存在表面放電缺陷，配合UHF傳感器檢測通過密封膠圈傳出的超高頻信號，*能完成整個(gè)配電室的局放排查，全程不需要接觸帶電部位，符合防爆安全要求。

三、局部放電檢測的合規(guī)性要求

目前國內(nèi)針對局部放電檢測已經(jīng)出臺了完善的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，GB/T 7354《高電壓試驗(yàn)技術(shù) 局部放電測量》對局部放電的檢測方法、傳感器校準(zhǔn)要求都做了明確規(guī)定【1】，電力行業(yè)的DL/T 417《電力設(shè)備局部放電現(xiàn)場測量導(dǎo)則》對不同電力設(shè)備的現(xiàn)場檢測流程、數(shù)據(jù)判定標(biāo)準(zhǔn)做了細(xì)化要求【3】。政府類項(xiàng)目比如市政配電、軌道交通、公共建筑的配電系統(tǒng)局放檢測，所使用的局放傳感器必須經(jīng)過CNAS認(rèn)可的校準(zhǔn)機(jī)構(gòu)校準(zhǔn)，出具的檢測報(bào)告需要加蓋CMA資質(zhì)章才能作為項(xiàng)目驗(yàn)收或者運(yùn)維存檔的有效依據(jù)。如果是參與電網(wǎng)或者政府的集中采購項(xiàng)目，局放傳感器還需要符合對應(yīng)行業(yè)的技術(shù)規(guī)范，具備相應(yīng)的檢測報(bào)告才能參與投標(biāo)，比如*電網(wǎng)的開關(guān)柜局放在線監(jiān)測項(xiàng)目，*要求UHF傳感器和高頻電流傳感器都要通過國網(wǎng)相關(guān)檢測機(jī)構(gòu)的型式試驗(yàn)。

四、多傳感器融合是局放檢測的發(fā)展方向

現(xiàn)在的電力設(shè)備結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，現(xiàn)場的電磁環(huán)境也越來越多樣，單一類型的局放傳感器很難兼顧檢測靈敏度、抗干擾能力和定位精度，多傳感器融合的檢測方案已經(jīng)成為行業(yè)的主流發(fā)展方向。通過同步采集不同原理的傳感器信號，利用算法對信號做關(guān)聯(lián)分析，當(dāng)多種傳感器同時(shí)檢測到對應(yīng)特征的異常信號時(shí)才判定為真實(shí)的局部放電，不僅能大幅降低誤報(bào)率和漏檢率，還能結(jié)合不同傳感器的特性實(shí)現(xiàn)放電點(diǎn)的*定位。目前很多科研院所做局部放電的特性研究、新絕緣材料的性能測試，也會(huì)選擇支持多傳感器接入的局放檢測系統(tǒng)，來獲取更全面的放電數(shù)據(jù)。

對于用戶來說，選型時(shí)不需要盲目追求高參數(shù)的單一傳感器，而是要結(jié)合自身的應(yīng)用場景、設(shè)備類型和預(yù)算情況，選擇適配的傳感器組合，預(yù)算允許的情況下優(yōu)先選擇支持多傳感器同步采集的檢測系統(tǒng)，不僅能提高檢測的準(zhǔn)確性，還能減少后續(xù)的運(yùn)維投入，降低設(shè)備故障的風(fēng)險(xiǎn)。

參考文獻(xiàn)

【1】 GB/T 7354-2018 高電壓試驗(yàn)技術(shù) 局部放電測量

【2】 DL/T 1416-2015 超聲波法局部放電測試儀通用技術(shù)條件

【3】 DL/T 417-2006 電力設(shè)備局部放電現(xiàn)場測量導(dǎo)則