不少電網(wǎng)運(yùn)維企業(yè)、電力基建單位近期咨詢兩個(gè)核心問(wèn)題：一是特高頻法用于GIS設(shè)備局部放電檢測(cè)相比傳統(tǒng)檢測(cè)方式有哪些差異化優(yōu)勢(shì)，二是采用UHF傳感器的無(wú)線檢測(cè)方案需要符合哪些行業(yè)規(guī)范才能正式投入電網(wǎng)場(chǎng)景使用。作為目前電力行業(yè)認(rèn)可度較高的帶電檢測(cè)技術(shù)，特高頻法在GIS設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用普及率正在逐年提升，其配套的UHF傳感器、無(wú)線檢測(cè)技術(shù)也在持續(xù)迭代，適配不同場(chǎng)景的局部放電檢測(cè)需求。

一、特高頻法局部放電檢測(cè)的核心原理

GIS設(shè)備內(nèi)部絕緣缺陷引發(fā)局部放電時(shí)，會(huì)激發(fā)頻率覆蓋300MHz到3GHz的超高頻電磁波信號(hào)，特高頻法的核心邏輯*是通過(guò)捕捉這類電磁波信號(hào)，完成對(duì)局部放電缺陷的定性、定位與嚴(yán)重程度評(píng)估【1】。相比傳統(tǒng)脈沖電流法、超聲波法等局部放電檢測(cè)技術(shù)，特高頻法的抗干擾能力更強(qiáng)：現(xiàn)場(chǎng)常見(jiàn)的電暈放電、施工電源干擾、通信基站信號(hào)干擾大多集中在300MHz以下頻段，通過(guò)濾波處理即可過(guò)濾絕大部分外界干擾，大幅提升檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。同時(shí)特高頻法支持帶電檢測(cè)，不需要對(duì)GIS設(shè)備進(jìn)行停電操作，不會(huì)影響電網(wǎng)的正常供電，適合日常運(yùn)維巡檢、交接試驗(yàn)等多個(gè)場(chǎng)景使用。需要注意的是，GIS設(shè)備的金屬腔體對(duì)特高頻信號(hào)有一定的屏蔽作用，僅能通過(guò)絕緣盆子、法蘭縫隙等位置向外傳播信號(hào)，因此檢測(cè)時(shí)需要重點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)這類信號(hào)泄露點(diǎn)位。

二、面向GIS設(shè)備檢測(cè)的UHF傳感器性能要求

UHF傳感器作為特高頻法局部放電檢測(cè)的核心采集部件，其性能參數(shù)直接決定了檢測(cè)結(jié)果的可靠性，目前行業(yè)內(nèi)對(duì)于GIS設(shè)備檢測(cè)用UHF傳感器已經(jīng)形成了統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)【2】。首先是工作頻段，常規(guī)UHF傳感器的有效工作頻段需要覆蓋300MHz到1.5GHz，這一頻段范圍內(nèi)的特高頻信號(hào)在GIS設(shè)備腔體內(nèi)的衰減幅度較小，能夠穿過(guò)絕緣盆子向外傳播，超過(guò)1.5GHz的信號(hào)衰減速度過(guò)快，僅適合短距離的內(nèi)置式檢測(cè)場(chǎng)景。其次是接收靈敏度，常規(guī)外置UHF傳感器的靈敏度需要≤-60dBm，內(nèi)置UHF傳感器的靈敏度需要≤-65dBm，確保能夠捕捉到GIS設(shè)備內(nèi)部微弱的局部放電特高頻信號(hào)。此外還需要滿足環(huán)境適應(yīng)性要求，UHF傳感器的工作溫度范圍需要覆蓋-40℃到70℃，適配北方冬季極寒、南方夏季高溫的戶外變電站運(yùn)行環(huán)境，同時(shí)具備IP65及以上的防護(hù)等級(jí)，避免雨水、灰塵侵入影響性能。目前多數(shù)面向GIS設(shè)備檢測(cè)的UHF傳感器都會(huì)集成低功耗信號(hào)采集、預(yù)處理模塊，能夠直接對(duì)接無(wú)線檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)，不需要額外布置信號(hào)傳輸線路，大幅降低現(xiàn)場(chǎng)部署的工作量。

