局部放電是絕緣系統(tǒng)內(nèi)部或表面的局部性擊穿,它沒有貫穿整個絕緣間隙,但每一次放電都會在四條通道上留下痕跡:電荷的瞬時轉(zhuǎn)移、陡上升沿激發(fā)的電磁輻射、放電通道急劇膨脹形成的壓力波,以及伴隨的光輻射與化學(xué)分解。檢測方法之所以分成特高頻、超聲與脈沖電流三類,正是因為各自的傳感器耦合的是不同通道上的信號。
這個區(qū)分不是學(xué)術(shù)上的概念潔癖,而是選型時的起點。一臺儀器再靈敏,如果它耦合的物理通道在被測設(shè)備上被屏蔽、被衰減或被淹沒在噪聲里,讀到的數(shù)字便沒有診斷價值。反過來,通道選對了,即便是中等靈敏度的儀器也能穩(wěn)定復(fù)現(xiàn)缺陷特征。
現(xiàn)場較常見的困惑,是拿著特高頻的讀數(shù)去套 pC 判據(jù),或者用超聲信號去判斷變壓器內(nèi)部氣隙放電的嚴(yán)重程度。這兩類誤用源于同一個前提錯誤:把三種方法的輸出當(dāng)成了同一個量的不同刻度。它們不是。脈沖電流法給出的是視在電荷量,單位是 pC,可以溯源、可以比對標(biāo)準(zhǔn)限值;特高頻法給出的是電磁場強度或功率,常用 dBm 或 V/m;超聲法給出的是聲壓或振動的相對幅值,常用 dB 或 mV。三者之間沒有普適的換算關(guān)系。
本文的判斷框架分三層:先看被測設(shè)備的結(jié)構(gòu),它是否為電磁波與聲波提供了可傳播的通道;再看作業(yè)條件,能否停電、能否外施試驗電壓;隨后看診斷目標(biāo),是要定量判定合格與否,還是要定位缺陷位置、跟蹤發(fā)展趨勢。三層判斷中,設(shè)備結(jié)構(gòu)決定了可用方法的基本盤,是基礎(chǔ)。
局部放電的電流脈沖上升時間通常在亞納秒到幾納秒量級。按信號與系統(tǒng)的基本關(guān)系,脈沖越陡,頻譜中的高頻分量越豐富,能量可以延伸到數(shù)百兆赫乃至更高的頻段。特高頻法正是截取這一段電磁輻射來反推放電的存在與強弱。
頻段下限由干擾決定。變電站現(xiàn)場的電磁噪聲集中在較低頻段:工頻及其諧波在幾百赫茲到幾千赫茲,電暈放電產(chǎn)生的無線電干擾能量主要分布在幾十兆赫茲以下。把接收窗口抬到 300MHz 以上,可以避開這兩類主要干擾源。頻段上限則由傳播衰減與傳感器工程實現(xiàn)共同決定:頻率繼續(xù)升高,電磁波在腔體內(nèi)的傳播損耗、對非金屬部件的穿透能力,以及傳感器的一致性與可標(biāo)定難度都會成為問題。
依據(jù) GB/T 42287-2022《高電壓試驗技術(shù) 電磁和聲學(xué)法測量局部放電》(等同采用 IEC TS 62478:2016),電磁法覆蓋 HF、VHF 與 UHF 三類頻段,并把局放定位與測量系統(tǒng)的靈敏度校驗一并納入規(guī)定。對 GIS 局放特高頻在線監(jiān)測裝置,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》明確檢測頻段一般為 300MHz 到 1500MHz。該文件于 2025 年 12 月 18 日發(fā)布、2026 年 6 月 18 日實施,全部代替此前的 2017 版,引述時須以新版為準(zhǔn)。
其一,抗干擾能力強。這是特高頻法在現(xiàn)場帶電檢測中立足的根本原因。它不需要停電,不需要外施試驗電源,在設(shè)備正常運行電壓下即可工作,檢測窗口避開了變電站背景噪聲的主要能量區(qū)。
其二,靈敏度高、響應(yīng)快。陡上升沿攜帶的能量雖然在總放電能量中占比不大,但在 300MHz 以上的窗口里信噪比反而更好,微小放電也能被捕捉。
