电缆与开关柜虽然都会发生局部放电,但缺陷在空间上的分布形态完全不同,这是两条检测路线分岔的物理起点。
电缆是一条沿线延伸的一维分布参数系统。一条十千伏配电电缆线路可能长达数百米甚至数千米,本体、中间接头、终端头沿线路依次排开。缺陷可能落在这条线上的任意一点,而且电缆本体自身的绝缘状态整体上是均匀的,缺陷是“均匀背景上的局部异常”。这种结构带来一个直接后果:放电产生的脉冲会沿电缆本体及金属屏蔽层向两端传播,传播过程遵循传输线规律,有确定的波速度,因而可以通过时差计算出放电点的位置。定位在电缆上是一件物理上可行、且有标准方法支撑的事。
开关柜则完全不同。它是一台在有限空间内高度集成的设备,母线室、断路器室、电缆室、仪表室被金属隔板分开,内部密布着绝缘子、触头、母排、电缆终端、互感器、避雷器等各类部件,形成大量固体—气体界面、固体—固体界面与悬浮金属件。缺陷是“集中在柜内的多点可能性”,每两个部件之间都可能成为放电源,而且不同位置的放电在电磁传播上彼此遮蔽、相互耦合。这种结构下,信号从放电点传出来要经过复杂的腔体反射与隔板衰减,到达传感器时已经很难反推出确定的空间位置。开关柜局放检测的重心因此落在“有没有、是什么类型、严不严重”,而不是“落点在哪一厘米”。
放电发生时伴随的物理现象是同一批:电荷转移、电磁辐射、声波、光、发热与化学产物。但电缆与开关柜在结构上决定性地影响了这些信号能否被采集到。
电缆有连续的金属屏蔽层与接地线,为放电脉冲电流提供了一条可以确定的流通路径。放电脉冲电流会沿屏蔽层与接地线向两端传播,在金属屏蔽连续的中段,屏蔽层本身即为通路,直接套装高频电流互感器便可拾取信号。需要注意的是,接地线对高频电流并非理想导体:DL/T 2324-2021 的资料性附录在解释电容耦合型传感器原理时便指出,电缆终端处数米长的接地线对高频局放电流具有相当的阻抗,需要在金属尾管与构架之间用电容臂跨接,为高频脉冲电流建立一条外部通路,再用高频电流互感器在该通路上拾取信号。这条可确定的流通路径,是电缆局放检测能够做到定量与定位的物理基础。
开关柜有完整的金属外壳。这层外壳对外部低频电磁干扰是很好的屏蔽,本该有利于检测,但问题是它同时也把内部放电产生的电磁波关在了柜内。特高频信号只能通过柜体的缝隙、观察窗、电缆进出线孔洞泄漏出来,泄漏强度对柜体结构极其敏感。与此同时,放电脉冲电流会经柜体接地回路入地,并在外壳金属表面因趋肤效应与缝隙处的电流转移产生暂态对地电压,这一路信号构成了地电波法的物理基础。放电产生的机械振动则会通过固体与空气传到柜体上,构成超声法的物理基础。
换句话说,电缆侧有一条“从放电点到传感器”的确定性导体通道,开关柜侧没有这样的通道,只能分别从电磁泄漏、壳体暂态电压与声振动三条彼此独立的路径旁证。
这是区分两类设备检测策略的关键变量。
电缆可以在停电后从一端施加试验电压。但长电缆的电容量不可忽略,若直接用工频电源加压,所需的电源容量在现场往往难以满足,这正是振荡波方法被引入现场作业的原因:先用直流或交流激励把电缆充电到设定电压,再通过固体开关闭合使其与谐振电感构成回路,在几十赫兹到数百赫兹的频率上产生衰减振荡电压,用远小于工频试验所需的电源容量把电缆加到接近甚至高于运行电压的水平,从而激发出运行工况下的放电。这意味着电缆局放检测既有“停电加压定量”的可能,也有“运行中带电巡检”的可能,两条路都走得通,标准也都作了规定。
开关柜做不到这一点。柜内带电体与接地外壳之间的间隙小、绝缘结构复杂,外施试验电压会同时考验所有部件的绝缘,无法针对某个可疑缺陷单独加压;而且现场为整柜施加高压试验电压需要大量拆线与安全隔离,实际上很少这样做。因此开关柜的局放检测几乎全部在运行电压下进行,检测的是运行工况下的放电活动。运行电压不可调,意味着测不到局放起始电压与熄灭电压这类依赖升压过程的参量,只能测“这个电压下有没有放电、放电有多强”。
这一个变量,直接造成了后面所有的判据差异:电缆可以给出“在 1.73U0 下放电量不超过某个 pC 值”这类有明确试验条件的定量判据,开关柜只能给出“带电运行条件下应无明显放电信号”这类定性判据。
电缆侧形成了一条从产品标准、试验方法标准、测量系统标准、测试方法标准到带电检测导则的完整链条,各层之间的引用关系清晰,判据贯穿始终。开关柜侧则是另一幅图景:仪器类的产品标准齐备,但方法层级的依据主要落在检修试验规程里,判据以定性表述为主。
这不是标准编制的疏漏,而是上面三条物理差异的必然结果。后面两节分别展开。