三、特高頻法結(jié)合無(wú)線檢測(cè)的GIS設(shè)備運(yùn)維場(chǎng)景應(yīng)用

特高頻法配套UHF傳感器的無(wú)線檢測(cè)方案，目前已經(jīng)覆蓋GIS設(shè)備全生命周期的運(yùn)維需求，不同場(chǎng)景下的應(yīng)用模式也存在差異。首先是基建階段的交接試驗(yàn)場(chǎng)景，GIS設(shè)備安裝完成后，需要開(kāi)展整體的局部放電檢測(cè)驗(yàn)證安裝質(zhì)量，傳統(tǒng)有線檢測(cè)方案需要在每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)位布置信號(hào)傳輸線，現(xiàn)場(chǎng)布線工作量大、容易出現(xiàn)線路故障，而采用UHF傳感器的無(wú)線檢測(cè)方案可以實(shí)現(xiàn)多設(shè)備組網(wǎng)，*多可同時(shí)接入32個(gè)UHF傳感器同步采集數(shù)據(jù)，檢測(cè)效率較有線方案提升40%以上，特別適合多間隔GIS設(shè)備的批量交接試驗(yàn)。其次是日常帶電巡檢場(chǎng)景，運(yùn)維人員可以攜帶便攜式UHF傳感器無(wú)線檢測(cè)終端，沿著GIS設(shè)備的絕緣盆子、法蘭、電纜終端等關(guān)鍵點(diǎn)位逐一掃描，終端會(huì)自動(dòng)識(shí)別特高頻信號(hào)特征，判斷是否存在局部放電缺陷，單次巡檢10間隔的GIS設(shè)備僅需要2小時(shí)左右，不需要停電操作，不會(huì)影響用戶正常用電。第三是長(zhǎng)期在線監(jiān)測(cè)場(chǎng)景，對(duì)于樞紐變電站、重要負(fù)荷供電的GIS設(shè)備，可以在每個(gè)氣室安裝內(nèi)置UHF傳感器，通過(guò)無(wú)線檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)將采集到的特高頻信號(hào)實(shí)時(shí)傳輸?shù)綘顟B(tài)監(jiān)測(cè)平臺(tái)，平臺(tái)會(huì)自動(dòng)分析局部放電的發(fā)展趨勢(shì)，在缺陷達(dá)到預(yù)警閾值時(shí)主動(dòng)推送告警信息，提醒運(yùn)維人員提前開(kāi)展消缺作業(yè)。某省級(jí)電網(wǎng)2022年的應(yīng)用數(shù)據(jù)顯示，部署特高頻法無(wú)線檢測(cè)系統(tǒng)的127座變電站，GIS設(shè)備局部放電缺陷的發(fā)現(xiàn)率較傳統(tǒng)人工巡檢提升了65%，有效降低了設(shè)備突發(fā)故障的概率【3】。對(duì)于企業(yè)用戶關(guān)心的成本問(wèn)題，無(wú)線檢測(cè)方案相比傳統(tǒng)有線在線監(jiān)測(cè)方案，布線成本可降低30%以上，后期維護(hù)不需要排查線路故障，全生命周期的運(yùn)維成本可降低20%左右。