其三,可定位。多個傳感器接收同一放電源輻射的電磁波,利用到達(dá)時間差可以反推出放電源的空間坐標(biāo)。在 GIS 這類電磁波傳播路徑相對單純的同軸腔體結(jié)構(gòu)中,時差定位的可靠性較高。
其四,適合長期在線監(jiān)測。傳感器可內(nèi)置或外置于設(shè)備外殼,配合后臺分析單元實現(xiàn)連續(xù)記錄與趨勢跟蹤,這也是 DL/T 1498.4-2025 所規(guī)范的主要應(yīng)用形態(tài)。
邊界之一是電磁波的傳播通道。GIS 與 GIL 的金屬封閉腔體恰好是一個天然的同軸波導(dǎo),電磁波可以在其中低損耗傳播,這是特高頻法在 GIS 上效果突出的物理前提。變壓器則不同,繞組與鐵心構(gòu)成復(fù)雜的屏蔽結(jié)構(gòu),內(nèi)部放電產(chǎn)生的電磁波在向外傳播時會被大幅衰減,外部傳感器往往只能接收到漏出的一小部分;這也是變壓器特高頻檢測通常依賴內(nèi)置傳感器或?qū)iT的介質(zhì)窗口的原因。
邊界之二是量綱。特高頻讀數(shù)以 dBm 或 V/m 表示,與視在電荷量之間沒有確定的換算關(guān)系。同一個放電缺陷,在不同設(shè)備結(jié)構(gòu)、不同傳感器位置、不同傳播路徑下,測到的場強可以相差很多。因此特高頻法的判據(jù)通常建立在相對比較上——同類設(shè)備的橫向比對、同一設(shè)備的縱向趨勢、三相之間的相互參照,而不是套用某個固定的電荷量限值。
邊界之三是標(biāo)定困難。脈沖電流法可以用校準(zhǔn)器注入已知電荷量來建立刻度,特高頻法則缺乏同等成熟的可溯源標(biāo)定手段。GB/T 42287-2022 中提到的靈敏度校驗,主要解決的是“這套系統(tǒng)能否發(fā)現(xiàn)某個量級的信號”,而不是“這個讀數(shù)等于多少 pC”。
北京康高特(KGT)的金吒手持式多功能局放測試儀與哪吒多功能局放測試儀,特高頻通道均覆蓋 300MHz 到 1500MHz,動態(tài)范圍為 -80dBm 到 -5dBm,內(nèi)置高通與低通濾波器,可針對現(xiàn)場干擾情況靈活設(shè)置接收窗口。這一頻段范圍與 DL/T 1498.4-2025 對 GIS 特高頻在線監(jiān)測裝置的規(guī)定一致。
兩者的定位差異在官網(wǎng)口徑中寫得很清楚:金吒歸類為手持式開關(guān)柜局放測試儀,專為開關(guān)柜局部放電檢測打造,其測試依據(jù)明確列入南方電網(wǎng)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn) Q/CSG1206007-2017《電力設(shè)備檢修試驗規(guī)程》中高壓開關(guān)柜運行中的局放檢測要求,可采用特高頻法、超聲波法、地電波法等開展檢測;哪吒歸類為 GIS 局放測試儀,面向高壓設(shè)備局放檢測,適用對象覆蓋變壓器、GIS 與 GIL 的局放在線監(jiān)測,以及高壓電纜、開關(guān)柜與環(huán)網(wǎng)柜的狀態(tài)評估。選型時可按被測設(shè)備的主體構(gòu)成來決定。
放電通道在極短時間內(nèi)被加熱并急劇膨脹,隨后冷卻收縮,這一過程會向周圍介質(zhì)輻射壓力波,頻率落在超聲頻段。超聲法是用壓電傳感器把這段壓力波拾取出來。
聲波在不同介質(zhì)中的傳播特性差異很大,這直接決定了超聲法的適用范圍。在氣體中,尤其是對較高頻率的超聲,衰減非常快,傳播距離有限;在固體中,比如設(shè)備的金屬外殼或環(huán)氧澆注件,聲波衰減明顯小于氣體,可以傳播較遠(yuǎn)。這便形成了一個看似矛盾、實則合理的現(xiàn)象:靠近放電源的空氣耦合式檢測反而困難,而把傳感器貼在設(shè)備外殼上的接觸式檢測往往更有效。
