配电网架空线路带电检测技术应用探讨

钟伟，朱泽厅

（国网浙江省电力公司金华供电公司，浙江金华321000）

配电网架空线路带电检测技术应用探讨

钟伟，朱泽厅

（国网浙江省电力公司金华供电公司，浙江金华321000）

概述了红外成像与超声波局部放电检测技术的原理以及在配电网架空线路状态检测中的适用范围，指出2种带电检测技术在配电网架空线路上综合应用的可行性，根据实际工作经验，对检测设备选择提出了建议，通过现场实际案例说明综合检测能有效发现线路的隐患。

配电网；红外成像；超声波；带电检测

0 引言

配电网设备量大、线路结构复杂、故障率高，在全面实施状态检修的大环境下，针对各类设备应用了各种带电检测技术和手段[1]，电力设备检修也由停电检修逐渐向状态检修转变。

通过对运行中的10 kV配电网架空线路进行大量的普测工作，发现并处理了多处设备缺陷，证明红外成像与超声波局部放电是一种互补性而非冲突性技术。电气设备发生局部放电时，由于空气局部高强度电场而产生电离。该过程通常由电压引起，所产生微小的热量，通常红外检测不能发现。而使用红外检测可发现高电阻处产生的热点，未必存在放电。因此，对配电网架空线路采用红外成像与超声波局部放电技术相结合的检测方式，可以达到更加全面的检测效果。

1 架空线路状态检测技术

1.1 红外成像技术

红外成像是目前电力行业普遍使用的设备状态检测技术。物体表面温度如果超过绝对零度即会辐射出电磁波，随着温度变化，电磁波的辐射强度与波长分布特性也随之改变，波长介于0.75～1 μm的电磁波称为红外线。

红外热成像运用光电技术检测物体热辐射的红外线特定波段信号，将该信号转换成可供人类视觉分辨的图像，并可以进一步计算出温度值。对于所有裸露的设备，红外热成像技术都能够检测出设备的热隐患。红外成像技术对于检测架空线路通流时的高电阻缺陷、连接不良、设备老化等情况有较大的作用。但是由于温升有时间累积效应，在绝缘局部破坏产生放电的初期，难以通过红外成像发现设备缺陷[2]。

1.2 超声波局部放电检测技术

局部放电是指绝缘结构中由于电场分布不均匀、局部电场过高而导致的绝缘介质局部范围内的放电或击穿。局部放电会使介质局部温度上升，氧化加速，使介质的电气和机械性能下降；带电粒子撞击介质，会破坏介质分子结构；放电作用下产生的活性气体与介质发生化学反应，会降低介质的绝缘性能[3]。但局部放电只对放电区域内的绝缘结构带来破坏，主绝缘并未发生贯穿性击穿。局部放电对绝缘设备的破坏是一种缓慢发展的过程，对高压电气设备来说是一种隐患。如果局部放电长期存在，在一定条件下，可导致主绝缘的介电强度下降和损坏。

局部放电的特性一般跟电气设备的绝缘缺陷密切相关，即根据局部放电特性可以确定电气设备的绝缘水平。局部放电的电量大小反映了设备绝缘缺陷的状况；局部放电的功率反映了设备绝缘老化过程中能量变换的强弱；放电次数和放电间隔反映了绝缘变化的速度和程度。因此，检测电气设备局部放电的各种特性就可以知道设备的绝缘状况[4]。

超声波局部放电检测仪根据其结构和功能，可以分为超声波传感器和检测主机两部分，如图1所示。

图1 超声波局部放电检测仪组成

设备发热与局部放电是配电网架空线路常见的两种缺陷，由于其产生机理不同，需采用不同的方式加以检测。金华供电公司将专用的局部放电探测设备和红外成像设备结合使用，达到了更加全面的检测效果。

