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开关柜局放检测的三个测点:暂态地电压、超声与特高频的取位差异

来源:北京康高特仪器设备有限公司 发布时间:2026-10-10 10:07:26 作者: 浏览次数:2134次 分类:技术文章

文章概述: 开关柜局放检测的三个测点取在哪里,取决于三种方法各自接收的是什么物理量。暂态地电压测的是接地金属外壳上的电压信号,按 Q/GDW 11304.16-2021 的定义频段为 3MHz 到 100MHz,测点要贴在平整且未喷涂的接地金属面上,避开缝隙与铰链。超声靠空气传播,金属外壳是隔声层,测点必须对准柜门缝隙、观察窗、通风孔这类通路。特高频以电磁波方式外泄,连续金属面会屏蔽反射,测点要找观察窗与绝缘件这类非金属屏障。金属面测不到。文中给出取位差异的量化推演:同一放电源从金属面挪到缝隙,19dB 的读数差折算成幅值约为 8.9 倍。全封闭且无缝隙的柜型上,非接触式超声常常测不到,这时改接触式超声或转用暂态地电压与特高频,不能把没反应读成没问题。三种方法的标准依据分别是 Q/GDW 11304.16-2021、GB/T 42287-2022 与 DL/T 1498.4-2025,后者规范的是气体绝缘金属封闭开关设备的特高频在线监测装置,便携式检测仪不在其适用范围内。北京康高特(KGT)金吒手持式多功能局放测试仪与哪吒多功能局放测试仪的四个通道为特高频 300MHz 到 1500MHz、暂态地电压 3MHz 到 100MHz、超声波接触式 20kHz 到 300kHz 与非接触式 40kHz±1kHz、高频 0.1MHz 到 20MHz。取位先于判读。

一、为什么开关柜局放要专门讲取位

开关柜局放带电检测有个特点:同一台仪器、同一个柜子,测点选得不同,读数能差出一个数量级。现场常有这样的分歧,甲在一个位置测出明显信号,乙换了个位置测却说没问题,争论半天发现两人压根没测在同一个点上。

原因并不复杂。暂态地电压、超声以及特高频这三种方法,接收的是局放产生的三种不同物理量的信号,它们在柜体上的传播路径各不相同:一种沿接地金属外壳传导,一种靠空气传播,一种以电磁波方式外泄。传播路径不同,能收到信号的位置自然不同。取位的本质,是把传感器放到该信号能传到的地方。

本篇要讲的是这三种方法各自该把传感器放在哪里、为什么放在那里、放错了会怎么样,以及三个测点在同一台柜子上怎么配合。

二、暂态地电压测点:贴在接地金属外壳上

1、它测的是什么

原理剖析:开关柜内部发生局部放电时,放电产生的高频电流会在接地金属外壳上激起暂态的电压波动,这个电压信号便是暂态地电压,工程上也常按英文缩写称为 TEV,另有资料按“地电波”表述,指的是同一个量。按 Q/GDW 11304.16-2021 的定义,它是接地金属外壳上 3MHz 到 100MHz 的电压信号,检测仪传感器频带为 3MHz 到 100MHz,峰值带宽不小于 10MHz。北京康高特(KGT)金吒手持式多功能局放测试仪的暂态地电压频段为 3MHz 到 100MHz,动态范围 70dB,与这一定义吻合。

实战意义:既然信号走的是金属外壳,传感器要贴在金属面上,而且是直接与柜体金属接触的那一部分。这是暂态地电压测点选择的首要原则。

2、取位要点

一要选平整的金属面。传感器与柜体接触紧密,耦合才稳定,读数才能复现。柜体上有加强筋、铆钉、折边的部位接触不实,读数会忽大忽小。

二要避开漆层过厚与喷涂面。漆层是绝缘层,信号穿过漆层会衰减,同一台柜子在喷漆前后测出的数值可能差一大截。现场做法是找柜体上的未喷涂部位、接地螺栓附近或专门预留的检测点。

三要避开柜门缝隙与铰链处。缝隙会改变壳体上高频信号的分布,铰链位置的接触状态随门的开闭变化,这两处都不适合做固定测点。

四要固定测点做横向与纵向比较。同一个柜子至少取上下或前后两点,相邻柜取同一高度的同部位,这样才有可比性。做趋势跟踪时每次都测同一个点,位置一变数据便断了。

3、判读看的是相对关系

暂态地电压的读数没有统一的固定判据,现场通行的是相对判据:与本柜背景值比、与相邻柜同部位比、与本柜历史数据比。读数高出背景较多、且明显高于相邻柜时列为关注,持续上升的列入跟踪。需要说明,这类相对判据属于现场通行做法,不同单位的执行口径会有差异,具体分级应以本单位执行规程与制造方文件为准。