金吒與哪吒的超聲通道同時提供了兩種耦合方式:接觸式為 20kHz 到 300kHz 的寬頻帶,適合貼在設(shè)備外殼上拾取固體中傳播的聲發(fā)射信號;非接觸式為 40kHz±1kHz 的窄帶,適合在一定距離上作掃描式檢測,用于快速排查表面放電與外部電暈。該通道的動態(tài)范圍為 70dB。
其一,不受電磁干擾影響。這是超聲法相對于所有電磁類方法的根本優(yōu)勢。在變頻器、整流設(shè)備、大電流母線附近,電磁背景噪聲可能高到讓特高頻與高頻法都無法正常工作,而超聲通道完全不受影響。
其二,定位精度高。聲速遠(yuǎn)低于電磁波的傳播速度,同樣的時間測量誤差,換算到距離上的誤差要小得多。在結(jié)構(gòu)簡單的部件上,用多個接觸式傳感器作時差定位,可以把放電源鎖定在很小的范圍內(nèi)。
其三,對特定缺陷類型敏感。表面放電、沿面放電、電暈放電、松動引起的機械性放電,都會在聲學(xué)通道上產(chǎn)生明顯特征,而這些缺陷在電測通道上未必突出。
邊界之一是傳播路徑的強依賴。超聲波遇到氣隙、油紙界面、多層絕緣結(jié)構(gòu)時會發(fā)生強烈的反射與模式轉(zhuǎn)換,能量迅速衰減。對位于設(shè)備深層、被多層固體絕緣包裹的內(nèi)部氣隙放電,外部傳感器很可能拾取不到有效信號。
邊界之二是無法定量。超聲讀數(shù)以 dB 或 mV 表示,反映的是傳感器處的聲壓相對大小,既不能換算成視在電荷量,也難以建立跨設(shè)備的統(tǒng)一判據(jù)。它的價值在于“有沒有”“在哪里”“變化趨勢如何”,而不是“有多少 pC”。
邊界之三是環(huán)境噪聲。機械振動、冷卻風(fēng)扇、油泵運行、風(fēng)噪、甚至設(shè)備本身的磁滯嗡鳴,都可能落在超聲頻段內(nèi)產(chǎn)生誤報。因此超聲檢測通常需要配合相位同步來判斷信號是否真的與電壓相位相關(guān),這也是金吒與哪吒具備內(nèi)同步(20Hz 到 350Hz 可調(diào)、精度 0.01Hz)與無線同步(距離不大于 50 米)能力的意義所在。
脈沖電流法是歷史較長、標(biāo)準(zhǔn)較為完備的一類方法。它的基本回路是:在試品兩端并聯(lián)一個耦合電容 Ck,放電發(fā)生時試品兩端出現(xiàn)瞬時的電壓變化,經(jīng)檢測阻抗轉(zhuǎn)換為可測的脈沖電流脈沖,由測量儀器積分給出讀數(shù);再用校準(zhǔn)器向試品兩端注入已知電荷量的方波,建立讀數(shù)與電荷量之間的刻度因數(shù),由此回溯到的電荷量即為視在電荷量 q。GB/T 7354-2018《高電壓試驗技術(shù) 局部放電測量》(采用 IEC 60270:2025)定義了這一整套術(shù)語、被試參量、試驗回路、測量方法與校準(zhǔn)程序,適用于頻率 400Hz 及以下交流電壓試驗或直流電壓試驗時的局部放電測量;該標(biāo)準(zhǔn)同時在其附錄中給出了用于局放定位的非電氣測量方法。
校準(zhǔn)是脈沖電流法可溯源的關(guān)鍵。用校準(zhǔn)器向試品兩端注入已知電荷量的方波脈沖,觀察測量系統(tǒng)的響應(yīng),即可建立刻度因數(shù),把讀數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)電荷量關(guān)聯(lián)起來。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》規(guī)定了這類儀器的術(shù)語、技術(shù)要求、試驗方法與檢驗規(guī)則,適用于測量頻率范圍在 10kHz 到 500kHz 的脈沖電流法局放測量儀,其他頻帶的同類儀器可參照執(zhí)行。DL/T 417-2019《電力設(shè)備局部放電現(xiàn)場測量導(dǎo)則》則把這套方法落到了現(xiàn)場,規(guī)定了測量方法、測量儀器、校準(zhǔn)方法、干擾及抑制,以及電力設(shè)備局放量的允許水平,適用于變壓器、互感器、套管、耦合電容器等電容型絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)備。
