超聲波地電波檢測電氣設(shè)備局部放電

超聲波地電波檢測電氣設(shè)備局部放電

高壓電氣設(shè)備是電力系統(tǒng)的重要組成部分，更是電氣系統(tǒng)的核心，所以高壓電氣設(shè)備運行狀態(tài)的檢測以及其故障診斷也越來越重要，近年來，我國在電力系統(tǒng)、國防系統(tǒng)、高速電氣化鐵路等領(lǐng)域高速發(fā)展，對電氣設(shè)備的穩(wěn)定性提出了越來越高的要求，同時也受到了國家重點的關(guān)注。

電氣設(shè)備主要的組成材料是導(dǎo)體或絕緣材料，所以電氣設(shè)備的絕緣性是非常關(guān)鍵的。大部分的絕緣材料是有機材料，長期在高壓環(huán)境下運行，受到強電、過熱等影響，這些絕緣材料會逐漸劣化，造成絕緣性能下降，這就有可能引起電氣設(shè)備發(fā)生故障，同時也會大大縮減電氣設(shè)備使用壽命。

高壓局部放電是造成電力設(shè)備絕緣惡化的主要原因，根據(jù)統(tǒng)計，目前在所有電力系統(tǒng)的事故中，絕緣事故占第二位，事故影響范圍廣，停電時間長、經(jīng)濟損失巨大，直接威脅著電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。因此，對電力設(shè)備放電進行檢測有著非常重要的現(xiàn)實意義。

不平滑的導(dǎo)體產(chǎn)生極不均勻電場，在不均勻的電場周圍曲率半徑小的電極附近當電壓升高到一定值時，由于空氣游離就會發(fā)生放電，形成電暈。因為在電暈外圍電場很弱，不發(fā)生碰撞游離，電暈外圍帶電粒子基本都是電離子，這些離子便形成了電暈放電電流。簡單地說，曲率半徑小的導(dǎo)體電極對空氣放電，便產(chǎn)生了電暈，電暈的發(fā)生伴隨著熱、臭氧、氮的氧化物的產(chǎn)生，這些對電氣設(shè)備的絕緣都是極其有害的。另外由于電氣設(shè)備接觸不良或不穩(wěn)定等因素，在電磁振動的作用下，將引起間隙局部放電。這種局部放電造成的局部溫升將使絕緣表面受到嚴重侵蝕。這一切都將對電氣設(shè)備的絕緣造成極大的損害。

局部放電過程的電子高速位移激發(fā)周圍介質(zhì)產(chǎn)生電磁波，同時激發(fā)質(zhì)子的振動生成機械波，機械波產(chǎn)生聲波和超聲波。電子高速移動同時會產(chǎn)生光，以及絕緣材料的分解物，比如說油中的分解氣體，SF6中的分解液等

超聲波是一種頻率高于20000赫茲的聲波，它的方向性好，穿透du能力強，易于獲得較集中的聲能。

超聲波的頻率：F≥20KHz（在實際應(yīng)用中因為效果相似，通常把F≥15KHz的聲波也稱為超聲波）；

超聲波功率密度：p=發(fā)射功率(W)/發(fā)射面積(cm2)，通常p≥0.3w/cm2。

機械波、電磁波都是波就應(yīng)有很多共同規(guī)律， 相同點：

1、都有波的的一切特性，如：都能產(chǎn)生反射、折射、干涉、衍射等現(xiàn)象。

2、波速、波長、頻率之間具有同樣的關(guān)系。

當高壓電氣設(shè)備發(fā)生局部放電時, 放電電量先聚集在與放電點相鄰的接地金屬部分, 形成電流脈沖并向各個方向傳播。

對于內(nèi)部放電, 放電電量聚集在接地屏蔽的內(nèi)表面, 因此, 如果屏蔽層是連續(xù)時無法在外部檢測到放電信號。

但實際上, 屏蔽層通常在絕緣部位、墊圈連接處、電纜絕緣終端等部位出現(xiàn)破損而導(dǎo)致不連續(xù), 這樣, 高頻信號就會傳輸?shù)皆O(shè)備外層。

放電產(chǎn)生的超聲波/電磁波通過金屬箱體的接縫處或氣體絕緣開關(guān)的襯墊傳播出去.產(chǎn)生地電波.