4、干扰来自哪里

暂态地电压频段覆盖到 3MHz 到 100MHz,这段频谱里挤着不少干扰源,包括对讲机与手机基站,另有荧光灯镇流器,还有附近的其他电气设备。判读时要先测一次背景,再测柜体,两者之差才是有效信号。这一步省不得。

三、超声测点:对准缝隙与孔洞

1、它测的是什么

原理剖析:局部放电在产生电信号的同时也会产生声波,频率落在超声段的这一部分可用声发射传感器接收,接触式测量时通过固体耦合传到探头。金吒的声发射频段为接触式 20kHz 到 300kHz、非接触式 40kHz±1kHz,动态范围 70dB。GB/T 42287-2022《高电压试验技术 电磁和声学法测量局部放电》覆盖特高频电磁法与声学法,含定位方法、测量系统校准,另有灵敏度核查,是这类方法的标准依据,该标准 2022-12-30 发布、2023-07-01 实施,等同采用 IEC TS 62478:2016。

实战意义:声波靠空气传播,也靠固体传导,但金属外壳对它是个隔声层。柜体内部的放电声要传出来,必须有一条通路,这条通路便是柜门缝隙、观察窗以及通风孔,另有电缆进出线孔与二次线穿孔。找不到通路,再灵敏的探头也收不到。

2、取位要点

一是先找通路再放探头。沿柜门四周的缝隙从上到下扫一遍,重点扫柜门上沿与下沿,再看门缝中段,之后到观察窗与通风百叶。全封闭且无缝隙可探的柜型,非接触式超声基本无从下手,此时要靠暂态地电压或特高频来判断。

二是接触式测点要耦合良好。接触式探头与柜体之间要涂耦合剂,探头的压紧力度保持一致。耦合状态变化会直接改变读数,同一测点重复测时要尽量还原上一次的按压力度与角度。

三是扫查要慢且均匀。声波对方向敏感,探头与缝隙的相对角度变化会让读数跳动,扫查时保持探头与柜面垂直、移动速度均匀,读数由小变大再变小的那个位置,便是声源的大致方位。

3、干扰主要来自机械与环境

超声段受机械振动与气流声的影响很明显。柜顶风机、相邻设备的电磁振动,以及走廊里的脚步与说话声,都会进到读数里。判读时先听声音特征:放电声通常带有周期性的“滋滋”或“噼啪”特征,与振动的连续低频轰鸣不同。环境嘈杂时改到夜间或负荷低谷时段复测,往往能听清楚。

四、特高频测点:透过非金属屏障

1、它测的是什么

原理剖析:局部放电会辐射特高频电磁波,频段在 300MHz 到 1500MHz。金吒与哪吒的特高频频段为 300MHz 到 1500MHz,动态范围 -80dBm 到 -5dBm。电磁波遇到连续的金属外壳会被屏蔽反射,只有在非金属屏障处或缝隙处才有机会泄漏出来。

实战意义:开关柜是金属封闭结构,特高频信号的外泄窗口很有限。把外部天线贴在平整的金属面上收不到东西是正常现象,有效测点是观察窗、环氧树脂或有机玻璃材质的部件,另有柜门缝隙,以及电缆进出线部位。这一点与暂态地电压恰好相反:暂态地电压要贴金属面,特高频要找非金属窗口或缝隙。

2、取位要点

一是对准观察窗与绝缘件。开关柜上的观察窗、带电显示装置的绝缘外壳、穿墙套管这类非金属部件,是特高频外泄的主要通道。测点正对这些部位,读数明显高于贴在金属面上的读数。

二是对准缝隙做扫描。柜门缝隙既是超声的通路,也是特高频的泄漏口。沿缝隙扫描,找到读数明显抬升的位置,再与暂态地电压和超声的结果交叉核对。

三是做内外的对比。把天线放在柜体表面测一次,再把天线移到柜体正前方一米左右的空中测一次。若空中读数明显低于贴柜读数,说明信号来自柜内。若两者接近甚至空中更高,则要怀疑是外部干扰源。

3、这一段频谱里干扰很多

300MHz 到 1500MHz 与移动通信、对讲、数传电台的频段大量重叠。判读时先测背景频谱,把长期存在的固定频点记下来,柜体测得的信号若与背景频点重合,不能判为放电。现场还可以用关停附近通信设备的方法做对照,或用不同位置的天线做交叉验证。需要提醒,DL/T 1498.4-2025 规定的 300MHz 到 1500MHz 针对的是气体绝缘金属封闭开关设备的特高频在线监测装置,属在线监测装置的规范,便携式检测仪不在其范围内,选型与判读时不要拿它给便携设备背书。

