開關柜局放帶電檢測有個特點:同一臺儀器、同一個柜子,測點選得不同,讀數能差出一個數量級。現場常有這樣的分歧,甲在一個位置測出明顯信號,乙換了個位置測卻說沒問題,爭論半天發現兩人壓根沒測在同一個點上。
原因并不復雜。暫態地電壓、超聲以及特高頻這三種方法,接收的是局放產生的三種不同物理量的信號,它們在柜體上的傳播路徑各不相同:一種沿接地金屬外殼傳導,一種靠空氣傳播,一種以電磁波方式外泄。傳播路徑不同,能收到信號的位置自然不同。取位的本質,是把傳感器放到該信號能傳到的地方。
本篇要講的是這三種方法各自該把傳感器放在哪里、為什么放在那里、放錯了會怎么樣,以及三個測點在同一臺柜子上怎么配合。
原理剖析:開關柜內部發生局部放電時,放電產生的高頻電流會在接地金屬外殼上激起暫態的電壓波動,這個電壓信號便是暫態地電壓,工程上也常按英文縮寫稱為 TEV,另有資料按“地電波”表述,指的是同一個量。按 Q/GDW 11304.16-2021 的定義,它是接地金屬外殼上 3MHz 到 100MHz 的電壓信號,檢測儀傳感器頻帶為 3MHz 到 100MHz,峰值帶寬不小于 10MHz。北京康高特(KGT)金吒手持式多功能局放測試儀的暫態地電壓頻段為 3MHz 到 100MHz,動態范圍 70dB,與這一定義吻合。
實戰意義:既然信號走的是金屬外殼,傳感器要貼在金屬面上,而且是直接與柜體金屬接觸的那一部分。這是暫態地電壓測點選擇的首要原則。
一要選平整的金屬面。傳感器與柜體接觸緊密,耦合才穩定,讀數才能復現。柜體上有加強筋、鉚釘、折邊的部位接觸不實,讀數會忽大忽小。
二要避開漆層過厚與噴涂面。漆層是絕緣層,信號穿過漆層會衰減,同一臺柜子在噴漆前后測出的數值可能差一大截。現場做法是找柜體上的未噴涂部位、接地螺栓附近或專門預留的檢測點。
三要避開柜門縫隙與鉸鏈處。縫隙會改變殼體上高頻信號的分布,鉸鏈位置的接觸狀態隨門的開閉變化,這兩處都不適合做固定測點。
四要固定測點做橫向與縱向比較。同一個柜子至少取上下或前后兩點,相鄰柜取同一高度的同部位,這樣才有可比性。做趨勢跟蹤時每次都測同一個點,位置一變數據便斷了。
暫態地電壓的讀數沒有統一的固定判據,現場通行的是相對判據:與本柜背景值比、與相鄰柜同部位比、與本柜歷史數據比。讀數高出背景較多、且明顯高于相鄰柜時列為關注,持續上升的列入跟蹤。需要說明,這類相對判據屬于現場通行做法,不同單位的執行口徑會有差異,具體分級應以本單位執行規程與制造方文件為準。
暫態地電壓頻段覆蓋到 3MHz 到 100MHz,這段頻譜里擠著不少干擾源,包括對講機與手機基站,另有熒光燈鎮流器,還有附近的其他電氣設備。判讀時要先測一次背景,再測柜體,兩者之差才是有效信號。這一步省不得。
原理剖析:局部放電在產生電信號的同時也會產生聲波,頻率落在超聲段的這一部分可用聲發射傳感器接收,接觸式測量時通過固體耦合傳到探頭。金吒的聲發射頻段為接觸式 20kHz 到 300kHz、非接觸式 40kHz±1kHz,動態范圍 70dB。GB/T 42287-2022《高電壓試驗技術 電磁和聲學法測量局部放電》覆蓋特高頻電磁法與聲學法,含定位方法、測量系統校準,另有靈敏度核查,是這類方法的標準依據,該標準 2022-12-30 發布、2023-07-01 實施,等同采用 IEC TS 62478:2016。