在電氣設(shè)備的各類故障中，電氣放電燒傷故障因其事前難以發(fā)現(xiàn)而危害性又大，已越來越引起供電運營檢修部門的重視。大部分電氣設(shè)備是在力與電的雙重作用下工作的，所以機械故障和電氣放電燒傷故障構(gòu)成了電氣故障的主體。在電氣設(shè)備運行了多年、負荷不斷增加的情況下，設(shè)備的電氣放電燒傷現(xiàn)象已越來越突出，而且電氣放電燒傷問題在事前又不易于發(fā)現(xiàn)，危害性很大。因此，在預(yù)防和防治設(shè)備發(fā)生電氣放電燒傷故障已成為供電運營單位為確保供電安全的一個重要任務(wù)。
電氣設(shè)備人眼可視的部分檢測電氣放電燒傷方面可以用使用紫外線成像定位和定量計數(shù)放電情況，而電氣放電燒傷導(dǎo)致的發(fā)熱缺陷可以使用紅外線熱成像檢測，這兩種檢測方式直觀方便，檢測顯而易見。

紫外線放電成像檢測+紅外線熱成像檢測主要是檢測可視范圍內(nèi)設(shè)備的放電情況及表面溫度檢測及故障分析,在一些場合超聲波+地電波檢測更能勝任檢測任務(wù)。

① 用紅外熱成像技術(shù)檢測變電所開關(guān)柜內(nèi)部觸頭部位的時候必須要把開關(guān)柜的門打開才能檢測，否則是無法完成檢測工作的。對于部分高壓開關(guān)柜在運行中是禁止打開，這時就需要用超聲波偵測器檢測開關(guān)柜內(nèi)部放電情況,以分析開關(guān)柜內(nèi)部是否存在故障.

② 電氣聯(lián)接部分因連接不良或長時間運行松動等原因引起的電、化學腐蝕，造成主導(dǎo)電回路的截面（或當量截面積）不足，電氣連接阻抗加大，從而導(dǎo)流不暢，燒傷接觸網(wǎng)設(shè)備,連接部位發(fā)生松動的初期，這時候還沒有過熱溫度產(chǎn)生，用超聲波偵測器就能檢測到因電氣設(shè)備松動放電所發(fā)出來的超聲波

紫外線放電成像+紅外線熱成像 綜合檢測

紫外線成像儀放電檢測服務(wù)電弧

紅外檢測發(fā)熱電氣隱患熱成像預(yù)防檢測

超聲波地電波檢測電氣設(shè)備

超聲波檢測在鐵路接觸網(wǎng)軌道交通的應(yīng)用

電氣化鐵路牽引供電建議方案
一．行業(yè)概述：
在鐵路電氣化接觸網(wǎng)設(shè)備的各類故障中，電氣燒傷故障因其事前難以發(fā)現(xiàn)而危害性又大，已越來越引起供電運營檢修部門的重視。在電氣化鐵道中，接觸網(wǎng)設(shè)備是在力與電的雙重作用下工作的，所以機械故障和電氣燒傷故障構(gòu)成了接觸網(wǎng)故障的主體。在接觸網(wǎng)運行了多年、牽引運能不斷增加的情況下，設(shè)備的電氣燒傷現(xiàn)象已越來越突出，而且電氣燒傷問題在事前又不易于發(fā)現(xiàn)，危害性很大。因此，在預(yù)防和防治接觸網(wǎng)設(shè)備發(fā)生電氣燒傷故障已成為供電運營單位為確保供電安全的一個重要任務(wù)。
目前電氣化鐵路行業(yè)檢測手段：
接觸網(wǎng)是一種特殊的供電設(shè)備．由于其結(jié)構(gòu)和使用條件的特殊性，其故障也多種多樣。對其故障現(xiàn)象、原因和應(yīng)采取措施的研究有助于加強對其故障本源的認識，不斷提高技術(shù)和檢測手段，目前在鐵路電氣化牽引電氣檢測方面主要以紅外線測溫為主，但這種檢測方式遇到的問題也非常多，給日常的檢測工作帶來了一定的不便。