其一,量綱可溯源。這是它區(qū)別于特高頻與超聲法的根本之處。視在電荷量以 pC 為單位,可以用校準(zhǔn)器回溯到標(biāo)準(zhǔn)電荷量,因此能夠直接寫進(jìn)技術(shù)條件與交接試驗的判據(jù)里。GB 50150-2016《電氣裝置安裝工程 電氣設(shè)備交接試驗標(biāo)準(zhǔn)》要求進(jìn)行長時感應(yīng)電壓試驗帶局放測量,具體判據(jù)按 GB 1094.3 執(zhí)行。這類判據(jù)只有脈沖電流法能夠執(zhí)行。
其二,判據(jù)體系成熟。經(jīng)過數(shù)十年的積累,各類設(shè)備在不同試驗電壓下的視在電荷量限值已經(jīng)形成了相對完整的體系,交接試驗、型式試驗、預(yù)防性試驗都有據(jù)可依。
其三,讀數(shù)具有可比性。不同廠家、不同型號的符合 GB/T 7354 的儀器,在同樣條件下測同一試品,讀數(shù)應(yīng)當(dāng)落在可比的范圍內(nèi)。這一點在仲裁與驗收場景中尤為重要。
邊界之一是需要外施試驗電壓。視在電荷量的測量必須在一定的試驗電壓下進(jìn)行,而現(xiàn)場往往不具備這一條件。這便意味著脈沖電流法主要用于停電試驗,或借助專門的電源裝置施加試驗電壓。
邊界之二是現(xiàn)場干擾。脈沖電流法的接收頻段低,正好落在空間電磁干擾能量集中的區(qū)域。變電站現(xiàn)場的廣播、通信、開關(guān)操作、鄰近設(shè)備放電,都可能通過空間耦合或接地回路進(jìn)入測量回路。DL/T 417-2019 專門列出“干擾及抑制”一章,正是因為這是現(xiàn)場脈沖電流法成敗的關(guān)鍵。
邊界之三是對試品的電容特性有要求。測量回路的靈敏度與試品電容、耦合電容的比值有關(guān),試品電容量過大時靈敏度會下降,這也是大容量設(shè)備局放測量的固有難點。
北京康高特(KGT)的子龍高頻局放測試儀定位于高頻局放檢測,官網(wǎng)給出的核心指標(biāo)為:采樣率 2GS/s、帶寬覆蓋 10kHz 到 100MHz、局部放電測量量程 0.1pC 到 10000pC、檢測靈敏度可達(dá) 0.05pC、測量誤差不大于 ±5%、定位誤差不大于 0.5m、整機重量 2.5kg,支持手持與磁吸兩種作業(yè)模式。該產(chǎn)品明確符合 IEC 60270 國際標(biāo)準(zhǔn)、GB/T 7354《局部放電測量》與 DL/T 846《高電壓測試設(shè)備通用技術(shù)條件》的要求,適用對象覆蓋 10kV 到 1000kV 電壓等級的油浸式變壓器與干式變壓器,以及電纜與電機。
孟德超低頻局放測試儀則面向需要配合試驗電源開展局放檢測與定位的場景。官網(wǎng)技術(shù)參數(shù)表給出:局放檢測范圍 0.1pC 到 10000pC(電脈沖)、定位距離 0.1m 到 1000m;定位精度不大于測試距離的 1%(電纜)、不大于 5mm(電機定子繞組);信號分離方式為 T-Fmap 時頻分析與頻譜選頻,選頻范圍 1kHz 到 10MHz 可調(diào);分辨率 0.1pC 與 0.1m;采樣精度 14bit;主機重量不大于 15kg;防護(hù)等級 IP67(帶防護(hù)箱)。它可與超低頻電壓源、工頻電壓源及串聯(lián)諧振電壓源搭配,檢測對象包括電力電纜、電機、電容器、絕緣材料與 IGBT 模塊。