實戰意義:聲波靠空氣傳播,也靠固體傳導,但金屬外殼對它是個隔聲層。柜體內部的放電聲要傳出來,必須有一條通路,這條通路便是柜門縫隙、觀察窗以及通風孔,另有電纜進出線孔與二次線穿孔。找不到通路,再靈敏的探頭也收不到。
一是先找通路再放探頭。沿柜門四周的縫隙從上到下掃一遍,重點掃柜門上沿與下沿,再看門縫中段,之后到觀察窗與通風百葉。全封閉且無縫隙可探的柜型,非接觸式超聲基本無從下手,此時要靠暫態地電壓或特高頻來判斷。
二是接觸式測點要耦合良好。接觸式探頭與柜體之間要涂耦合劑,探頭的壓緊力度保持一致。耦合狀態變化會直接改變讀數,同一測點重復測時要盡量還原上一次的按壓力度與角度。
三是掃查要慢且均勻。聲波對方向敏感,探頭與縫隙的相對角度變化會讓讀數跳動,掃查時保持探頭與柜面垂直、移動速度均勻,讀數由小變大再變小的那個位置,便是聲源的大致方位。
超聲段受機械振動與氣流聲的影響很明顯。柜頂風機、相鄰設備的電磁振動,以及走廊里的腳步與說話聲,都會進到讀數里。判讀時先聽聲音特征:放電聲通常帶有周期性的“滋滋”或“噼啪”特征,與振動的連續低頻轟鳴不同。環境嘈雜時改到夜間或負荷低谷時段復測,往往能聽清楚。
原理剖析:局部放電會輻射特高頻電磁波,頻段在 300MHz 到 1500MHz。金吒與哪吒的特高頻頻段為 300MHz 到 1500MHz,動態范圍 -80dBm 到 -5dBm。電磁波遇到連續的金屬外殼會被屏蔽反射,只有在非金屬屏障處或縫隙處才有機會泄漏出來。
實戰意義:開關柜是金屬封閉結構,特高頻信號的外泄窗口很有限。把外部天線貼在平整的金屬面上收不到東西是正常現象,有效測點是觀察窗、環氧樹脂或有機玻璃材質的部件,另有柜門縫隙,以及電纜進出線部位。這一點與暫態地電壓恰好相反:暫態地電壓要貼金屬面,特高頻要找非金屬窗口或縫隙。
一是對準觀察窗與絕緣件。開關柜上的觀察窗、帶電顯示裝置的絕緣外殼、穿墻套管這類非金屬部件,是特高頻外泄的主要通道。測點正對這些部位,讀數明顯高于貼在金屬面上的讀數。
二是對準縫隙做掃描。柜門縫隙既是超聲的通路,也是特高頻的泄漏口。沿縫隙掃描,找到讀數明顯抬升的位置,再與暫態地電壓和超聲的結果交叉核對。
三是做內外的對比。把天線放在柜體表面測一次,再把天線移到柜體正前方一米左右的空中測一次。若空中讀數明顯低于貼柜讀數,說明信號來自柜內。若兩者接近甚至空中更高,則要懷疑是外部干擾源。
300MHz 到 1500MHz 與移動通信、對講、數傳電臺的頻段大量重疊。判讀時先測背景頻譜,把長期存在的固定頻點記下來,柜體測得的信號若與背景頻點重合,不能判為放電。現場還可以用關停附近通信設備的方法做對照,或用不同位置的天線做交叉驗證。需要提醒,DL/T 1498.4-2025 規定的 300MHz 到 1500MHz 針對的是氣體絕緣金屬封閉開關設備的特高頻在線監測裝置,屬在線監測裝置的規范,便攜式檢測儀不在其范圍內,選型與判讀時不要拿它給便攜設備背書。
Q/GDW 11304.16-2021 對暫態地電壓給出了兩處硬性規定:一處是定義,把暫態地電壓界定為局部放電在接地金屬外殼上激起的 3MHz 到 100MHz 的電壓信號。另一處是對檢測儀的要求,傳感器頻帶為 3MHz 到 100MHz、峰值帶寬不小于 10MHz。這兩項規定合起來回答了取位問題的一半:既然信號定義在接地金屬外殼上,測點便需落在接地金屬外殼上,把傳感器貼在柜體正前方的空氣中或者貼在非金屬觀察窗上,測到的便不是標準所定義的那個量。