電氣燒傷故障問題原因分析：
① 在電氣化設(shè)計中，雖對線路牽引運能的增加裕量有所考慮，但隨著鐵路運輸發(fā)展，現(xiàn)在牽引運能的增加已超出了裕量。原采用的一些線索因持續(xù)載流量偏小而承受不了大電流的長期運行，就發(fā)生了電氣燒傷。
② 接觸網(wǎng)主導(dǎo)電回路由饋電線、隔開、隔開引線、承力索、接觸線、電聯(lián)接器、吸變、吸變引線等組成。各部分間由各種線夾進行連接，使這一回路沿鐵路延伸，滿足向電力機車供電的需要。主導(dǎo)電回路必須良好，才能保證電流的暢通；若存有缺陷，將引起局部載流過大、零部件分流嚴重，從而燒傷接觸網(wǎng)設(shè)備。
③ 電氣聯(lián)接部分因連接不良或長時間運行松動等原因引起的電、化學腐蝕，造成主導(dǎo)電回路的截面（或當量截面積）不足，電氣連接阻抗加大，從而導(dǎo)流不暢，燒傷接觸網(wǎng)設(shè)備。如：將承力索納入了電聯(lián)接器電氣導(dǎo)流的一部分；電聯(lián)接線夾大小槽裝反；線夾內(nèi)有雜物；設(shè)備線夾間非面面接觸等等。
連接線夾燒傷
④ 站場中的接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，在進行電氣連接時，由于種種原因造成主導(dǎo)電回路不閉合、主導(dǎo)電通道迂回，引起分流嚴重而燒傷接觸網(wǎng)零部件。
⑤ 設(shè)計的接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)中某些不應(yīng)有電流通過的地方，而由于某些條件的巧合通過了全部或部分牽引電流。由于這些地方?jīng)]有保證牽引電流（或其分流）通過的必要的電氣連接，所以燒傷了接觸網(wǎng)設(shè)備。
⑥ 立體交叉的線索、線索與支持裝置間，由于線路阻抗的不同而形成電壓差，在風力、溫度變化、振動等因素的作用下，它們之間的距離不夠，造成放電現(xiàn)象，放電電弧燒傷了接觸網(wǎng)設(shè)備。
⑦ 兩端屬同相而不同饋線供電的絕緣錨段關(guān)節(jié)、分段絕緣器，因供電臂的阻抗不同而形成電壓差，當電力機車通過受電弓短接兩供電臂瞬間，在短接點處產(chǎn)生電弧，造成設(shè)備的燒傷。
⑧ 然而在施工時未嚴格執(zhí)行有關(guān)標準，導(dǎo)致電聯(lián)接器的結(jié)線不正確、線夾安裝不標準。現(xiàn)行的檢修規(guī)程中對電氣聯(lián)接的電氣標準沒有量化指標，使得供電部門在具體檢修時“無章可循”。對電氣聯(lián)接缺乏行之有效的檢測方法和手段，在具體檢修中多是做些外觀上的檢查。工區(qū)存在“涂油”的認識誤區(qū)。為防止設(shè)備檢修質(zhì)量驗收時扣分，檢修人員在平時檢修時對接觸網(wǎng)設(shè)備抹涂大量的黃油，致使設(shè)備的內(nèi)部電氣燒傷缺陷不能及時地被發(fā)現(xiàn)。如：為防止電聯(lián)接散股扣分，在電聯(lián)接表面抹涂上一層厚厚的黃油。對設(shè)備的巡視特別是夜巡工作執(zhí)行不力。