2 检测案例分析

金华供电公司对24条10 kV架空线路共计1 720个点进行普测，通过与传感器中心基准频率40 kHz对比，发现过热缺陷36处、疑似局部放电缺陷13处，其中5处同时存在过热及疑似放电缺陷。通过对其中12处进行检修，均发现了不同类型、不同程度的缺陷。

2.1 案例1

对10 kV潘宅864线11号杆柱上设备进行红外成像检测，检测温度在正常范围内，如图2所示。

图2 10kV潘宅864线11号红外图像

同时采用超声波局部放电仪检测该柱上设备（检测结果见表1），同时可以听到明显的放电声，利用超声波的定位功能初步判断放电点位于杆塔上安装的TV，由内置的分析软件计算得到其劣化程度达到105，存在严重缺陷。

表1 超声波检测结果

通过带电作业对TV进行检查，发现TV已击穿、烧毁，如图3所示。

图3 烧毁的TV

2.2 案例2

对10 kV后地292线15号杆柱上设备进行红外成像检测，如图4所示。发现C相线夹温度高达146.8℃，存在严重缺陷。

图4 10kV后地292线15号杆红外图像

同时对该柱上设备采用超声波局部放电仪检测，结果见表2。可以听到微弱的放电声，通过仪器内置的分析软件进行分析，其劣化程度为2，为一般缺陷。

表2 超声波检测结果

对该线夹进行检修，拆开后发现导线接头存在散股，表面已氧化发黑，如图5所示。

图5 拆除的导线接头

3 线路带电检测技术设备选择

3.1 红外成像设备的选择

运行人员使用Sonel KT－640、Fluke Ti20红外成像仪在同一时间相同角度对案例2中的目标进行检测，结果见表3。

表3 测试结果对比℃

在同一时间相同角度对同一目标进行测量，两者检测温度相差53.3℃，由此可见，并非所有的红外成像设备都适用于配电网架空线路的检测。

红外测温的准确性主要与大气环境、拍摄背景、设备表面辐射率、测量距离、拍摄角度等因素有关。在实际应用过程中，一般选择夜间、空气湿度低于80%的环境进行检测，可将环境因素的影响降至最低。除此之外，必须确保红外成像仪器具备一定的有效测温距离。

红外成像设备的有效测温距离主要由空间分辨率、像间距、焦距决定，测温距离计算公式如下：

式中：R为被检测物体的直径；I为像间距，由仪器分辨率决定，分辨率160×120的像间距为51 μm，分辨率320×240的像间距为25.4 μm，以此类推，分辨率越高，像间距越小；F为镜头焦距；N为精确测温需要的像素点。

一般来说红外热像仪能够准确测量目标温度需要9个像素点，配电网架空线路需检测的较小目标，以50 mm的设备线夹为例，常见的几种规格的红外成像仪的有效测温距离见表4。

表4 红外成像有效测温距离测算表

考虑不同地形和杆塔型号，配电网架空线路检测距离一般在7～20 m，综合考虑设备成本及使用效果，推荐使用320×240及以上分辨率并搭配54 mm长焦镜头的红外成像仪器。

3.2 超声波局部放电检测仪的选择

超声波局部放电的带电检测有接触式与非接触式2种方法，但接触式的超声波局部放电检测技术并不适用于配电网架空线路带电检测环境；非接触式空气传导接收型超声波传感器，是利用超声波信号在空气中以直线传播的特点，通过高精度超声波传感器来采集局部放电所产生的超声波信号。

声电传感器是非接触式空气传导接收型超声波局部放电检测仪的核心部件，工作频带和灵敏度是2个最为重要的指标。若传感器的工作频带过窄，则脉冲响应时间过长，容易造成信号混叠。而宽频传感器要求传感器尺寸必须小于声波波长，然而减小传感器体积将导致接收面积减小，进而降低测试灵敏度。因此信号接收器的几何形状设计，要考虑接收的面积和对信号源的指向性。

