超聲波地電波檢測電氣設備局部放電

高壓電氣設備是電力系統的重要組成部分，更是電氣系統的核心，所以高壓電氣設備運行狀態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、國防系統、高速電氣化鐵路等領域高速發展，對電氣設備的穩定性提出了越來越高的要求，同時也受到了國家重點的關注。

電氣設備主要的組成材料是導體或絕緣材料，所以電氣設備的絕緣性是非常關鍵的。大部分的絕緣材料是有機材料，長期在高壓環境下運行，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備發生故障，同時也會大大縮減電氣設備使用壽命。

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

不平滑的導體產生極不均勻電場，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生放電，形成電暈。因為在電暈外圍電場很弱，不發生碰撞游離，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，曲率半徑小的導體電極對空氣放電，便產生了電暈，電暈的發生伴隨著熱、臭氧、氮的氧化物的產生，這些對電氣設備的絕緣都是極其有害的。另外由于電氣設備接觸不良或不穩定等因素，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周圍介質產生電磁波，同時激發質子的振動生成機械波，機械波產生聲波和超聲波。電子高速移動同時會產生光，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=發射功率(W)/發射面積(cm2)，通常p≥0.3w/cm2。

機械波、電磁波都是波就應有很多共同規律， 相同點：

1、都有波的的一切特性，如：都能產生反射、折射、干涉、衍射等現象。

2、波速、波長、頻率之間具有同樣的關系。

當高壓電氣設備發生局部放電時, 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。

對于內部放電, 放電電量聚集在接地屏蔽的內表面, 因此, 如果屏蔽層是連續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破損而導致不連續, 這樣, 高頻信號就會傳輸到設備外層。

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

在電氣設備的各類故障中，電氣放電燒傷故障因其事前難以發現而危害性又大，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成了電氣故障的主體。在電氣設備運行了多年、負荷不斷增加的情況下，設備的電氣放電燒傷現象已越來越突出，而且電氣放電燒傷問題在事前又不易于發現，危害性很大。因此，在預防和防治設備發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。
電氣設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放電情況，而電氣放電燒傷導致的發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設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。

① 用紅外熱成像技術檢測變電所開關柜內部觸頭部位的時候必須要把開關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柜內部放電情況,以分析開關柜內部是否存在故障.

② 電氣聯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，從而導流不暢，燒傷接觸網設備,連接部位發生松動的初期，這時候還沒有過熱溫度產生，用超聲波偵測器就能檢測到因電氣設備松動放電所發出來的超聲波

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電弧

紅外檢測發熱電氣隱患熱成像預防檢測

超聲波地電波檢測電氣設備

超聲波檢測在鐵路接觸網軌道交通的應用

電氣化鐵路牽引供電建議方案
一．行業概述：
在鐵路電氣化接觸網設備的各類故障中，電氣燒傷故障因其事前難以發現而危害性又大，已越來越引起供電運營檢修部門的重視。在電氣化鐵道中，接觸網設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成了接觸網故障的主體。在接觸網運行了多年、牽引運能不斷增加的情況下，設備的電氣燒傷現象已越來越突出，而且電氣燒傷問題在事前又不易于發現，危害性很大。因此，在預防和防治接觸網設備發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。
目前電氣化鐵路行業檢測手段：
接觸網是一種特殊的供電設備．由于其結構和使用條件的特殊性，其故障也多種多樣。對其故障現象、原因和應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，但隨著鐵路運輸發展，現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載流量偏小而承受不了大電流的長期運行，就發生了電氣燒傷。
② 接觸網主導電回路由饋電線、隔開、隔開引線、承力索、接觸線、電聯接器、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，從而燒傷接觸網設備。
③ 電氣聯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，從而導流不暢，燒傷接觸網設備。如：將承力索納入了電聯接器電氣導流的一部分；電聯接線夾大小槽裝反；線夾內有雜物；設備線夾間非面面接觸等等。
連接線夾燒傷
④ 站場中的接觸網結構比較復雜，在進行電氣連接時，由于種種原因造成主導電回路不閉合、主導電通道迂回，引起分流嚴重而燒傷接觸網零部件。
⑤ 設計的接觸網結構中某些不應有電流通過的地方，而由于某些條件的巧合通過了全部或部分牽引電流。由于這些地方沒有保證牽引電流（或其分流）通過的必要的電氣連接，所以燒傷了接觸網設備。
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，造成放電現象，放電電弧燒傷了接觸網設備。
⑦ 兩端屬同相而不同饋線供電的絕緣錨段關節、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，在短接點處產生電弧，造成設備的燒傷。
⑧ 然而在施工時未嚴格執行有關標準，導致電聯接器的結線不正確、線夾安裝不標準。現行的檢修規程中對電氣聯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。工區存在“涂油”的認識誤區。為防止設備檢修質量驗收時扣分，檢修人員在平時檢修時對接觸網設備抹涂大量的黃油，致使設備的內部電氣燒傷缺陷不能及時地被發現。如：為防止電聯接散股扣分，在電聯接表面抹涂上一層厚厚的黃油。對設備的巡視特別是夜巡工作執行不力。

各種電氣裝置如不提前預防事故的發生造成的后果：
① 電氣連接線夾發熱。原因是電聯結線夾未按規定安裝或在運行過程中發生螺栓松動、電力復合脂老化等缺陷，使電聯結處接觸電阻增加進而發熱量增加，使線夾發熱而燒傷線索，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)自電氣接續部分斷股或斷開。
原因是站場股道電聯結設置位置或數量不合理，使股道間接觸懸掛在機車取流的情況下產生較大的壓差，接觸懸掛在軟橫跨上產生環流，從而在懸吊滑輪或定位器根部等電氣薄弱環節產生拉放電傷現象。
③ 設備線夾、接頭線夾、吸上線與軛流圈連接處燒傷。軟橫跨環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懸掛問存在非穩定性接觸，則在2懸掛問就會產生過渡電弧進而燒傷線索。此種情況一般發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既然是機、電合一的特殊供電設備，因此在運行過程中不可避免發生電氣方面的問題。電氣方面故障雖數量不多，但一旦發生，則會造成嚴重影響，甚至造成塌網、斷線故障。

好的檢測手段和設備能起到故障早期預防和發生：
2003年－2004年全國牽引供電系統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致系統停電次數累計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，提高設備的運行可靠性。認真做好日常運行維護工作，提高設備健康水平，運行人員加強巡視維護質量，可以及時發現或消除設備隱患，提高供電可靠性。
② 配合開展設備狀態檢修，利用絕緣在線監測、帶電測試和超聲波檢測及紅外熱成像監測發熱點等措施，加強對設備的監測工作。
2004年因接觸網系統發生故障340件，累計停電31148分鐘，故障平均停電時間為92分鐘，占牽引供電系統故障的 91％；2004年因接觸網系統發生故障停電274件，累計停電25160分鐘，故障平均停電時間為92分鐘，占牽引供電系統故障的95％。波及面和損失非常大。
針對接觸網的故障分析，可以采取以下措施來提高其供電可靠度：
① 設計標準，如風速選值，受風偏移量，接觸網跨距，錨段長度，下錨偏角，設計拉出值等技術參數都需要認真研究。
② 選用耐腐蝕的優質材料，采用表層防腐處理，定期清掃接觸網。
③ 有計劃地對接觸網上的各個連接部位及線夾進行有效的實時監控，利用超聲波檢測儀及時發現線夾松動和絕緣損壞的早期放電現象，起到預防設備故障的發生。