各種電氣裝置如不提前預(yù)防事故的發(fā)生造成的后果：
① 電氣連接線夾發(fā)熱。原因是電聯(lián)結(jié)線夾未按規(guī)定安裝或在運行過程中發(fā)生螺栓松動、電力復(fù)合脂老化等缺陷，使電聯(lián)結(jié)處接觸電阻增加進而發(fā)熱量增加，使線夾發(fā)熱而燒傷線索，嚴重情況下燒斷線索。
② 線索(接觸線、承力索、供電線、回流線、吸上線)自電氣接續(xù)部分斷股或斷開。
原因是站場股道電聯(lián)結(jié)設(shè)置位置或數(shù)量不合理，使股道間接觸懸掛在機車取流的情況下產(chǎn)生較大的壓差，接觸懸掛在軟橫跨上產(chǎn)生環(huán)流，從而在懸吊滑輪或定位器根部等電氣薄弱環(huán)節(jié)產(chǎn)生拉放電傷現(xiàn)象。
③ 設(shè)備線夾、接頭線夾、吸上線與軛流圈連接處燒傷。軟橫跨環(huán)流造成承力索懸吊滑輪處或定位器根部定位鉤處燒傷。原因是不同懸掛問非穩(wěn)定性接觸也會造成線索問放電：當2不同懸掛立體交叉時．如果2支懸掛均為載流懸掛．當其中1支有大負荷電流時，根據(jù)潮流計算可知，在2懸掛問會形成電位差，此時如果2懸掛問存在非穩(wěn)定性接觸，則在2懸掛問就會產(chǎn)生過渡電弧進而燒傷線索。此種情況一般發(fā)生在站場交叉承力索問和非支接觸線與工支定位管問。
④ 通過以上故障原因分析接觸網(wǎng)既然是機、電合一的特殊供電設(shè)備，因此在運行過程中不可避免發(fā)生電氣方面的問題。電氣方面故障雖數(shù)量不多，但一旦發(fā)生，則會造成嚴重影響，甚至造成塌網(wǎng)、斷線故障。

好的檢測手段和設(shè)備能起到故障早期預(yù)防和發(fā)生：
2003年－2004年全國牽引供電系統(tǒng)事故分析和解決方案：
2003年電氣化鐵路因為變電所故障所導(dǎo)致系統(tǒng)停電次數(shù)累計41次，停電1986分鐘，停電平均時間為82分鐘。2004年因為變電所故障停電次數(shù)為32件，停電902分鐘，故障平均停電時間為68分鐘，波及面和損失非常大。
針對牽引變電所的故障分析，可以采取以下措施來提高其供電可靠度：
① 采用超聲波檢測儀器，提高設(shè)備的運行可靠性。認真做好日常運行維護工作，提高設(shè)備健康水平，運行人員加強巡視維護質(zhì)量，可以及時發(fā)現(xiàn)或消除設(shè)備隱患，提高供電可靠性。
② 配合開展設(shè)備狀態(tài)檢修，利用絕緣在線監(jiān)測、帶電測試和超聲波檢測及紅外熱成像監(jiān)測發(fā)熱點等措施，加強對設(shè)備的監(jiān)測工作。
2004年因接觸網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生故障340件，累計停電31148分鐘，故障平均停電時間為92分鐘，占牽引供電系統(tǒng)故障的 91％；2004年因接觸網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生故障停電274件，累計停電25160分鐘，故障平均停電時間為92分鐘，占牽引供電系統(tǒng)故障的95％。波及面和損失非常大。
針對接觸網(wǎng)的故障分析，可以采取以下措施來提高其供電可靠度：
① 設(shè)計標準，如風速選值，受風偏移量，接觸網(wǎng)跨距，錨段長度，下錨偏角，設(shè)計拉出值等技術(shù)參數(shù)都需要認真研究。
② 選用耐腐蝕的優(yōu)質(zhì)材料，采用表層防腐處理，定期清掃接觸網(wǎng)。
③ 有計劃地對接觸網(wǎng)上的各個連接部位及線夾進行有效的實時監(jiān)控，利用超聲波檢測儀及時發(fā)現(xiàn)線夾松動和絕緣損壞的早期放電現(xiàn)象，起到預(yù)防設(shè)備故障的發(fā)生。