四、特高頻法局部放電檢測(cè)的合規(guī)性與資質(zhì)要求

針對(duì)政府及監(jiān)管單位關(guān)心的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、檢測(cè)資質(zhì)等問(wèn)題，目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)出臺(tái)了完善的特高頻法局部放電檢測(cè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，覆蓋設(shè)備技術(shù)要求、檢測(cè)流程、結(jié)果判定等多個(gè)環(huán)節(jié)。其中GB/T 37112-2018明確規(guī)定了GIS設(shè)備特高頻法局部放電檢測(cè)的操作流程、信號(hào)識(shí)別方法、缺陷判定標(biāo)準(zhǔn)，DL/T 1982-2019則對(duì)UHF傳感器的性能參數(shù)、校準(zhǔn)方法做出了明確要求【2】。開(kāi)展GIS設(shè)備局部放電檢測(cè)的機(jī)構(gòu)需要具備電力承試類四級(jí)及以上資質(zhì)，檢測(cè)人員需要持有電力安全作業(yè)證、電力試驗(yàn)特種作業(yè)證，檢測(cè)所用的UHF傳感器需要經(jīng)過(guò)*認(rèn)可的校準(zhǔn)機(jī)構(gòu)校準(zhǔn)，出具的檢測(cè)報(bào)告才具備法律效力。對(duì)于運(yùn)維管理要求，*能源局出臺(tái)的電網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)檢修管理規(guī)定明確要求，110kV及以上電壓等級(jí)的GIS設(shè)備每半年至少開(kāi)展一次特高頻法局部放電檢測(cè)，330kV及以上電壓等級(jí)的樞紐變電站GIS設(shè)備鼓勵(lì)安裝在線無(wú)線檢測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)【4】。此外，無(wú)線檢測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸需要符合電力行業(yè)網(wǎng)絡(luò)安全規(guī)范，采用專用加密傳輸協(xié)議，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)需要滿足等保2.0三級(jí)要求，避免設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)泄露。

五、特高頻法局部放電檢測(cè)的常見(jiàn)問(wèn)題與解決思路

實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，不少用戶會(huì)遇到各類實(shí)操問(wèn)題，其中三類問(wèn)題的出現(xiàn)頻率*高。第一類是現(xiàn)場(chǎng)干擾信號(hào)的區(qū)分問(wèn)題，部分現(xiàn)場(chǎng)的廣播信號(hào)、移動(dòng)通信信號(hào)會(huì)落入特高頻法的檢測(cè)頻段，容易被誤判為局部放電信號(hào)，這類問(wèn)題可以通過(guò)兩個(gè)方法解決：一是調(diào)整UHF傳感器的濾波參數(shù)，過(guò)濾對(duì)應(yīng)頻段的干擾信號(hào)，二是采用時(shí)間差定位法，通過(guò)多個(gè)UHF傳感器采集信號(hào)的時(shí)間差判斷信號(hào)來(lái)源，外部干擾信號(hào)的來(lái)源通常位于GIS設(shè)備外部，與內(nèi)部局部放電信號(hào)的傳播路徑存在明顯差異。第二類是UHF傳感器的布置點(diǎn)位選擇問(wèn)題，外置UHF傳感器需要優(yōu)先布置在GIS設(shè)備的絕緣盆子、法蘭縫隙、電纜終端等信號(hào)泄露位置，內(nèi)置UHF傳感器需要每個(gè)氣室至少布置1個(gè)，對(duì)于長(zhǎng)度超過(guò)10米的母線氣室，需要每隔8米左右增加1個(gè)UHF傳感器，確保檢測(cè)沒(méi)有盲區(qū)。第三類是無(wú)線檢測(cè)的信號(hào)傳輸穩(wěn)定性問(wèn)題，部分變電站的金屬架構(gòu)較多，會(huì)對(duì)無(wú)線信號(hào)產(chǎn)生屏蔽，這類問(wèn)題可以通過(guò)增加無(wú)線中繼節(jié)點(diǎn)、采用LoRa等低功耗遠(yuǎn)距離傳輸協(xié)議解決，確保UHF傳感器采集的特高頻信號(hào)能夠穩(wěn)定傳輸?shù)奖O(jiān)測(cè)平臺(tái)。

參考文獻(xiàn)

【1】 高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備局部放電特高頻檢測(cè)技術(shù)規(guī)范

【2】 氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備局部放電特高頻傳感器技術(shù)要求

【3】 電力系統(tǒng)特高頻局部放電檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用導(dǎo)則

【4】 電網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)檢修管理規(guī)定