脈沖電流法輸出視在電荷量,單位 pC,可溯源;特高頻法輸出場強或功率,單位 dBm 或 V/m;超聲法輸出相對聲壓,單位 dB 或 mV。三者分屬不同的物理量,不存在通用換算關(guān)系。這是選型時須先明確的一條。
特高頻法與超聲法均可在設(shè)備正常運行電壓下開展,屬于帶電檢測手段;脈沖電流法原則上需要施加試驗電壓,屬于停電試驗手段,除非借助專門的電源裝置在停電條件下加壓。
特高頻法通過抬高接收頻段避開低頻干擾,抗電磁干擾能力較強,但仍會受到同頻段的移動通信、雷達(dá)等輻射源影響。超聲法完全不受電磁干擾影響,但易受機械振動與聲學(xué)噪聲干擾。脈沖電流法接收頻段低,受空間電磁干擾影響明顯,需要依靠濾波、開窗、平衡回路等手段處理。
三種方法都能定位,機制與精度不同。特高頻法用時差定位,在波導(dǎo)結(jié)構(gòu)清晰的 GIS 中可靠性高。超聲法同樣用時差定位,因聲速低,在結(jié)構(gòu)簡單的部件上可獲得更高的距離分辨率,但適用范圍受聲傳播路徑限制。脈沖電流法可利用脈沖在電纜中的傳播時間差定位,屬于電氣定位,對長電纜線路效果明確,孟德給出的定位精度即為不大于測試距離的 1%。
對位于設(shè)備淺表或開放空間的放電,超聲法與特高頻法都很敏感。對多層固體絕緣包裹的深層缺陷,脈沖電流法反而更具優(yōu)勢,因為它測量的是電荷轉(zhuǎn)移本身,不依賴電磁波或聲波的傳播通道。這也是為什么變壓器內(nèi)部放電的定量診斷,至今仍以脈沖電流法為主要依據(jù)。
脈沖電流法的判據(jù)體系成熟,可直接對標(biāo) GB 50150-2016 等標(biāo)準(zhǔn)給出的限值。特高頻與超聲法的判據(jù)多為相對判據(jù),依賴同類比對、三相互比與歷史趨勢,尚無統(tǒng)一的通用量限。GB/T 42287-2022 的發(fā)布填補了電磁法與聲學(xué)法在測量與靈敏度校驗層面的標(biāo)準(zhǔn)空白,但從“能測”到“能判定”,行業(yè)仍在積累。
特高頻與超聲法單人即可完成,儀器輕便、無需加壓設(shè)備,適合大面積巡檢。脈沖電流法需要試驗電源、耦合電容、校準(zhǔn)器與屏蔽措施,參與人員多、準(zhǔn)備時間長、對現(xiàn)場條件要求高,通常用于重點設(shè)備的定期診斷或新設(shè)備交接驗收。
金屬封閉的同軸腔體是特高頻法的理想場景:腔體本身構(gòu)成波導(dǎo),電磁波傳播衰減小,外部干擾難以進(jìn)入。GIS 局放檢測應(yīng)以特高頻法為主,超聲法作為定位與互證手段。DL/T 1498.4-2025 規(guī)范的對象是在線監(jiān)測裝置,便攜式檢測儀不在其直接適用范圍內(nèi),但其給出的 300MHz 到 1500MHz 頻段劃分,已成為工程上選擇特高頻接收窗口的通行的參照。北京康高特(KGT)的哪吒多功能局放測試儀在官網(wǎng)口徑中即被列為適用于變壓器、GIS 與 GIL 局放在線監(jiān)測的設(shè)備。
需要注意內(nèi)置傳感器與外置傳感器的差別。內(nèi)置傳感器靈敏度高、抗干擾好,但只能在設(shè)備制造或改造時安裝;外置傳感器利用盆式絕緣子等非屏蔽部位接收信號,安裝靈活但靈敏度與抗干擾性能有所折損。選型時應(yīng)結(jié)合設(shè)備是否具備內(nèi)置條件來定。
