摘要：首先根據(jù)國內(nèi)海洋石油采掘業(yè)電氣設(shè)備維保的發(fā)展要求并結(jié)合陸地國家電網(wǎng)公司相關(guān)試行標準，基于帶電檢測的物理機理，介紹了幾種不同于傳統(tǒng)電氣設(shè)備常規(guī)檢測方法的帶電檢測方法。接著對這些方法的基本原理進行闡述，并分析了其各自的特點及在海洋油氣設(shè)施上的應(yīng)用情況，結(jié)合對實際檢測案例結(jié)果的橫向?qū)Ρ?，總結(jié)了該類帶電檢測方法在海洋石油設(shè)施上應(yīng)用的一些特點及注意事項。最后結(jié)合傳統(tǒng)電氣設(shè)備檢測方法，總結(jié)了提高海洋石油設(shè)施電氣設(shè)備缺陷檢測水平并發(fā)揮其最大經(jīng)濟效益，提高人員檢測技能與素質(zhì)的意義。

關(guān)鍵詞：局部放電;超高頻法;超聲法;暫態(tài)地電壓法;紅外熱成像

0? ? 引言

隨著海洋油氣設(shè)施規(guī)模的整合與擴大，其復雜程度也越來越大。經(jīng)濟效應(yīng)對生產(chǎn)連續(xù)性及設(shè)備低故障率的要求越來越高。傳統(tǒng)的設(shè)備定期檢修、被動檢修模式已經(jīng)越來越不適應(yīng)生產(chǎn)形勢的要求，帶來的弊病也越來越多，表現(xiàn)如下：設(shè)備檢修盲目性大，普遍存在過修、失修現(xiàn)象，設(shè)施壯大對檢修人員數(shù)量與質(zhì)量及定期安排的挑戰(zhàn)增大，檢修模式跟不上裝備水平的進步。要有效克服上述弊端，適應(yīng)新形勢的要求，勢必需要改變思維觀念，尋求更先進有效的辦法來解決問題。

基于形勢與要求，我們參考了國家電網(wǎng)公司2010年制訂的《電力設(shè)備帶電檢測技術(shù)規(guī)范（試行）》，并結(jié)合該規(guī)范里提到的區(qū)別于傳統(tǒng)的帶電檢測方法，精心對該規(guī)范涉及的幾種新檢測方法的技術(shù)原理進行了剖析與了解，同時組織相應(yīng)機構(gòu)進行實際操作，取得了很好的效果。

該規(guī)范提到的區(qū)別于傳統(tǒng)的帶電檢測方法大致有如下幾種：高頻或超高頻局部放電檢測法、紅外熱像法、超聲波信號檢測、暫態(tài)地電壓檢測。

當外加電壓在電氣設(shè)備中產(chǎn)生的場強足以使絕緣部分區(qū)域發(fā)生放電，但在放電區(qū)域內(nèi)未形成固定放電通道的放電現(xiàn)象稱為局部放電。局部放電檢測技術(shù)正是基于電氣設(shè)備的絕緣處在不佳狀態(tài)時會表現(xiàn)出區(qū)別于正常時的不同細微物理變化，通過對這些物理信號的捕捉與鎖定而確定其存在故障隱患，它是在設(shè)備還未真正發(fā)生故障前進行檢測，因而有效性及經(jīng)濟效果非常明顯。

設(shè)備因為運行過電壓、雷電波沖擊、諧波畸變、設(shè)備所使用的絕緣材料不均勻或內(nèi)部存在空洞與雜質(zhì)、導體表面存在凸出部分、絕緣強度不足及所處環(huán)境潮濕過熱等原因，一旦介質(zhì)內(nèi)部或表面處于強電場情況下就會產(chǎn)生放電現(xiàn)象，這是導致電氣設(shè)備產(chǎn)生放電的因素。

局部放電現(xiàn)象是一種脈沖形式的放電，它會在電力設(shè)備內(nèi)部和周圍空間產(chǎn)生一系列的聲、光、電、氣和機械振動等物理現(xiàn)象和化學變化，在產(chǎn)生局部放電現(xiàn)象的同時會為監(jiān)測電力設(shè)備內(nèi)部絕緣狀態(tài)提供檢測信號。