考虑以上因素并结合配电网架空线路的特点，推荐使用具备以下特点的超声波局部放电检测仪：

（1）接收器开口以15°～30°为宜，峰值灵敏度不小于60 dB，均值灵敏度不小于40 dB，具有方向性和指向性，可对线路故障准确定位。

（2）检测频带固定，架空线路设备的超声波检测频带为20～60 kHz范围内，抗干扰能力强。

（3）设备数据采集、放大器、滤波电路等部件高度集成，重量轻、携带方便，可单兵使用。

（4）测试数据可存储于本机并导出，并可对测试数据进行查看和管理。

（5）搭载专业分析软件，具有图谱显示功能，可将超声信号可转换为可听频谱或直观波形，并判断缺陷等级，为检修提供依据。

金华供电公司使用的WUD－011配电线路巡检仪，具备以上特点，该仪器可通过内置软件将采集的超声波信号转化为设备劣化程度显示。在广泛应用的基础上，将所检测的异常现象划分为3个等级：

一般缺陷：劣化程度在0～10，被检测设备可继续运行。

严重缺陷：劣化程度在11～30，被检测设备需要加强监控，1个月内还需要进行检测，看缺陷程度是否有发展的趋势。若有，则需要进行检修或更换。

危急缺陷：劣化程度在31以上，被检测设备需要立即安排检修或更换。

劣化程度对应的缺陷等级可根据各地区实际情况调整。

3.3 架空线路检测技术运用建议

配电网架空线路产生过热的部位主要为导体与断路器、闸刀的连接处，导线耐张、分支连接处，以上部位采用红外成像检测效果较为明显。

配电网架空线路产生局部放电的部位主要为支撑绝缘体、导线接头、开关刀闸、TV、电缆接头等，以上部位采用超声波局部放电检测效果较为明显。

建议在架空线路上同时开展红外成像及超声波局部放电检测，在检测过程中相互补充，使检测结果更加全面。

4 结语

红外成像与超声波局部放电检测相结合的检测方式，能有效发现架空线路的缺陷和隐患，具有实用性强、定位准确、安全可靠、操作简单、成本低的特点，具备推广应用的价值。

[1]齐飞，毛文奇，何智强，等.带电检测技术在电网设备中的应用分析[J].湖南电力，2012，32（1）∶27－29.

[2]傅晓飞.红外热像检测技术在配电网中的应用[J].上海电力，2011，24（4）∶332－334.

[3]张宇鹏.电气设备局部放电的超声波检测方法研究[D].重庆：重庆大学，2009.

[4]黄继，叶伯颖.提高电力设备现场红外检测准确性的方法[J].电气应用，2007（10）∶11－13.

[5]董伟，汪岳峰.热像仪最大探测距离和最大识别距离的方程求解[J].红外技术，1999，21（6）∶41－42.

[6]张宇鹏，杨永明，杨承河，等.电气设备局部放电的超声波检测方法[J].压电与声光，2010，32（3）∶414－416.

[7]彭江，程序，刘明，等.电网设备带电检测技术[M].北京：中国电力出版社，2015.

（本文编辑：杨勇）

Discussion on Application of Live Detection Technology in Overhead Lines of Distribution Networks

ZHONG Wei，ZHU Zheting
（State Grid Jinhua Power Supply Company，Jinhua Zhejiang 321000，China）

This paper describes the principles of Infrared imaging and ultrasonic wave based partial discharge detection technology as well as their application ranges in overhead line condition monitoring of distribution networks；furthermore，it indicates feasibility of the integrated application of the two live detection methods in overhead lines of distribution networks.The paper brings forward suggestions on selection of detection equipment in accordance with practical work experience and indicates through practical field cases that potential hazards of lines can be unveiled by the integrated detection

distribution network；infrared imaging；ultrasonic wave；live detection

TM755

：B

：1007－1881（2016）04－0018－04

2015-12-15

钟伟（1971），男，高级工程师，从事配电网运行维护管理工作。