电缆局放检测可用的依据大致分四层。底层是试验方法标准,即 GB/T 3048.12《电线电缆电性能试验方法 第十二部分:局部放电试验》,规定电缆这一特定对象上局放试验怎么做。第二层是产品标准,即 GB/T 12706.2-2020《额定电压 1kV(Um=1.2kV)到 35kV(Um=40.5kV)挤包绝缘电力电缆及附件 第二部分:额定电压 6kV(Um=7.2kV)到 30kV(Um=36kV)电缆》这类文件,以及更高电压等级对应的产品标准,规定成品电缆局放试验的加压程序与合格判据。第三层是现场试验的测量系统与方法标准,即 DL/T 1575-2016《6kV~35kV 电缆振荡波局部放电测量系统》与 DL/T 1576-2016《6kV~35kV 电缆振荡波局部放电测试方法》,解决电缆敷设安装之后如何在现场施加试验电压并测量定位。第四层是运行中的带电检测导则,即 DL/T 2324-2021《高压电缆高频局部放电带电检测技术导则》,解决不停电条件下如何巡检与诊断。
这四层并不是彼此替代的关系,而是覆盖了电缆生命周期的四个阶段:出厂与型式试验、安装后交接、投运初期带电检测、运行期巡检。理解这一点,可以避免用错阶段的判据。
GB/T 3048.12 在 2025 年完成了更新。GB/T 3048.12-2025 于 2025 年 10 月 5 日发布,2026 年 5 月 1 日实施,全部代替 GB/T 3048.12-2007。该标准修改采用 IEC 60885-3:2015,由全国电线电缆标准化技术委员会归口。
这里有一条必须讲清的适用范围边界。GB/T 3048.12-2025 的适用范围原文表述为:适用于测量不同长度挤包绝缘电力电缆的局部放电,本文件不适用于电缆系统安装后的局部放电测量。
这一句话划出了清晰的分工:这份标准管的是电缆本体作为产品在试验室条件下的局放试验,一旦电缆敷设完成、附件安装完毕形成电缆系统,其局放测量便不在该标准的适用范围之内,需要转由振荡波或高频电流法等其他方法承担。实际工作中常见的错误,是拿着 GB/T 3048.12 规定的试验条件去要求现场已投运电缆线路的测试,这在标准适用上是不成立的。
成品电缆的局放试验判据写在产品标准里。以 GB/T 12706.2-2020《额定电压 1kV 到 35kV 挤包绝缘电力电缆及附件 第二部分:额定电压 6kV 到 30kV 电缆》为例,其局部放电试验条款规定:应按 GB/T 3048.12 进行局部放电试验,试验灵敏度应为 5pC 或更优;三芯电缆的所有绝缘线芯都应试验,电压施加于每一根导体和金属屏蔽之间;试验电压逐渐升高到 2U0 并保持 10 秒,然后缓慢降到 1.73U0;在 1.73U0 下,应无任何由被试电缆产生的超过声明试验灵敏度的可检测到的放电。
这段条文里有两个要点值得拆解。一个是试验程序的先高后低:先升到 2U0 保持十秒,再降到 1.73U0 作测量。这样安排的目的是让试验电压经历一次高于测量电压的过程,避免测量电压本身成为起始放电的触发条件,使测量结果落在稳定区间。另一个是判据的表述方式:标准没有规定一个统一的放电量限值,而是规定“不应有超过声明试验灵敏度的可检测到的放电”。这等于说,判据与试验回路实际达到的灵敏度绑定,灵敏度声明为 5pC,判据便是在 1.73U0 下不应检出超过 5pC 的放电。标准同时加注说明,被试电缆的任何放电都可能有害。
这种“与声明灵敏度绑定”的写法,正是局放测量作为约定量的体现,也是校准必须先行完成的原因。
电缆敷设安装之后要做交接试验,此时不能照搬工频耐压加局放的方案,原因是长电缆在工频下的电容电流很大,试验电源容量难以满足现场条件。振荡波电压法正是在这一约束下发展起来的技术路线。
其原理并不复杂:先用直流电源或交流电源把电缆充电到设定的试验电压,再通过固体开关的闭合使电缆与谐振电感构成回路,在电缆上产生一个频率在数十赫兹到数百赫兹之间、幅值按指数规律衰减的振荡电压。这个振荡电压在衰减过程中的若干个周期里,幅值仍维持在足够高的水平,可以在接近运行电压的条件下激发并测量放电,同时对电缆本身的绝缘损伤远小于直流耐压。
DL/T 1575-2016 与 DL/T 1576-2016 是这项技术的两份配套标准,前者规范测量系统本身,后者规范测试方法。两份标准同日发布,均为 2016 年 2 月 5 日发布、2016 年 7 月 1 日实施,现行有效。
这份标准对系统的规定相当具体,选型时可以直接对标。
系统组成方面,标准按激励电源把系统分为直流激励式与交流激励式两种。使用条件规定为环境温度零下十摄氏度到零上四十摄氏度、相对湿度不超过百分之八十五(二十五摄氏度时)、海拔不超过一千米。