1? ? 高頻與超高頻局部放電檢測

高頻局部放電檢測技術(shù)是指對頻率介于3～30 MHz的局部放電信號進行采集、分析、判斷的一種檢測方法。超高頻檢測技術(shù)是指對頻率介于300～3 000 MHz的局部放電信號進行采集、分析、判斷的一種檢測方法。二者的區(qū)別在于針對不同類型的電氣設(shè)備在產(chǎn)生局部放電時發(fā)出不同波段的電磁脈沖而進行有選擇性的取舍使用，現(xiàn)在陸地電網(wǎng)的實際檢測中已經(jīng)形成針對不同類型的設(shè)備相對固定的檢測方法，而且隨著檢測儀器的功能及標準的完善，均已形成相對標準的檢測措施。

（1）超高頻局部放電檢測技術(shù)依據(jù)的原理主要是通過分置在不同設(shè)備部位的傳感器采集放電信號，采用專用軟件對信號進行過濾與計算，將計算結(jié)果自動保存并進行對比，確認放電信號的存在。典型設(shè)計是將一個50 Hz周期分成64個檢測時間段，每個時間段的長度約為312 μs（圖1）。在每一個檢測時間段，檢測儀的超高頻信號峰值俘獲電路都將本時間段內(nèi)振幅最強的光電采集信號峰值保存起來，并對俘獲的信號峰值進行數(shù)字化處理;在該50 Hz周期結(jié)束的時候，檢測儀軟件從本50 Hz周期各個檢測時間段俘獲的光電采集信號峰值中選取最大者保存，并將此信號峰值與前面的50 Hz周期已記錄的信號峰值進行比較，保留其中的最大值。如果一個信號的峰值超過了系統(tǒng)預設(shè)的閾值，系統(tǒng)就認為測到了一次局部放電，發(fā)生了一次局部放電事件。系統(tǒng)通過信號特征提取與局放信號圖譜判斷局放類型。

超高頻法的優(yōu)點在于，檢測靈敏度高，信號傳輸衰減慢，現(xiàn)場該頻段干擾小，不受機械干擾，可以實現(xiàn)快速定位。

（2）高頻局部放電檢測技術(shù)依據(jù)的原理主要是對局放電路里的三電容等效電路進行計算（圖2）。

對于變壓器，利用變壓器或電抗器繞組與鐵芯之間的分布電容形成的耦合通路，如果變壓器或電抗器內(nèi)部發(fā)生局部放電，產(chǎn)生的高頻信號通過耦合通路經(jīng)鐵芯接地線構(gòu)成回路，卡裝在鐵芯接地線上的高頻電流傳感器即可接收到變壓器內(nèi)部的放電信號并在巡檢儀上顯示出相應(yīng)的檢測數(shù)據(jù)（圖3）。

高頻脈沖電流法是檢測變壓器本體局部放電的有效手段，對線圈、鐵芯、夾件上的局部放電信號尤為敏感。

2? ? 超聲波信號檢測法

檢測原理：電力設(shè)備內(nèi)部發(fā)生局部放電現(xiàn)象的時候，同時會伴有幅值很低的聲波發(fā)射，采用地電壓檢測技術(shù)進行檢測很難發(fā)現(xiàn)隱患。此時，可以采用超聲探測進行檢測，由于沿邊放電頻率很高（40 kHz），使用局放測試儀可以更靈敏地反映放電頻譜中指向性最強的超聲波部分，有利于判斷故障位置（圖4）。該方法的檢測頻帶：20～200 kHz。

超聲法與被測設(shè)備之間無電氣連接，可以避免多種電氣干擾。聲測法的靈敏度不會隨被測物電容量變化而變化，因而聲學方法廣泛用于大電容器的檢測，并且聲學方法通常能指出一個復雜系統(tǒng)內(nèi)PD源的位置，定位精度高;但它存在靈敏度低、傳播衰減快、測試范圍小、判別標準比較困難的缺點，因而一定程度上應(yīng)用受到限制。

