超声波局部放电检测技术凭借其抗干扰能力及定位能力的优势,在众多的检测法中占有非常重要的地位。超声波法最早在上世纪40年代用于变压器局部放电检测,但因为易于受到外界干扰、灵敏度低等原因一直没有得到大规模的应用。1980年以来随着信号处理技术和微电子技术的快速发展,以及低噪声集成元件的应用和压电换能元件效率的提高,超声波法的抗干扰能力和灵敏度得到了较大提高,其在工程中的应用才得到重视。挪威电科院的L.E.Lundgaard.从上世纪70年代末开始研究局部放电的超声检测法,并于1992年发表了介绍超声检测局部放电的基本理论及其在变压器、电容器、电缆、户外绝缘子、空气绝缘开关中的应用情况的文章。2005年德国Ekard Grossman和Kurt Feser发表了基于优化的声发射技术的油纸绝缘设备的局部放电在线测试方法,通过使用二维傅里叶变换对信号进行处理,可达10pC的检测灵敏度。
国内清华大学、西安交通大学、华北电力大学、武汉高压所等科研机构自上世纪90年代开始逐渐开展超声波局部放电检测的研究。随着超声波局部放电检测技术研究的逐渐深入,其在全世界范围内得到了大量的推广。目前,GIS、变压器、开关柜等设备均有成熟的检测装置和仪器供选择,各国在超声波检测领域也己积累了大量的检测经验与发现缺陷设备的经验。
2000年初,超声波局部放电检测技术开始引入国内。2006年起,通过与新加坡新能源电网公司进行同业对标,以北京、上海、天津为代表的一批国内电网公司率先引进超声波局放检测技术,开展现场检测应用,并成功发现了多起局部放电案例,为该技术的推广应用积累了宝贵经验。在过去的三年内,国内各电网公司均显著增加了各类超声波局部放电检测装置仪器的配备数量,国家电网公司仅2011年GIS、开关柜及电缆超声波局部放电检测装置配置数量上涨了近20倍,可见超声波检测法在实际应用中具有很强的实用性,得到了运行人员的充分肯定。该技术在2008年北京奥运会、2010年上海世博会等大型活动保电工作以及特高压设备缺陷检测中均发挥了重要的作用。2010年,国家电网公司在充分总结部分省市电力公司试点应用经验的基础上,结合状态检修工作的深入开展,颁布了《电力设备带电检测技术规范(试行)》和《电力设备带电检测仪器配置原则(试行)》,首次在国家电网公司范围内统一了超声波局放检测的判据、周期和仪器配置标准,超声波局放检测技术在国家电网公司范围全面推广。2013年8月至2014年2月国家电网公司组织开展了超声波局放检测装置性能检测工作,首次对国内市场上数十款超声波带电检测仪器进行了综合性能的检测工作,对规范和引导国内仪器开发和制造技术领域起到了积极推动作用。
经过近二十年的发展,超声波检测法己具有以下优点:
(1)抗电磁干扰能力强。电力设备在运行过程中存在着较强的电磁干扰,而超声波检测是非电检测方法,其检测频段可以有效躲开电磁干扰,取得更好的检测效果。
(2)便于实现放电定位。确定局部放电位置既可以为设备缺陷的诊断提供有效的数据参考,也可以减少检修时间。超声波信号在传播过程中具有很强的方向性,能量集中,因此在检测过程中易于得到定向而集中的波束,从而方便进行定位。在实际应用中,GIS设备常采用幅值定位法,它是基于超声波信号的衰减特性实现的;变压器常采用空间定位法,目前市面上己有比较成熟的定位系统。
(3)适应范围广泛。其中接触式超声波检测主要用于检测如GIS、变压器等设备外壳表面的超声波信号,而非接触式超声波检测可用于检测开关柜、配电线路等设备。
与此同时,超声波局部放电检测技术也存在一定的不足,如对于内部缺陷不敏感、受机械振动干扰较大、进行放电类型模式识别难度大以及检测范围小等。因此,在实际应用中,如GIS、变压器等设备的超声波局部放电检测既可以进行全站普测,也可以与特高频法、高频法等其他检测方式相配合,用于对疑似缺陷的精确定位;而开关柜类设备由于其体积较小,利用超声波可对配电所、开闭站等进行快速的巡检,具有较高的检测效率。