激励电源部分,直流激励式要求试验电压峰值不低于电缆额定相电压的 2 倍,且连续可调,在满量程试验电压下的充电电流不小于 8 毫安;交流激励式要求试验电压有效值不低于电缆额定相电压的 2 倍。可测电缆电容量范围规定为 0.08 微法到 2 微法,这一条直接决定了系统能覆盖多长的电缆——选型时须先估算被试电缆的电容量是否落在这个区间内,超出范围的系统要么充不上电,要么谐振频率落在规定频带之外。
局放测量性能部分,量程规定为 20pC 到 20nC,挡位分 20nC、10nC、5nC、1nC、500pC、100pC、50pC、20pC 八挡;各挡位测量误差不超过该挡位量程的正负百分之十;测量频带应符合 GB/T 7354-2003 中 4.3.4 的要求;在屏蔽实验室条件下测量灵敏度应优于 20pC。定位性能部分,定位频带至少应包含 150kHz 到 20MHz,定位精度应达到测量长度的 1%。
振荡电压波形部分,频率规定为 30Hz 到 500Hz,波峰呈指数规律衰减,连续 8 个周期内幅值衰减不超过峰值的 50%;电压峰值测量误差不超过 3%。校准器应符合 DL/T 356-2010 中 5.6 的要求。补偿电容器的电容量宜不小于 150nF(允许偏差正负百分之五),且在满量程试验电压下自身局放量不超过 1pC。软件应具备电荷量校准、试验电压控制与测量、局放测量及定位功能。外壳防护等级规定为 IP51。
这些条款组合起来,勾勒出一套可用的现场振荡波系统应当具备的能力边界。值得注意的是定位频带 150kHz 到 20MHz 这一条:频带越宽,脉冲上升沿保留得越完整,时差定位的分辨率越高,这是定位精度能够达到测量长度 1% 的物理前提。
方法标准解决的是“拿到系统之后怎么测、测完怎么判”。该标准适用于额定电压 6kV 到 35kV 的电缆线路振荡波局放测试,内容包括振荡波局放测量系统及辅助设备、测试要求、测试步骤、测试结果及处理建议,另有四个资料性附录:附录 A 给出用时域反射法计算电缆中间接头位置的方法,附录 B 说明配电电缆中局部放电的传播及检测,附录 C 给出典型缺陷的局放时域脉冲图,附录 D 给出典型缺陷的局放案例分析。
附录 A 的存在很能说明电缆局放检测的特点:电缆有确定的几何长度与波速度,因而可以独立测出线路长度与接头位置,再用这个几何信息去校验局放定位结果。这种“几何可测量”的优势是开关柜不具备的。
电缆投运之后,不必每次都停电加压。DL/T 2324-2021《高压电缆高频局部放电带电检测技术导则》规定了用高频电流法在运行电压下检测高压电缆局放的要求。该标准于 2021 年 12 月 22 日发布、2022 年 3 月 22 日实施,由全国电力设备状态维修与在线监测标准化技术委员会归口,文本说明其为初版发布。
适用范围是额定电压 110(66)kV 到 500kV 交流电缆的高频法局放带电检测,35kV 及以下电压等级交流单芯电缆参照执行。标准把局部放电高频电流检测法定义为在 3MHz 到 30MHz 频段或附近频段,对局放脉冲电流信号进行采集、分析、判断,实现局放检测和定位的方法。
检测要求部分,环境温度为负二十摄氏度到正五十摄氏度,相对湿度从 5% 起、以不出现冷凝为上限条件。装置由传感器、信号调理单元、采集处理单元和分析软件组成,主要性能除应满足 DL/T 846.4 外,还应包括测试误差、测试范围、采样频率等要求。
装置分为巡检型与诊断型两档,这一划分对选型很有借鉴意义。巡检型装置应当能够采集与被测设备运行电压同频率的同步相位信号,具备干扰抑制功能,具备检测数据的现场存储与导出功能,具备信号幅值、参考相位等结果显示功能并显示相位分辨局放图谱与相位分辨脉冲序列图谱;宜具备 3 路及以上高频电流信号同步检测功能;宜具备 6 小时以上续航能力。诊断型装置在此基础上还须具备多源分离功能,能显示时域波形图、频域特性图以及脉冲时频域图谱,并应具备缺陷类型识别及严重程度判断功能,宜具备缺陷定位功能。
检测周期方面,标准要求电缆交接试验时或投运后一个月内应开展一次局放带电检测;对运行环境差、设备陈旧及有缺陷的设备应适当增加检测次数;安装了局放在线监测的电缆系统可适当延长检测周期。
检测步骤里有两条操作性很强的规定。一条是干扰抑制:测试前把仪器调节到适当量程,测量空间干扰信号并记录;对具备触发电平设置功能的仪器,触发电平一般设为 2 倍的背景噪声,连续检测时间宜在 1 分钟到 5 分钟之间。另一条是诊断分析:对异常信号,可使用诊断型仪器作进一步诊断分析,也可结合其他检测方法综合分析,执行时参照 GB/T 3048.12 与 GB/T 7354。