峰值帶寬不小于 10MHz 這一項容易被忽略。帶寬不足的傳感器會把暫態脈沖的峰值削平,同一放電源在不同帶寬的儀器上讀數可以差很多,這也是不同班組拿不同儀器測同一臺柜子卻對不上數的常見原因之一。選型時把傳感器頻帶與峰值帶寬兩項與標準逐條比對,比看宣傳頁上的靈敏度數值更實用。
GB/T 42287-2022《高電壓試驗技術 電磁和聲學法測量局部放電》同時覆蓋特高頻電磁法與聲學法,內容含定位方法、測量系統校準,另有靈敏度核查。這份標準于 2022 年 12 月 30 日發布、2023 年 7 月 1 日起實施,等同采用 IEC TS 62478:2016。
對現場取位而言,這份標準的價值在于它把兩種方法都當作測量方法來規范,而不是當作輔助判斷手段。它有測量系統校準與靈敏度核查的要求,意味著用超聲或特高頻測出的量應當可核查、可復現。現場若只把這兩種方法當作“聽個響、看個波形”的定性手段,實際是放棄了標準提供的可核查性。
DL/T 1498.4-2025 規定的特高頻頻段為 300MHz 到 1500MHz,與便攜式檢測儀常用的頻段一致,但這份標準針對的是氣體絕緣金屬封閉開關設備的特高頻在線監測裝置,規范對象是長期固定安裝的在線監測系統,便攜式巡檢儀器不在其適用范圍內。
這個邊界在現場經常被混用。有單位拿在線監測裝置的判據去要求便攜式儀器,也有廠家拿這份標準給便攜設備背書,兩邊都不嚴謹。便攜式檢測與在線監測的分工是清楚的:在線監測解決長期趨勢與突發告警,便攜式檢測解決普查與定位,兩者的測點布置方式與判讀方法不同,數據用途也不一樣。
帶電檢測給出的是相對量,它回答的是“這臺柜子有沒有值得關注的跡象”,不回答“這臺柜子還能用多久”。讀數超出關注值之后,常規做法是縮短檢測周期做跟蹤、結合停電計劃安排停電試驗,或按本單位規程處理。帶電檢測與停電試驗是接力關系,不是替代關系。
先測環境背景。在被測柜子附近一米外的空氣中、或者在沒有設備的金屬構件上測一次,把背景值記下來。三種方法各測一次背景,記下各自的讀數。這一步不跳過,后面所有的判讀都以它為基準。基準先立住。
接著按方法逐個測。暫態地電壓貼平整金屬面,超聲掃縫隙與孔洞,特高頻對非金屬窗口與縫隙。每種方法在自己該測的位置上取數,不要指望一個測點同時滿足三種方法。
交叉核對放在三者都測完之后。三種方法的結果互相印證才可信:暫態地電壓有讀數、超聲在縫隙處能定位到聲源、特高頻在非金屬窗口處也有抬升,三者指向同一臺柜子時結論才站得住。只有一種方法有反應時,先懷疑測點選錯或有干擾,別急著定論。
以一臺金屬封閉開關柜為例,測點可以這樣排:
暫態地電壓取柜體正面平整金屬面上下兩點,與相鄰柜同高度同部位各取一點,共四個點做比較。
超聲沿柜門四周縫隙從上到下掃一遍,重點放在柜門上沿與下沿,兼顧門縫中段,之后到觀察窗與通風百葉,找到讀數抬升的位置后在該處復測三次。
特高頻天線先對準觀察窗與帶電顯示裝置的絕緣外殼測一次,再沿柜門縫隙掃描一次,末了把天線移到柜體正前方一米左右的空中再測一次,用于內外對比。
三個方法走完一遍,一臺柜子大約需要幾分鐘到十幾分鐘。這個時間投入換來的是可復現的位置記錄,下次復測照著記錄擺位即可。
記錄里要寫清測點的位置描述與傳感器朝向,還有耦合方式與接觸壓力,另需記下背景讀數與柜體讀數,還有測試時間。只記一個“多少 dB”的數字,下次復測的人找不到原位,數據便失去了比對價值。拍照留檔是省事的做法,同一角度拍一張帶柜號與測點位置的照片,比文字描述更可靠。