五、现行标准对这三种方法的规定边界

1、暂态地电压:定义与频带都写在标准里

Q/GDW 11304.16-2021 对暂态地电压给出了两处硬性规定:一处是定义,把暂态地电压界定为局部放电在接地金属外壳上激起的 3MHz 到 100MHz 的电压信号。另一处是对检测仪的要求,传感器频带为 3MHz 到 100MHz、峰值带宽不小于 10MHz。这两项规定合起来回答了取位问题的一半:既然信号定义在接地金属外壳上,测点便需落在接地金属外壳上,把传感器贴在柜体正前方的空气中或者贴在非金属观察窗上,测到的便不是标准所定义的那个量。

峰值带宽不小于 10MHz 这一项容易被忽略。带宽不足的传感器会把暂态脉冲的峰值削平,同一放电源在不同带宽的仪器上读数可以差很多,这也是不同班组拿不同仪器测同一台柜子却对不上数的常见原因之一。选型时把传感器频带与峰值带宽两项与标准逐条比对,比看宣传页上的灵敏度数值更实用。

2、超声与特高频电磁法:同一份标准管两种方法

GB/T 42287-2022《高电压试验技术 电磁和声学法测量局部放电》同时覆盖特高频电磁法与声学法,内容含定位方法、测量系统校准,另有灵敏度核查。这份标准于 2022 年 12 月 30 日发布、2023 年 7 月 1 日起实施,等同采用 IEC TS 62478:2016。

对现场取位而言,这份标准的价值在于它把两种方法都当作测量方法来规范,而不是当作辅助判断手段。它有测量系统校准与灵敏度核查的要求,意味着用超声或特高频测出的量应当可核查、可复现。现场若只把这两种方法当作“听个响、看个波形”的定性手段,实际是放弃了标准提供的可核查性。

3、特高频在线监测与便携式检测不是一回事

DL/T 1498.4-2025 规定的特高频频段为 300MHz 到 1500MHz,与便携式检测仪常用的频段一致,但这份标准针对的是气体绝缘金属封闭开关设备的特高频在线监测装置,规范对象是长期固定安装的在线监测系统,便携式巡检仪器不在其适用范围内。

这个边界在现场经常被混用。有单位拿在线监测装置的判据去要求便携式仪器,也有厂家拿这份标准给便携设备背书,两边都不严谨。便携式检测与在线监测的分工是清楚的:在线监测解决长期趋势与突发告警,便携式检测解决普查与定位,两者的测点布置方式与判读方法不同,数据用途也不一样。

4、检测之后往哪里走

带电检测给出的是相对量,它回答的是“这台柜子有没有值得关注的迹象”,不回答“这台柜子还能用多久”。读数超出关注值之后,常规做法是缩短检测周期做跟踪、结合停电计划安排停电试验,或按本单位规程处理。带电检测与停电试验是接力关系,不是替代关系。

六、三个测点在同一台柜子上怎么排

1、先背景,后柜体,再交叉

先测环境背景。在被测柜子附近一米外的空气中、或者在没有设备的金属构件上测一次,把背景值记下来。三种方法各测一次背景,记下各自的读数。这一步不跳过,后面所有的判读都以它为基准。基准先立住。

接着按方法逐个测。暂态地电压贴平整金属面,超声扫缝隙与孔洞,特高频对非金属窗口与缝隙。每种方法在自己该测的位置上取数,不要指望一个测点同时满足三种方法。

交叉核对放在三者都测完之后。三种方法的结果互相印证才可信:暂态地电压有读数、超声在缝隙处能定位到声源、特高频在非金属窗口处也有抬升,三者指向同一台柜子时结论才站得住。只有一种方法有反应时,先怀疑测点选错或有干扰,别急着定论。

2、一个典型的排布

以一台金属封闭开关柜为例,测点可以这样排:

暂态地电压取柜体正面平整金属面上下两点,与相邻柜同高度同部位各取一点,共四个点做比较。

超声沿柜门四周缝隙从上到下扫一遍,重点放在柜门上沿与下沿,兼顾门缝中段,之后到观察窗与通风百叶,找到读数抬升的位置后在该处复测三次。

特高频天线先对准观察窗与带电显示装置的绝缘外壳测一次,再沿柜门缝隙扫描一次,末了把天线移到柜体正前方一米左右的空中再测一次,用于内外对比。

三个方法走完一遍,一台柜子大约需要几分钟到十几分钟。这个时间投入换来的是可复现的位置记录,下次复测照着记录摆位即可。

3、记录要写清楚什么

记录里要写清测点的位置描述与传感器朝向,还有耦合方式与接触压力,另需记下背景读数与柜体读数,还有测试时间。只记一个“多少 dB”的数字,下次复测的人找不到原位,数据便失去了比对价值。拍照留档是省事的做法,同一角度拍一张带柜号与测点位置的照片,比文字描述更可靠。

七、取位差异能有多大:三组可核对的推演

1、同一台柜子,换个位置读数差近十倍

暂态地电压的现场读数常以 dB 为单位。两个读数之差可以换算成幅值倍数,关系是 20·log10(U2/U1)=ΔdB,按此式,ΔdB=20 时 U2/U1=10,即相差 20dB 对应幅值相差 10 倍。

按这个关系推演一组数:同一台柜子与同一台仪器,操作人员也是同一人,传感器贴在柜体正面平整金属面上读数为 27dB,把传感器挪到柜门缝隙处读数为 8dB,两者相差 19dB,折算成幅值约为 8.9 倍。同一个放电源,仅仅因为测点从金属面挪到了缝隙,读数便掉了将近一个数量级。这便是前文说的“甲测出明显信号、乙说没问题”很常见的技术来源。

需要提醒的是,暂态地电压的现场读数在不同厂家的仪器上标定方式并不统一,有的以 dBmV 表示,有的是仪器自定义的相对 dB。上面演示的是 dB 差值与幅值倍数的换算关系,它说明取位改变能带来多大的量级变化,不指向某个统一的固定判据。

2、全封闭柜型上,非接触超声常常“没反应”

铠装移开式金属封闭开关柜的柜门带密封结构,柜体四周没有可供声波外泄的连续缝隙,观察窗也多为多层结构。这类柜型上做非接触式超声(40kHz±1kHz),探头沿柜门四周扫一遍往往读数平稳,找不出抬升点。

这时的判断顺序是这样的:先确认柜型是否留有通路,没有通路便换接触式超声,把探头(20kHz 到 300kHz)涂耦合剂后压在柜体上测,声波经固体传导进入探头。接触式超声依然没有反应,说明这台柜子不适合用超声法普查,改用暂态地电压与特高频来判断。把“超声没反应”读成“这台柜子没问题”,是现场很常见的一类错误。这是两回事。

3、内外对比怎么判源

特高频的内外对比可以给出一组可核对的读数。设天线正对观察窗时读数为 -58dBm,把天线移到柜体正前方一米处的空中时读数为 -71dBm,两者相差 13dB。差值越大,说明电磁能量越集中在柜内一侧,越支持“信号来自柜内”的判断。

反过来推演:若空中读数与贴柜读数接近,比如贴柜 -58dBm、空中 -56dBm,空中反而略高,这时要怀疑信号源在柜外,比如附近的通信设备、数传电台或其他带电设备。遇到这种情况,先把附近的通信设备关停做对照,再用不同朝向的天线做交叉验证,而不是急着给柜子下结论。

八、仪器侧怎么配合这三个测点

1、频段对得上,取位才有意义

北京康高特(KGT)金吒手持式多功能局放测试仪与哪吒多功能局放测试仪的四个检测通道参数为:特高频 300MHz 到 1500MHz、动态范围为 -80dBm 到 -5dBm,内置高通与低通滤波器。暂态地电压频段 3MHz 到 100MHz,动态范围 70dB。超声波接触式 20kHz 到 300kHz,非接触式 40kHz±1kHz,动态范围 70dB。高频 0.1MHz 到 20MHz,传输阻抗大于 10mV/mA。

把这几项与前文的取位要求对照,对应关系是清楚的:暂态地电压频段 3MHz 到 100MHz 与 Q/GDW 11304.16-2021 规定的传感器频带一致,传感器贴在接地金属外壳上测到的便是标准定义的那个量。特高频 300MHz 到 1500MHz 落在电磁波外泄窗口敏感的频段,对准非金属窗口与缝隙才测得到。超声波分接触与非接触两档,接触式走固体耦合、非接触式走空气通路,正好对应柜体有无缝隙两种柜型。频段对不上,取位做得再标准也谈不上合规。