超聲法對某些類型的放電比較敏感，而對有些類型的放電則檢測靈敏度較低。如在GIS中，對于移動中的顆粒，這個方法比傳統(tǒng)的局放測量法和UHF優(yōu)越;而對于檢測來自絕緣子上顆粒引起的放電時，這個方法還存在一些問題，由于在環(huán)氧樹脂絕緣中超聲信號衰減很大，所以這種方法不能測量環(huán)氧樹脂絕緣中的缺陷（例如氣泡）。在變壓器中，該方法對內(nèi)部深層次放電不敏感，定位及診斷對使用者要求高。大量實踐證明，對于交流變壓器、電抗器、換流變壓器都可以進行局部放電超聲波檢測和定位。

超聲波檢測在實踐中需要密切注意定位的有效性和有效波型的識別，不管是使用信號衰減法還是時差定位法，定位需要注意：

（1）仔細搜尋疑似放電信號，傳感器間距小于60 cm;

（2）初步判斷疑似信號性質(zhì)，排除干擾;

（3）繼續(xù)搜索，尋求最好的信號獲取位置;

（4）觀察信號一致性，判斷是否存在固定聲源;

（5）初步定位，給出明確坐標，此時傳感器坐標測量務(wù)必準確;

（6）對定位點位置進一步檢測，獲得精確定位結(jié)果;

（7）長時間錄波和回放對換流變定位很重要;

（8）定位數(shù)據(jù)結(jié)合色譜和變壓器結(jié)構(gòu)往往能得到正確結(jié)論。

3? ? 暫態(tài)地電壓法

局部放電發(fā)生時，在接地的金屬表面將產(chǎn)生瞬時地電壓，這個地電壓將沿金屬的表面向各個方向傳播。暫態(tài)地電壓檢測方法通過檢測地電壓實現(xiàn)對電力設(shè)備局部放電的判別和定位（圖5）。開關(guān)柜類設(shè)備應(yīng)用此檢測措施已經(jīng)較為普遍。

檢測原理：

（1）局部放電發(fā)生時，電子快速由帶電體向接地的非帶電體遷移，如柜體。

（2）放電點產(chǎn)生高頻電流波，并向兩個方向傳播;受集膚效應(yīng)影響，電流波僅集中在金屬柜體內(nèi)表面?zhèn)鞑?，而不會直接穿透?/p>

（3）在金屬斷開或絕緣連接處，電流波轉(zhuǎn)移至外表面，并以電磁波形式進入自由空間。

（4）電磁波上升沿碰到金屬外表面，產(chǎn)生暫態(tài)對地電壓（TEV，Transient Earth Voltage）。

4? ? 紅外熱像檢測

利用紅外熱成像技術(shù)，對電氣系統(tǒng)中具有電流、電壓致熱效應(yīng)或其他致熱效應(yīng)的帶電設(shè)備進行檢測和診斷。

隨著儀器的成熟，加上檢測方法簡單易操作，可使用范圍廣泛，紅外熱像檢測方法已經(jīng)基本普及，無需多述，但在操作時還是需要注意對于操作環(huán)境的識別及提高檢測者自身排除干擾及識別故障隱患的能力。

5? ? 實際應(yīng)用效果分析

2018年4月在中國南海某油田的5個采油平臺利用便攜式局放儀和綜合式局放儀開展了檢測活動，使用暫態(tài)地電壓TEV法和超聲法對開關(guān)柜進行檢測，采用高頻局部放電法和超聲法對干式及油浸型變壓器進行檢測，對1 kV以上的中高壓電纜使用局部放電巡線儀進行高頻局放和超聲檢測。

抽取其中某個平臺連續(xù)兩年的檢測數(shù)據(jù)進行比較分析。該平臺的檢測量為14臺13.8 kV等級中壓開關(guān)柜、8臺主生產(chǎn)變壓器和25個中高壓電纜點。

該平臺2018年與2019年的測試結(jié)論對比如表1所示。

分析這兩年的檢測結(jié)果，發(fā)現(xiàn)個別設(shè)備檢測值出現(xiàn)異常，通過使用不同的儀器進行復核，部分異?，F(xiàn)象消失，特別是超聲檢測結(jié)果出現(xiàn)多處超標的情況，結(jié)合現(xiàn)場實際進行分析，海洋油氣平臺本身受空間體積限制，受海浪、生產(chǎn)機器振動影響，超聲檢測事實上在一定程度上受到明顯的干擾，說明該方法在這種環(huán)境下的應(yīng)用受到一定限制，容易導致對結(jié)果的誤判，這從設(shè)備在檢測后一直能正常運行就可反映出來，雖然如此，超聲波檢測方法還是有非常大的使用參考價值。