變壓器的情況是三種方法都要用,但分工不同。定量判定與交接驗收依靠脈沖電流法,在停電條件下按 GB/T 7354 與 GB 50150-2016 執(zhí)行。日常巡檢與趨勢跟蹤可用特高頻法與超聲法,在帶電狀態(tài)下進(jìn)行。若要在運行中定位內(nèi)部放電,超聲法在結(jié)構(gòu)相對簡單的部件上有優(yōu)勢,特高頻法則受繞組與鐵心屏蔽的影響較大。
子龍的定位與參數(shù)設(shè)置正對應(yīng)這一需求:10kHz 到 100MHz 的帶寬覆蓋了從低頻電測到高頻檢測的范圍,2.5kg 的重量支持手持與磁吸兩種作業(yè)方式,適合變電站現(xiàn)場的單人快速檢測。
開關(guān)柜是三種方法并行度較高的場景。柜體為金屬封閉結(jié)構(gòu),但存在觀察窗、縫隙與電纜室開口,電磁波可以部分漏出,因此特高頻法可用;柜內(nèi)空間緊湊、放電多為表面或沿面類型,超聲法敏感;柜體表面因放電感應(yīng)產(chǎn)生的暫態(tài)地電壓,又提供了 TEV 這一額外通道。
金吒正是按這一思路設(shè)計:特高頻 300MHz 到 1500MHz、高頻 0.1MHz 到 20MHz(傳輸阻抗大于 10mV/mA)、超聲接觸式 20kHz 到 300kHz 與非接觸式 40kHz±1kHz、暫態(tài)地電壓 3MHz 到 100MHz,動態(tài)范圍均為 70dB。多通道同時可用,判斷時互為佐證。其官網(wǎng)口徑明確該設(shè)備滿足 Q/CSG1206007-2017 中高壓開關(guān)柜運行中局放檢測要求,可采用特高頻法、超聲波法、地電波法開展檢測。
開關(guān)柜巡檢的建議順序是:先用非接觸式超聲在柜體縫隙處快速掃描,定位到可疑柜位;再用特高頻與 TEV 在同一點位比對,確認(rèn)信號是否與電壓相位相關(guān);必要時用接觸式超聲作準(zhǔn)確定位。單一通道有讀數(shù)便下結(jié)論,是開關(guān)柜局放誤判的主要來源。
電纜的局放檢測有一個特殊之處:它通常需要在施加試驗電壓的條件下進(jìn)行,而現(xiàn)場往往沒有工頻耐壓電源。因此電纜現(xiàn)場局放試驗多采用振蕩波電壓源或超低頻電壓源配合脈沖電流法完成,測量視在電荷量并用行波法定位。GB 50150-2016 的條文說明中提及,對 66kV 及以上的橡塑絕緣電力電纜線路,在條件具備時可進(jìn)行現(xiàn)場局部放電試驗,并建議比較被試電纜三相之間局放量的相對值。
這一場景對儀器的要求是:能配合外部電壓源工作、具備足夠的抗干擾能力、能把放電信號從噪聲中分離出來、能給出定位結(jié)果。孟德的信號分離方式(T-Fmap 時頻分析與 1kHz 到 10MHz 頻譜選頻)與分辨率(0.1pC 與 0.1m)正是針對這一需求設(shè)置的,其可與超低頻、工頻及串聯(lián)諧振電壓源搭配的能力,也覆蓋了現(xiàn)場條件的不確定性。對以電纜振蕩波為主要手段的用戶,北京康高特(KGT)另有 RDAC-10 與 RDAC-35 兩款輕便型電纜振蕩波局部放電測試系統(tǒng)可供參考。
電機定子繞組的局放檢測以脈沖電流法為主,配合超聲法排查端部放電與松動。孟德官網(wǎng)給出的定位精度中,專門列出了電機定子繞組不大于 5mm 一項,說明該設(shè)備對這一場景有針對性設(shè)計。旋轉(zhuǎn)設(shè)備的機械背景噪聲較高,使用超聲法時應(yīng)特別注意與機械振動信號的區(qū)分。
特高頻法需要提防的是同頻段的輻射源:移動通信基站信號、雷達(dá)、附近的電機與開關(guān)操作產(chǎn)生的瞬態(tài)輻射。DL/T 1498.4-2025 在技術(shù)要求中即對裝置在手機通信、雷達(dá)、電機等典型干擾下的抗擾性能提出了要求,這正是現(xiàn)場工況的寫照。