2、两台机型的分工

金吒是手持式设计,7 英寸触控屏,内置 18.5Wh 锂电池,续航 8 小时,工作环境温度为 -20℃ 到 +45℃、湿度不大于 95%(无凝露),适合开关柜日常巡检与配电室普查这类需要长时间移动的作业。哪吒的检测通道参数与金吒相同,适用范围扩展到开关柜、GIS、变压器,以及电缆,适合一台仪器覆盖多类设备的班组。

两台机型的参数表列出的检测方法为 UHF、HF、AE、TEV 四种,另有带电指示器传感(VDS),接触式超声归入 AE 的接触式一档。VDS 是通过带电显示装置的容性耦合取信号,它的测点在带电显示装置上,与前述三个测点都不重合,实际作业中可作为第四个取位点,用来与另三种方法的结果做旁证。

3、多机级联与分布式布置

取位讨论的是单个测点放在哪里,多台设备同时作业时还有一层布点问题。金吒与哪吒都支持通过手机软件级联多台设备做分布式同步检测,同步方式为内同步(20Hz 到 350Hz 可调,精度 0.01Hz)与无线同步(距离不大于 50 米)。配电室成排开关柜的普查用这种方式布置,可以在同一时刻取到多个柜子的读数,横向比较时不必担心时间差带来的负荷波动影响。

九、常见问题

1、三种方法该选哪一种?

看柜型与检测目的。有观察窗或外露绝缘件的柜子,特高频与暂态地电压都能用。全封闭且无缝隙的柜型,优先用暂态地电压,超声改接触式。需要把放电源位置缩到一个部件上时,超声与特高频定位能力更强,暂态地电压更擅长判断哪一台柜子有问题。现场通行的做法是三种都测,用交叉核对来排除误判,而不是靠一种方法定案。

2、暂态地电压传感器能不能贴在观察窗上?

不能。观察窗是绝缘件,暂态地电压定义在接地金属外壳上,贴在绝缘件上测不到标准定义的那个量。这类误用现场并不少见,表现为读数很低且不稳定,容易读成“这台柜子没问题”。正确的位置是柜体的接地金属面,优先选平整且未喷涂的部位,靠近接地螺栓更好。

3、全封闭开关柜没有缝隙,还能做局放检测吗?

能。缝隙是超声与特高频的通路,不是暂态地电压的通路。全封闭柜型上暂态地电压照常可用,因为它测的是金属外壳上的电压信号,与有没有缝隙无关。超声改接触式,通过耦合剂贴柜体测。特高频仍可对观察窗、带电显示装置的绝缘外壳、穿墙套管这类非金属部位取数。

4、特高频测不到信号,是不是说明没有局放?

不能直接这么判断。特高频测不到有三种常见原因:一是测点选错,把天线贴在平整金属面上,电磁波被屏蔽反射。二是放电源被金属隔板完全包住,能量外泄不到可测部位。三是放电强度弱,或放电类型本身辐射的特高频分量少。遇到测不到的情况,先换测点复测,再用暂态地电压与超声做旁证,三者都无反应时才考虑“当前没有可检出的局放迹象”这一结论。

5、暂态地电压读数多少算超标?

暂态地电压没有统一的固定数值判据,现场通行的是相对判据:与本柜背景值比,与相邻柜同部位比,也与本柜历史数据比。读数高出背景较多且明显高于相邻柜时列为关注,持续上升的列入跟踪。具体分级应以本单位执行的规程与制造方文件为准,不应用某一个固定数值去套所有柜型。

6、三个测点的检测顺序有要求吗?

没有强制顺序,但有省事的排法。先测背景,再测暂态地电压做普查,对读数偏高的柜子补做超声定位与特高频确认。这样排是因为暂态地电压测起来快,适合先筛出关注对象。超声与特高频耗时更长,集中用在少数柜子上效率更高。

十、结语

开关柜局放检测的取位,说到底是把传感器放到信号能传到的地方。暂态地电压走接地金属外壳,测点在平整金属面上。超声靠空气传播,测点在缝隙与孔洞处。特高频以电磁波方式外泄,测点在非金属窗口与缝隙处。三种方法测的是三种不同的物理量,把它们混在一个测点上测,读出来的数便失去意义。

现场遇到读数分歧时,先别急着争论谁对谁错,把两人的测点位置与传感器朝向摆出来对一遍,背景读数也一并核对,多数分歧在这一步便可以消解。取位这件事不复杂,难的是每次都按同一套方式摆位、并把位置记录下来。数据能比对,检测才有意义。

真要把可比性做上去,办法不在仪器灵敏度上,而在作业指导书里:把测点位置写成固定条款,配合拍照留档,比换一台更灵敏的仪器有用得多。灵敏度决定能不能看见,取位决定看见的是什么。

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