定位方法是这份标准的技术核心。相别判断上,对交叉互联电缆系统,若检测到局放信号且某一相极性与其余两相相反,可判断局放信号位于该相。位置判断上,可通过比较各电缆附件测得的信号幅值和频率来推断,一般距离放电点越近,幅值越高、时域波形越陡、信号中高频分量越丰富;也可在电缆本体上接入两只高频电流传感器且保持方向一致,若两路信号极性相同,说明放电源位于两只传感器范围之外,若极性相反,说明放电源位于两者之间,此时通过计算两路信号时延定位放电点。按时间同步方式,定位方法分为光纤同步测量法与双端异步时间补偿法两种。
振荡波停电试验与高频电流法带电检测不是二选一的关系,而是覆盖不同需求的两个层次。
振荡波试验的价值在于“定量”与“主动”:可以人为设定试验电压,观察放电随电压的变化,测出局放起始电压与熄灭电压,给出可与历史数据、与同型设备比较的放电量数值,并且能在外加激励下把微弱缺陷激发出来。代价是需要停电、需要拆线、被试电缆电容量须落在系统能力范围内。
高频电流法带电检测的价值在于“频繁”与“在线”:不需要停电,可以在投运初期建立基线,在运行期反复复测跟踪趋势,对交叉互联等复杂接地方式也能定位。局限在于测到的是运行电压下的放电活动,测不到起始与熄灭电压,放电量的量值受传感器安装位置与耦合方式影响,可比性弱于停电试验。
合理的作业安排通常是:投运初期用带电检测建立基线,运行期定期带电巡检跟踪趋势,发现异常或趋势恶化时安排停电振荡波试验作定量诊断与定位,处理后再用带电检测验证效果。
开关柜局放带电检测的依据,与电缆侧呈现明显不同的形态。
仪器层级有完整的产品标准。DL/T 846.10-2016《高电压测试设备通用技术条件 第十部分:暂态地电压局部放电检测仪》与 DL/T 846.11-2016《高电压测试设备通用技术条件 第十一部分:特高频局部放电检测仪》均于 2016 年 12 月 5 日发布、2017 年 5 月 1 日实施,现行有效,由全国高电压试验技术标准化分技术委员会归口。其中特高频部分明确规定适用于测量频率范围在 300MHz 到 3GHz 的特高频局部放电检测仪的生产、使用和检验。超声层级有 DL/T 1416-2015《超声波法局部放电测试仪通用技术条件》,2015 年 4 月 2 日发布、2015 年 9 月 1 日实施,由全国高电压试验技术标准化分技术委员会归口。脉冲电流法层级有 DL/T 846.4-2016《高电压测试设备通用技术条件 第四部分:脉冲电流法局部放电测量仪》,2016 年 12 月 5 日发布、2017 年 5 月 1 日实施,代替此前的 2004 版,适用于测量频率在 10kHz 到 500kHz 范围的脉冲电流法局放测量仪。
方法层级的依据则不像电缆侧那样集中在一两份专门的导则里。现场怎么做、多久做一次、测到什么程度需要处理,主要写在检修试验规程中,而规程对开关柜给出的是周期与定性判据,未给出以视在电荷量表述的限值。
DL/T 393-2021《输变电设备状态检修试验规程》于 2021 年 12 月 22 日发布、2022 年 3 月 22 日实施,全部代替 DL/T 393-2010,由全国电力设备状态维修与在线监测标准化技术委员会归口。这一版的交流部分新增了高压开关柜的相关内容,为开关柜的状态检修提供了依据。
南方电网的 Q/CSG1206007-2017《电力设备检修试验规程》给出了更具体的周期与判据。对高压开关柜,该规程把“运行中局部放电测试”列为 C2 与 B2 两类项目:C2 在 I、II 级管控级别下触发;B2 规定每半年 1 次或以上,历史数据良好的可适当延长至一年 1 次。判定要求是“应无明显局部放电信号”,并在括号中注明具备条件者可采用特高频法、超声波法、地电波法等方法进行。
同一份规程对橡塑绝缘电力电缆及附件的局放试验则给出另一套表述:按 GB/T 3048.12 的要求进行,应无明显局部放电信号;脉冲电流法不大于 50pC,且与交接试验数据比较不应有明显增长。周期上,110kV 为投运后 3 年内 1 次、运行 20 年后每 6 年 1 次;220kV 为投运后 3 年内 1 次、之后每 6 年 1 次;500kV 为每 3 年 1 次。
把这两段并排看,差别一目了然:电缆条目有明确的引用方法标准与 50pC 的数值判据,开关柜条目只有“应无明显局部放电信号”这一句定性要求,加上一句方法可选的括注。
地电波法(亦称暂态地电压法)检测的是放电脉冲电流在开关柜金属外壳上产生的暂态对地电压。放电产生的电磁波在柜内传播时,由于趋肤效应,电流波会在金属外壳的断开处或绝缘连接处转移到外表面,在壳体上形成暂态电压,用贴装在柜体表面的电容耦合传感器即可拾取。