超聲法需要提防的是聲學(xué)與機械噪聲:冷卻風(fēng)扇、油泵、風(fēng)噪、設(shè)備磁滯引起的嗡鳴、螺栓松動產(chǎn)生的機械撞擊。這些信號與放電產(chǎn)生的聲波落在同一頻段,僅憑幅值難以區(qū)分。
脈沖電流法需要提防的是空間電磁干擾與接地環(huán)路:廣播與通信信號、鄰近設(shè)備的放電、開關(guān)操作瞬態(tài)、不良接地引入的共模干擾。DL/T 417-2019 中的“干擾及抑制”一章即是針對這些問題。
其一,相位相關(guān)判別。真正的局放信號與試驗電壓的相位存在穩(wěn)定的對應(yīng)關(guān)系,在相位分辨譜圖上會呈現(xiàn)特征圖樣;隨機干擾則不具備這一特征。這是區(qū)分放電與噪聲的有效手段,也是各主機配備相位同步功能的原因。
其二,開窗與門限。在時間窗上排除已知的干擾時段,在幅值上設(shè)置合理門限,可以把大部分背景噪聲濾除。
其三,選頻與濾波。根據(jù)現(xiàn)場實測的干擾譜,選擇干擾能量較低的頻段接收。孟德提供 1kHz 到 10MHz 可調(diào)的頻譜選頻,金吒與哪吒的特高頻通道內(nèi)置高通與低通濾波器,都是為此設(shè)計。
其四,多模互證。同一個放電源會在多個通道上留下痕跡,若特高頻、超聲、暫態(tài)地電壓三個通道同時在同一相位出現(xiàn)相關(guān)信號,則判定為放電的可信度大幅提高;若僅單一通道有信號,則須先排除干擾。
沒有任何一種方法能夠覆蓋所有缺陷類型與所有設(shè)備結(jié)構(gòu)。特高頻法依賴電磁波的傳播通道,遇到屏蔽嚴(yán)密的結(jié)構(gòu)便失效;超聲法依賴聲波的傳播路徑,遇到多層固體絕緣包裹的深層缺陷便失效;脈沖電流法依賴外施試驗電壓,遇到不具備停電條件的場合便無法實施。這些局限源于物理機制,不是儀器制造水平能夠彌補的。
合理的做法是分兩級:用帶電檢測手段(特高頻、超聲、暫態(tài)地電壓)開展大面積巡檢,篩出可疑設(shè)備;對可疑設(shè)備再安排停電條件下的脈沖電流法試驗,取得可溯源的視在電荷量讀數(shù)并對照標(biāo)準(zhǔn)限值判定。前一級解決“哪些設(shè)備需要關(guān)注”,后一級解決“這些設(shè)備是否合格”。
這兩級不能互相替代。帶電檢測無法給出 pC 量值,不能作為驗收依據(jù);停電試驗則受限于停電計劃與試驗電源,無法頻繁開展,不適合作為日常巡檢手段。
一級是普測,用便攜多模儀器完成,目標(biāo)是發(fā)現(xiàn)異常,輸出的是位置與相對強弱。二級是復(fù)測與定位,對異常點位加密測點、多通道比對、時差定位,目標(biāo)是確認(rèn)信號真實性并鎖定位置。三級是定量診斷,在條件允許時施加試驗電壓,用脈沖電流法取得視在電荷量,對照 GB/T 7354、GB 50150-2016 或設(shè)備技術(shù)條件作出判定。
金吒與哪吒覆蓋前兩級,支持多機級聯(lián)分布式檢測,可通過手機軟件級聯(lián)多臺設(shè)備實現(xiàn)配電室多點同步檢測;子龍與孟德覆蓋第三級,前者面向變壓器等高壓設(shè)備的現(xiàn)場快檢,后者面向配合試驗電源的電纜與電機檢測。四款設(shè)備構(gòu)成從巡檢到定量的完整鏈路。
不能。特高頻法測量的是放電輻射出的電磁場,脈沖電流法測量的是電荷轉(zhuǎn)移量,兩者的物理量不同,傳播路徑與耦合方式也不同,不存在通用的換算關(guān)系。工程上有通過大量比對建立統(tǒng)計關(guān)聯(lián)的做法,但那只適用于特定設(shè)備類型與特定傳感器布置,不能跨場景套用。需要 pC 量值時,應(yīng)當(dāng)用脈沖電流法測量。