6? ? 實際操作需注意的事項

通過對上述檢測結(jié)論的對比分析，可以明顯感受到局放檢測技術(shù)在海洋石油設(shè)施上使用時應(yīng)該考慮如何消除環(huán)境對檢測的影響，從而識別出潛在的隱患，練就識別圖譜的火眼金睛。

特別是在海洋油氣設(shè)施上開展的檢測活動，一定要慎重選擇在恰當?shù)臅r間段及合適的氣象條件下進行，并密切關(guān)注、積極排除周圍電磁、振動、溫濕度等的影響，否則檢測結(jié)果極易受到干擾，造成誤判。同時，需要制定嚴密的作業(yè)規(guī)程，以保證人員、設(shè)備和電網(wǎng)安全為前提，多種檢測方式聯(lián)合并用、綜合分析，正確定位可能存在的缺陷，不誤判、不過判，根據(jù)缺陷形式和位置及時采取措施，避免設(shè)備缺陷釀成大事故，并為狀態(tài)較差的設(shè)備、家庭缺陷設(shè)備制訂下一周期的重點檢測措施。局放檢測應(yīng)結(jié)合設(shè)備的運行方式以及傳統(tǒng)的檢測方式進行，各取所長與所需，有效監(jiān)測設(shè)備狀態(tài)，根據(jù)結(jié)果對相同運行方式及型號的同類型設(shè)備進行橫向及縱向比較，根據(jù)規(guī)范要求嚴格執(zhí)行帶電檢測的項目、周期和標準，把檢測結(jié)果嚴格與檢測標準進行對比，確定設(shè)備及電網(wǎng)是否正?；虼嬖谌毕荨惓?。檢測人員要認真領(lǐng)會并全面掌握各類設(shè)備電暈放電、內(nèi)部放電、沿面放電的單個脈沖頻域波形、相位圖譜、分類圖譜等的圖形特征，能正確識別雷達噪聲、馬達噪聲、閃光噪聲、電話噪聲的典型圖譜，能在檢測儀的結(jié)果圖里正確、及時排除干擾。

7? ? 結(jié)語

基于傳統(tǒng)的電力設(shè)備檢測試驗操作規(guī)程，加上對近些年國內(nèi)開始試行的幾種新型局部放電檢測原理的分析與介紹及陸地電網(wǎng)公司應(yīng)用經(jīng)驗的積累，油氣行業(yè)完全有理由相信本文所述區(qū)別于傳統(tǒng)檢測辦法的局部放電檢測措施能切實有效地提高對電力設(shè)備的檢測效果，排除油氣設(shè)施上電力設(shè)備在潮濕、腐蝕性惡劣環(huán)境里的故障隱患，降低事故損失，提高工作效率，克服傳統(tǒng)檢測辦法的弊端。局部放電數(shù)據(jù)分析技術(shù)不是簡單地回答“是”與“否”，其目標是在海量數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)“異常者”，總結(jié)出指導檢修的普遍性規(guī)律。充分認識到狀態(tài)檢修是設(shè)備檢修模式發(fā)展的必然階段，是生產(chǎn)精益化管理的核心內(nèi)容。

[參考文獻]

[1] 國家電網(wǎng)公司.電力設(shè)備帶電檢測技術(shù)規(guī)范（試行）[S]，2010.

[2] 電力設(shè)備預防性試驗規(guī)程：Q/CSG 114002—2011[S].

[3] 電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗標準：GB 50150—1991[S].

[4] 陳化鋼.電力設(shè)備預防性試驗方法及診斷技術(shù)[M].北京：中國水利水電出版社，2009.

收稿日期：2020-05-08

作者簡介：薛旭（1973—），男，河北陽原人，電氣工程師，電氣主管，研究方向：海洋油氣設(shè)施電氣設(shè)備應(yīng)用、防潮、控制、潛油電泵變頻拖動。