这种方法的优势是安装便捷,传感器贴装即可,无需停电,也不需要柜体开孔。局限同样明显:信号幅值既取决于放电量,也取决于放电点位置、柜体内部结构与缝隙大小,传播路径的衰减无法标定,因此读到的数值不能换算成放电量。同一放电源在柜体不同位置测到的幅值可以相差很大。
特高频法检测的是放电产生的电磁辐射,频段在 300MHz 到 3GHz。这一频段的信号波长短,可以从柜体的缝隙、观察窗与电缆进出线孔洞泄漏出来,用天线接收。相比低频段,特高频段受现场的工频与低频电磁干扰影响小,信噪比好。
其局限在于对柜体结构敏感。全金属密封、没有绝缘观察窗的柜型,外置传感器几乎接收不到有效信号;要获得可靠数据往往需要内置传感器,而内置安装需要停电开窗。因此方法本身可行与否,取决于柜型,这一点在制定检测方案时必须先确认。
超声波法检测的是放电引起的机械振动,通过贴装在柜体上的压电传感器拾取。它的突出特点是不受电磁干扰影响,现场的各种无线电信号、电机启停都不会干扰读数,因此在电磁环境复杂的场合有独特价值,也常用于对电测法发现的异常作交叉验证与空间查找。
局限在于声波在传播中衰减快,对柜内深部的气隙放电与悬浮电位放电不敏感,且容易受现场机械振动与噪声干扰。因此它通常作为辅助通道与其他方法配合使用,单独使用时漏检风险较大。
把上面三条合起来,开关柜判据之所以难以给出 pC 量级的统一限值,原因并不神秘。
其一,三条通道读到的都是经过未知衰减的相对量,从柜外的读数反推柜内的放电量,中间缺少可标定的传递函数。其二,柜内结构千差万别,同一放电量在不同柜型、不同位置的读数不具备可比性,统一限值没有物理基础。其三,检测在运行电压下进行,电压不可调,测不到起始与熄灭这类用于判断缺陷性质的参量。
因此规程把判据写成“应无明显局部放电信号”,并把具体方法与阈值留给使用单位根据自身设备情况与历史数据确定。这不是标准不严谨,而是对被测量性质的如实反映。
既然单次的量值难以直接评判,判读便转向比较,这是开关柜局放检测的基本方法,也是现场实践中有效性的主要来源。
纵向比较是对同一台设备、同一测点在不同时间的数据作比较,观察幅值、频次与相位分布特征的变化趋势。这一条很能说明问题:一次幅值不高的读数,如果连续几次测量持续攀升,其诊断价值远高于一次幅值偏高但长期稳定的读数。规程之所以要求每半年测一次,正是为了积累可供纵向比较的数据序列。
横向比较是对同型号、同批次、同运行环境下的一组设备作同期比较,找出明显高于同组水平的个体。这一条在配电室成排布置的开关柜上尤为有效,因为同一批柜型结构一致,传播路径可比,读数之间的差异主要反映放电强度的差异。
两种方法都要求测量条件尽量一致:传感器位置、贴装压力、测点编号、环境温湿度都应固定并作记录,否则比较便失去基础。
脉冲电流法读出的是视在电荷量,单位是皮库。GB/T 7354-2018 把它定义为:对于规定的试验回路,在很短的时间内注入试品两端的电荷量,使其引起的测量仪器读数相当于局放脉冲本身引起的读数。
这个定义的关键在于“对于规定的试验回路”这一限定。视在电荷量不是放电点真实转移的电荷,而是用一个已知电荷量在完整试验回路上复现同样读数得到的等效值。它之所以可用,是因为校准可以在整套回路上完成:把标准校准器接在试品两端注入已知电荷,读出仪器响应,建立起读数与电荷量的对应关系。校准的对象是整套回路,包括试品电容、耦合电容器、测量阻抗与仪器本身。
正因为有这条校准链,pC 读数才具备可溯源性与可比性,产品标准才敢把它写成判据。GB/T 7354-2018 的规范性附录 B 专门用于规定校准器的性能试验,JJF 1616-2017《脉冲电流法局部放电测试仪校准规范》则规定了测量频率在 10kHz 到 500kHz 的脉冲电流法局放测试仪的校准方法,该规范 2017 年 2 月 28 日发布、2017 年 5 月 28 日实施。
特高频法读出的单位通常是 dBm,即以 1 毫瓦为参考的功率电平对数值。它反映的是传感器天线在特定频点上从空间电磁场中耦合到的功率,与放电量之间没有固定的比例关系。
影响这个读数的因素包括:放电脉冲的频谱分布、放电点到传感器的空间路径、传播途中的反射与衰减、天线增益与方向性、接收带宽。这些因素在不同现场条件下各不相同,无法用一个通用系数折算成放电量。
地电波与超声通道读出的 dB 值,本质上是以某个参考电平为基准的对数比值。不同厂家选取的参考基准可能不同,同一厂家不同型号的参考基准也可能不同,因此两台仪器读到的 dB 值在没有共同基准的情况下不能直接比较。
这带来一条实用的现场纪律:跟踪同一台设备的状态时,应当固定使用同一台仪器、同一种传感器、同一个测点,中途更换设备时应作一次平行比对,把新旧数据接起来。