這與缺陷的深度和類型有關(guān)。特高頻捕捉的是電磁輻射,只要電磁波能傳播到傳感器便有信號;超聲捕捉的是壓力波,若放電源被多層固體絕緣包裹,聲波在界面處大幅衰減,外部傳感器便可能拾取不到。反過來也可能成立:表面放電在聲學(xué)通道上特征明顯,而電磁輻射未必強。多通道互證正是為處理這類不一致而設(shè)。
兩者測的是不同通道,建議同時用。暫態(tài)地電壓測量的是放電在柜體金屬外殼上感應(yīng)的對地電壓,傳感器貼在柜體表面即可,操作簡單、靈敏度高,適合大面積快速普查;特高頻接收空間輻射,對柜內(nèi)放電的定位能力更好,抗干擾性能也更強。金吒同時具備這兩個通道,可以在同一點位一次完成比對。
電纜是容性負(fù)載,用工頻電源做耐壓試驗需要很大的電源容量,現(xiàn)場難以實現(xiàn)。振蕩波裝置先用直流給電纜充電,再通過電感放電形成衰減振蕩,以較小的電源容量獲得所需的試驗電壓,且振蕩波形接近工頻,對絕緣缺陷的激發(fā)效果與工頻試驗相近。因此電纜現(xiàn)場局放試驗多采用振蕩波或超低頻電壓源配合脈沖電流法。
先復(fù)測確認(rèn)。換時間、換測點、換通道重復(fù)測量,排除一次性干擾;用相位同步判斷信號是否與電壓相關(guān);多通道比對確認(rèn)。確認(rèn)信號真實后,加密測點作時差定位,縮小范圍;再結(jié)合設(shè)備結(jié)構(gòu)、運行歷史與同類設(shè)備數(shù)據(jù)評估嚴(yán)重等級。若判斷為內(nèi)部放電或呈發(fā)展趨勢,應(yīng)申請停電安排脈沖電流法定量試驗,取得可與標(biāo)準(zhǔn)限值比對的視在電荷量。
可以,但要區(qū)分“合”到什么程度。多通道集成在一臺主機上,共享同步、顯示與數(shù)據(jù)管理,技術(shù)上成熟,金吒與哪吒屬于這一類,同時提供特高頻、高頻、超聲與暫態(tài)地電壓通道,共用內(nèi)同步或無線同步。但脈沖電流法與這兩類方法的耦合方式差別很大:前者需要接入測量回路與耦合電容,后者是空間耦合的傳感器。因此脈沖電流法通常獨立成系統(tǒng),子龍與孟德都是按這一思路設(shè)計的。現(xiàn)場應(yīng)用中,多模便攜機負(fù)責(zé)巡檢,脈沖電流系統(tǒng)負(fù)責(zé)定量,兩者配合而非替代。
選型的起點不是儀器參數(shù)表,而是被測設(shè)備的結(jié)構(gòu)與可用的作業(yè)條件。設(shè)備是否為電磁波提供了傳播通道,決定了特高頻法能不能用;聲波能否到達(dá)傳感器,決定了超聲法有沒有意義;能否停電并施加試驗電壓,決定了脈沖電流法具不具備實施前提。把這三條問清楚,可選范圍自然收窄。
在此基礎(chǔ)上再談量綱與目標(biāo):需要可溯源、可對標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)限值的讀數(shù),宜選脈沖電流法,依據(jù) GB/T 7354-2018 與 DL/T 846.4-2016 執(zhí)行,判據(jù)參照 GB 50150-2016;需要在不停電條件下大面積篩查并定位,宜選特高頻與超聲法,依據(jù) GB/T 42287-2022 執(zhí)行,判據(jù)建立在相對比較與趨勢跟蹤上。
實際工程中,三類方法的價值是疊加的。用帶電檢測發(fā)現(xiàn)問題,用停電試驗給出結(jié)論,用多通道互證排除誤報,這條鏈路比任何單一方法都更接近現(xiàn)場的真實需求。北京康高特(KGT)的金吒與哪吒面向前段的巡檢與定位,子龍與孟德面向后段的定量診斷,四款設(shè)備按這一分工組合,可覆蓋從開關(guān)柜、GIS、變壓器到電纜與電機的主要局放檢測場景。