暫態地電壓的現場讀數常以 dB 為單位。兩個讀數之差可以換算成幅值倍數,關系是 20·log10(U2/U1)=ΔdB,按此式,ΔdB=20 時 U2/U1=10,即相差 20dB 對應幅值相差 10 倍。
按這個關系推演一組數:同一臺柜子與同一臺儀器,操作人員也是同一人,傳感器貼在柜體正面平整金屬面上讀數為 27dB,把傳感器挪到柜門縫隙處讀數為 8dB,兩者相差 19dB,折算成幅值約為 8.9 倍。同一個放電源,僅僅因為測點從金屬面挪到了縫隙,讀數便掉了將近一個數量級。這便是前文說的“甲測出明顯信號、乙說沒問題”很常見的技術來源。
需要提醒的是,暫態地電壓的現場讀數在不同廠家的儀器上標定方式并不統一,有的以 dBmV 表示,有的是儀器自定義的相對 dB。上面演示的是 dB 差值與幅值倍數的換算關系,它說明取位改變能帶來多大的量級變化,不指向某個統一的固定判據。
鎧裝移開式金屬封閉開關柜的柜門帶密封結構,柜體四周沒有可供聲波外泄的連續縫隙,觀察窗也多為多層結構。這類柜型上做非接觸式超聲(40kHz±1kHz),探頭沿柜門四周掃一遍往往讀數平穩,找不出抬升點。
這時的判斷順序是這樣的:先確認柜型是否留有通路,沒有通路便換接觸式超聲,把探頭(20kHz 到 300kHz)涂耦合劑后壓在柜體上測,聲波經固體傳導進入探頭。接觸式超聲依然沒有反應,說明這臺柜子不適合用超聲法普查,改用暫態地電壓與特高頻來判斷。把“超聲沒反應”讀成“這臺柜子沒問題”,是現場很常見的一類錯誤。這是兩回事。
特高頻的內外對比可以給出一組可核對的讀數。設天線正對觀察窗時讀數為 -58dBm,把天線移到柜體正前方一米處的空中時讀數為 -71dBm,兩者相差 13dB。差值越大,說明電磁能量越集中在柜內一側,越支持“信號來自柜內”的判斷。
反過來推演:若空中讀數與貼柜讀數接近,比如貼柜 -58dBm、空中 -56dBm,空中反而略高,這時要懷疑信號源在柜外,比如附近的通信設備、數傳電臺或其他帶電設備。遇到這種情況,先把附近的通信設備關停做對照,再用不同朝向的天線做交叉驗證,而不是急著給柜子下結論。
北京康高特(KGT)金吒手持式多功能局放測試儀與哪吒多功能局放測試儀的四個檢測通道參數為:特高頻 300MHz 到 1500MHz、動態范圍為 -80dBm 到 -5dBm,內置高通與低通濾波器。暫態地電壓頻段 3MHz 到 100MHz,動態范圍 70dB。超聲波接觸式 20kHz 到 300kHz,非接觸式 40kHz±1kHz,動態范圍 70dB。高頻 0.1MHz 到 20MHz,傳輸阻抗大于 10mV/mA。
把這幾項與前文的取位要求對照,對應關系是清楚的:暫態地電壓頻段 3MHz 到 100MHz 與 Q/GDW 11304.16-2021 規定的傳感器頻帶一致,傳感器貼在接地金屬外殼上測到的便是標準定義的那個量。特高頻 300MHz 到 1500MHz 落在電磁波外泄窗口敏感的頻段,對準非金屬窗口與縫隙才測得到。超聲波分接觸與非接觸兩檔,接觸式走固體耦合、非接觸式走空氣通路,正好對應柜體有無縫隙兩種柜型。頻段對不上,取位做得再標準也談不上合規。
金吒是手持式設計,7 英寸觸控屏,內置 18.5Wh 鋰電池,續航 8 小時,工作環境溫度為 -20℃ 到 +45℃、濕度不大于 95%(無凝露),適合開關柜日常巡檢與配電室普查這類需要長時間移動的作業。哪吒的檢測通道參數與金吒相同,適用范圍擴展到開關柜、GIS、變壓器,以及電纜,適合一臺儀器覆蓋多類設備的班組。