超声通道的读数受传播路径衰减的支配程度比其他通道更甚。声波在金属中与在空气中的传播特性差别很大,从放电点到柜体表面要经过气体、固体与界面的多次转换,衰减与频率密切相关。因此超声读数对传感器贴装位置与耦合状态极其敏感,贴装压力稍有变化读数便可能明显波动。
综合上面四条,可以得出一条明确的结论:不同方法读到的数值,量纲不同、基准不同、传递路径不同,彼此之间不存在通用的换算关系。这个结论有直接的实践意义。
其一,不能用一台仪器的读数去评判另一台仪器的读数。其二,不能把某个方法上总结出的阈值套用到另一种方法上。其三,跨方法的数据只有在同一台设备上作定性印证时才有意义,比如特高频发现异常、超声在同位置附近也能测到,这样的互证是有价值的;但把两者的数值作算术比较没有意义。其四,停电定量诊断与带电巡检的定位必须分清:前者给出可溯源的放电量,后者给出相对强度与位置,两者互补而非互相校验。
GB/T 42287-2022《高电压试验技术 电磁和声学法测量局部放电》等同采用 IEC TS 62478:2016,同时覆盖特高频与超声两种非电量测法,为这类方法提供了方法层的依据,但它同样不提供向 pC 折算的换算关系。
配置仪器的入手处不是选通道数量,而是明确作业目的。巡检型作业面对的是大量设备,需要在有限时间内覆盖尽可能多的测点,核心需求是轻便、续航长、操作快、数据可存储导出,能发现异常即可。诊断型作业面对的是已经发现异常的具体设备,核心需求是信号保真度高、分析功能全、能作定位与类型识别,重量与体积是次要考虑。
这两类需求对仪器的要求差别很大,用一台巡检型设备去作诊断分析会受限于分析功能,用一台诊断型设备去做大面积普查则效率低下。DL/T 2324-2021 把装置明确分为巡检型与诊断型两档,正是基于这一区分。
这类作业需要的是一套完整的试验与测量组合,而不是一台单独的仪器。构成包括:能覆盖被试电缆电容量的激励电源、谐振或补偿部件、局放测量与定位单元、校准器。
选型时须核对几个硬指标。可测电缆电容量范围必须覆盖被试线路,超出范围则无法完成充电或谐振。试验电压峰值应不低于电缆额定相电压的 2 倍并连续可调。局放量量程与灵敏度应满足判定要求,参照 DL/T 1575-2016 的规定,量程覆盖 20pC 到 20nC、屏蔽条件下灵敏度优于 20pC 是基本要求。定位频带至少应包含 150kHz 到 20MHz。软件须具备电荷量校准、试验电压控制与测量、局放测量及定位功能。校准器是必配项,没有校准器便无法建立 pC 读数的溯源性,测到的数值没有判据意义。
北京康高特(KGT)自研的孟德超低频局放测试仪面向的便是这一类作业。该仪器的局放检测范围为 0.1pC 到 10000pC,定位距离覆盖 0.1m 到 1000m,定位精度不超过测试距离的 1%(电缆)与 5 毫米(电机定子绕组),分辨率达 0.1pC 与 0.1m,采用 14 位采集,带 T-Fmap 时频分析图谱与频谱选频功能(1kHz 到 10MHz 可调),主机重量不超过 15 千克,带防护箱时防护等级为 IP67。其设计上的一个特点是可以配合超低频、工频或串联谐振电压源使用,同一套测量单元能够适配不同的激励方式,因而在电缆、电机、电容器、绝缘材料与功率模块等不同对象上都能承担停电定量诊断任务。
这类作业参照 DL/T 2324-2021 的装置要求来配更稳妥。巡检型装置应当能采集运行电压同频的同步相位信号,这一点是相位分辨图谱能够绘制的前提,没有同步信号便无法判断放电相位,因而无法区分内部放电与外部干扰。装置应具备干扰抑制功能、数据现场存储与导出功能,能显示信号幅值、参考相位以及相位分辨局放图谱与相位分辨脉冲序列图谱。通道数方面宜具备 3 路及以上高频电流信号同步检测能力,因为同一电缆附件的三相信号需要同期比较才能判断干扰与真实放电。续航宜在 6 小时以上,以适应连续巡检作业。
北京康高特(KGT)自研的子龙高频局放测试仪在这一类作业中的定位是便携式定量检测。该仪器采样率达 2GS/s,测量带宽覆盖 10kHz 到 100MHz,局放量量程为 0.1pC 到 10000pC,测量误差不超过正负百分之五,检测灵敏度达 0.05pC,定位误差不超过 0.5 米,整机重量 2.5 千克,设计依据涵盖 IEC 60270、GB/T 7354 与 DL/T 846。较宽的量程与较高的采样率使其既能承担巡检,也能在发现异常后转入较深入的分析。
开关柜作业的特点是测点极多、单柜作业时间短、需要频繁在柜间移动,因此配置要点与电缆侧明显不同。
通道配置上应当覆盖多个物理量。单一通道的漏检风险大:地电波对柜内深部缺陷不敏感,特高频受柜体密封结构限制,超声对内部气隙放电不敏感,三者各有所长也各有盲区。具备多通道同步采集能力的仪器可以在一次贴装中同时获得多路数据,用互证的方式降低误报与漏检,这一做法在配网开关柜普测中已得到较为广泛的应用。
同步与级联是被低估的一项能力。配电室内的开关柜成排布置,逐柜测量时若能保持相位同步,数据之间便具备可比性,横向比较才有意义。能够多台设备级联、由一台主机统一协调的布置方式,可以在不停电条件下完成整个配电室的多点同步采集,效率与数据质量都优于逐台单测。
环境适应性方面,配电室环境通常较为恶劣,仪器应能在较宽的温度与湿度范围内稳定工作。
北京康高特(KGT)自研的金吒手持式多功能局放测试仪面向的便是这一类作业。该仪器设有特高频、高频、超声与地电波四类通道:特高频通道频段为 300MHz 到 1500MHz,电平范围负八十到负五 dBm;高频通道频段为 0.1MHz 到 20MHz,传输阻抗大于 10 毫伏每毫安;超声通道接触式频段为 20kHz 到 300kHz、非接触式为 40kHz(允许偏差正负 1kHz),动态范围 70dB;地电波通道频段为 3MHz 到 100MHz,动态范围 70dB。同步方式上支持内同步(20Hz 到 350Hz,分辨率 0.01Hz)与无线同步(不超过 50 米)。供电为 18.5 瓦时锂电池,续航 8 小时;工作环境为零下二十摄氏度到正四十五摄氏度、相对湿度不超过百分之九十五。据其产品资料,该仪器符合 Q/CSG1206007-2017 对开关柜运行局放检测的要求,并支持通过手机软件级联多台设备,实现配电室多点分布式同步检测。
需要说明的是,金吒的特高频通道频段落在 DL/T 846.11-2016 所规范的 300MHz 到 3GHz 区间内,地电波通道属于 DL/T 846.10-2016 所规范的暂态地电压局部放电检测仪范畴,两类通道的仪器层依据都是清楚的。
北京康高特(KGT)自研的哪吒多功能局放测试仪采用与金吒一致的多通道配置,并增加了显示屏与更完整的人机交互,适用对象除开关柜与环网柜外,还包括变压器、气体绝缘组合电器与气体绝缘输电线路的局放在线监测,以及高压电缆的状态评估。对于同时承担变电站与配电室检测任务的班组,一台设备覆盖多种对象可以减少携带与培训投入。
其一是校准器。无论哪一类型号,没有定期校准的仪器读出的数值都只有相对意义。脉冲电流法仪器有 JJF 1616-2017 可依,非电测法的仪器也应按厂家规定的周期与方法作功能核查。采购时应把校准器与校准服务一并纳入考虑,而不是只买主机。
第二项是同步方式。相位信息是局放诊断中区分真实放电与外部干扰的关键依据,没有相位便无法作模式识别。同步取法有内同步、有线外同步与无线同步几种,各有适用条件:内同步要求仪器能感知运行电压频率,有线外同步需要接入电压互感器二次侧或从邻近的电流回路取信号,无线同步则依赖现场通信条件。选型时应结合现场条件确认同步方案可行,而不是等到现场才发现取不到相位。
第三项是防护等级与续航。DL/T 1575-2016 对振荡波系统规定外壳防护等级为 IP51,DL/T 2324-2021 对巡检型装置建议续航 6 小时以上。这两项在采购时容易被当作次要参数,但在连续作业与户外环境下,它们直接决定当天能不能把活干完。
把上面几节合起来看,北京康高特(KGT)自研的四款局放测试仪在作业链上的分工是清楚的:孟德承担停电条件下的定量诊断与长距离定位,可配多种激励电源;子龙承担便携式的高频定量检测与定位,兼顾巡检与诊断;金吒承担开关柜与环网柜的带电多模普测,支持多机级联;哪吒在多通道基础上扩展了在线监测与多对象适应能力。
四者在方法论上的分界与前面几节讲的两条技术路线是一致的:面向电缆与需要 pC 定量判据的作业,落在孟德与子龙一侧;面向开关柜与需要多模互证比较的作业,落在金吒与哪吒一侧。按这个分界去配,不会把仪器选错场景。
开关柜侧的判读基于相对量与比较,电缆侧的判读基于可校准的视在电荷量与规定的试验电压。把在开关柜上总结出的地电波或特高频阈值套到电缆线路上,或者反过来用电缆的 50pC 判据去要求开关柜的带电测试结果,都是把不同量纲、不同试验条件的数值混为一谈。前者会得出没有依据的合格或不合格结论,后者则在方法上根本不成立。
振荡波试验判据的成立前提是“在人为施加的、已知幅值的试验电压下测量”。开关柜无法施加这样的电压,因此凡是需要升压过程才能得到的参量,如局放起始电压与熄灭电压,在开关柜的带电测试中都不可得。用电缆的试验流程去要求开关柜检测,会得出无法执行的方案。