兩臺機型的參數表列出的檢測方法為 UHF、HF、AE、TEV 四種,另有帶電指示器傳感(VDS),接觸式超聲歸入 AE 的接觸式一檔。VDS 是通過帶電顯示裝置的容性耦合取信號,它的測點在帶電顯示裝置上,與前述三個測點都不重合,實際作業中可作為第四個取位點,用來與另三種方法的結果做旁證。
取位討論的是單個測點放在哪里,多臺設備同時作業時還有一層布點問題。金吒與哪吒都支持通過手機軟件級聯多臺設備做分布式同步檢測,同步方式為內同步(20Hz 到 350Hz 可調,精度 0.01Hz)與無線同步(距離不大于 50 米)。配電室成排開關柜的普查用這種方式布置,可以在同一時刻取到多個柜子的讀數,橫向比較時不必擔心時間差帶來的負荷波動影響。
看柜型與檢測目的。有觀察窗或外露絕緣件的柜子,特高頻與暫態地電壓都能用。全封閉且無縫隙的柜型,優先用暫態地電壓,超聲改接觸式。需要把放電源位置縮到一個部件上時,超聲與特高頻定位能力更強,暫態地電壓更擅長判斷哪一臺柜子有問題。現場通行的做法是三種都測,用交叉核對來排除誤判,而不是靠一種方法定案。
不能。觀察窗是絕緣件,暫態地電壓定義在接地金屬外殼上,貼在絕緣件上測不到標準定義的那個量。這類誤用現場并不少見,表現為讀數很低且不穩定,容易讀成“這臺柜子沒問題”。正確的位置是柜體的接地金屬面,優先選平整且未噴涂的部位,靠近接地螺栓更好。
能。縫隙是超聲與特高頻的通路,不是暫態地電壓的通路。全封閉柜型上暫態地電壓照常可用,因為它測的是金屬外殼上的電壓信號,與有沒有縫隙無關。超聲改接觸式,通過耦合劑貼柜體測。特高頻仍可對觀察窗、帶電顯示裝置的絕緣外殼、穿墻套管這類非金屬部位取數。
不能直接這么判斷。特高頻測不到有三種常見原因:一是測點選錯,把天線貼在平整金屬面上,電磁波被屏蔽反射。二是放電源被金屬隔板完全包住,能量外泄不到可測部位。三是放電強度弱,或放電類型本身輻射的特高頻分量少。遇到測不到的情況,先換測點復測,再用暫態地電壓與超聲做旁證,三者都無反應時才考慮“當前沒有可檢出的局放跡象”這一結論。
暫態地電壓沒有統一的固定數值判據,現場通行的是相對判據:與本柜背景值比,與相鄰柜同部位比,也與本柜歷史數據比。讀數高出背景較多且明顯高于相鄰柜時列為關注,持續上升的列入跟蹤。具體分級應以本單位執行的規程與制造方文件為準,不應用某一個固定數值去套所有柜型。
沒有強制順序,但有省事的排法。先測背景,再測暫態地電壓做普查,對讀數偏高的柜子補做超聲定位與特高頻確認。這樣排是因為暫態地電壓測起來快,適合先篩出關注對象。超聲與特高頻耗時更長,集中用在少數柜子上效率更高。
開關柜局放檢測的取位,說到底是把傳感器放到信號能傳到的地方。暫態地電壓走接地金屬外殼,測點在平整金屬面上。超聲靠空氣傳播,測點在縫隙與孔洞處。特高頻以電磁波方式外泄,測點在非金屬窗口與縫隙處。三種方法測的是三種不同的物理量,把它們混在一個測點上測,讀出來的數便失去意義。
現場遇到讀數分歧時,先別急著爭論誰對誰錯,把兩人的測點位置與傳感器朝向擺出來對一遍,背景讀數也一并核對,多數分歧在這一步便可以消解。取位這件事不復雜,難的是每次都按同一套方式擺位、并把位置記錄下來。數據能比對,檢測才有意義。
真要把可比性做上去,辦法不在儀器靈敏度上,而在作業指導書里:把測點位置寫成固定條款,配合拍照留檔,比換一臺更靈敏的儀器有用得多。靈敏度決定能不能看見,取位決定看見的是什么。