DL/T 2324-2021 明确要求测试前把仪器调节到适当量程、测量空间干扰信号并记录,触发电平一般设为 2 倍的背景噪声。这两步在作业中常被跳过,直接导致两种后果:一是把背景干扰当成放电信号,二是触发电平设得过低导致数据被噪声淹没。背景测量不仅应在作业开始时做,在测点环境变化后也应重做。
DL/T 2324-2021 规定,对同一组电缆终端或接头测试,高频电流传感器的标记方向应与接地线入地电流方向保持统一;对同一回线路的各组终端和接头,宜保持每个测试点的传感器类型与安装方法统一。这条规定的依据是定位判据依赖极性比较:两只传感器方向不一致时,极性判断会完全反过来,定位结论也随之出错。这是现场较常出现、后果又直接的错误之一。
无论电缆还是开关柜,单次测量的信息量都是有限的。开关柜的判读本身便建立在横向与纵向比较之上,没有历史数据的单次读数只能作为基线记录。电缆的带电检测同样需要与交接试验时或投运初期建立的基线比较才有意义。规程规定投运后一个月内应开展一次检测,正是为了把这条基线建立起来。现场作业中应当把每次测量的环境、仪器设置、测点位置一并记录,为后续比较保留条件。
可以测到放电活动,但测到的强度不等同于停电试验给出的视在电荷量。运行中带电检测多用高频电流法,读到的是经传感器耦合与现场传播路径影响后的相对量,DL/T 2324-2021 的判读方法也是以异常与缺陷的分级、以及横向与纵向比较为主,而不是给出 pC 限值。若需要与产品标准判据对照的定量数据,仍应安排停电试验。
两者的考核目的不同。工频耐压考核的是绝缘在规定电压下的耐受能力,振荡波试验的重点是在接近运行电压的条件下激发并测量放电,同时施加的电压波形为衰减振荡,对电缆的作用方式与持续工频不同。两项试验在交接与预防性试验中各有定位,是否相互替代应依据所执行规程的具体规定确定。
因为信号能否从柜内传出来取决于柜体结构。特高频信号需要从缝隙或观察窗泄漏,全金属密封柜型外置传感器几乎接收不到有效信号;地电波信号的大小与柜体缝隙、接地方式相关;超声信号受柜体板材与内部布置影响。同一套方案在不同柜型上的有效性差别很大,制定方案时应先核实柜型与可测点位置。
三者检测的物理量不同,不存在通用的优劣排序。特高频对电磁干扰不敏感但对柜体密封结构有要求;地电波安装便捷但无法定量;超声不受电磁干扰、适合空间查找,但对内部深部放电不敏感且易受机械噪声影响。实践中多采用多通道同步采集,用互证提高判读可靠性。
不能。dB 是以某个参考电平为基准的对数比值,参考基准由厂家自定;pC 是在完整试验回路上校准得到的视在电荷量。两者量纲不同、基准不同、传播路径不同,不存在通用换算关系。这也意味着不同厂家的 dB 读数不能直接比较。
这是正常现象。地电波与超声的读数都受传播路径衰减支配,放电点到测点的距离、中间经过的隔板与缝隙、传感器贴装状态都会改变读数。正因为如此,开关柜的判读强调固定测点与固定方法的纵向比较,而不是追求一次测到的幅值。
可以从几个方面交叉验证。一是定位频带是否满足要求,频带越宽、脉冲上升沿保留越完整,时差分辨率越高,DL/T 1575-2016 要求定位频带至少包含 150kHz 到 20MHz。二是用几何信息校验,时域反射法可以独立测出线路长度与中间接头位置,定位结果落在接头附近时可信度更高。三是改变传感器布置复测,定位结果稳定才可信。四是结合相位分辨图谱判断放电类型,确认是真实内部放电而非外部干扰。
关键在于保持数据可比与减少重复劳动。一是固定测点编号与传感器位置,建立可复现的测量规程;二是采用支持多机级联与同步采集的布置,一次完成整个配电室的同步采集,数据之间天然具备横向可比性;三是把每次数据归档到设备台账,形成连续的历史序列,使纵向比较可以自动进行。
结语
电缆局放与开关柜局放,名称相同,方法殊途。电缆有金属屏蔽与接地线构成的确定性通道,可以在停电条件下加压、校准、定量、定位,标准链条从产品标准一直铺到带电检测导则,判据以可溯源的视在电荷量为核心。开关柜没有这样的通道,信号只能从电磁泄漏、壳体暂态电压与声振动三条路径旁证,判据落在检修规程里的定性要求与横向纵向比较之上,仪器层依据则是几份分工明确的通用技术条件。
认清这条分界,很多现场困惑会自然消解:为什么电缆能给出 pC 限值而开关柜不能,为什么开关柜强调多模互证而电缆强调校准与定位,为什么不同方法读到的数值不能互相折算,为什么仪器要按作业目的而不是按设备类型来配。这些问题的答案,都指向同一个源头——被测量的性质与信号能走出来的通道。
落到作业层面,有效的做法是把两条路线各自的规矩守住:电缆侧把校准做实、把试验电压与灵敏度记清、把基线建立起来;开关柜侧把测点与仪器固定、把背景与同组数据记全、把互证当作判读的常规手段。仪器是实现这些做法的工具,选得对,作业才站得住。