斷路器局部放電測試系統(tǒng)開發(fā)

斷路器局部放電測試系統(tǒng)開發(fā)

國網(wǎng)杭州供電公司 錢少鋒

浙江省電力公司 王 文

【摘要】傳統(tǒng)局部放電檢測方法由于其檢測信號頻率低、易受外界干擾、且需停電，難以應(yīng)用于現(xiàn)場帶電檢測。結(jié)合現(xiàn)場情況，開發(fā)了一套局部放電測試及數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，為帶電設(shè)備運行狀況提供了一種準(zhǔn)確、有效的檢測手段。經(jīng)局部放電檢測實驗表明系統(tǒng)的實用性，大大提高斷路器測試和管理的自動化水平。

【關(guān)鍵詞】斷路器；測試；管理系統(tǒng)；開發(fā)

1.引言

斷路器在電力系統(tǒng)中承擔(dān)切斷故障電流的重要作用，六氟化硫（SF6）氣體為絕緣介質(zhì)的斷路器在電力系統(tǒng)中的大量應(yīng)用，大大提高了電力系統(tǒng)運行可靠性。然而由于運行環(huán)境惡劣以及隨著運行時間的變化，SF6斷路器難免出現(xiàn)以局部放電為主要特征的絕緣性能劣化問題。對斷路器進(jìn)行局部放電在線監(jiān)測是一種重要技術(shù)保障手段，近年來出現(xiàn)的超高頻（UHF）法，由于其具有抗干擾能力強(qiáng)、靈敏度高等優(yōu)點，在局部放電監(jiān)測中的得到廣泛應(yīng)用[1-3]。英國、德國等許多歐洲國家均已采用超高頻（UHF）檢測局部放電的方法，2000年新修訂的IEC60270及IEC605l7標(biāo)準(zhǔn)中[4-7]，已將這種方法作為斷路器和GIS設(shè)備局放檢測的主要方法之一。本文在基于超高頻法的電氣設(shè)備局部放電監(jiān)測系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，對SF6斷路器進(jìn)行了現(xiàn)場帶電監(jiān)測，并利用DELPHI和SQLserver2000開發(fā)了數(shù)據(jù)分析管理軟件，實現(xiàn)了對局部放電數(shù)據(jù)的有效管理。

2.電氣設(shè)備的局部放電特點

局部放電所產(chǎn)生電磁波的頻譜特性與放電源的幾何形狀及放電間隙的絕緣強(qiáng)度有關(guān)。SF6氣體或絕緣油所產(chǎn)生的脈沖電流波形，則具有納秒級的脈沖陡度，脈沖持續(xù)時間也介于1ns～100ns之間，因此可產(chǎn)生大量的頻率在300MHz以上的超高頻電磁波信號。而UHF檢測技術(shù)，則是在300MHz～1500MHz寬頻帶內(nèi)接收局部放電所產(chǎn)生的超高頻（UHF）電磁脈沖信號[8-9]。由于UHF信號傳播時衰減很快，故被測設(shè)備外部的UHF電磁干擾信號（如空氣中的電暈放電）不僅頻帶比設(shè)備內(nèi)部的局部放電信號窄，其強(qiáng)度也會隨頻率增加而迅速下降，到達(dá)被測設(shè)備附近或內(nèi)部的UHF分量相對較少，從而可避開絕大多數(shù)的空氣放電脈沖干擾[10]。

3.UHF局部放電測試系統(tǒng)構(gòu)成

計算機(jī)與示波器GPIB接口相連，按照通信協(xié)議可以接收采集到的數(shù)據(jù)，進(jìn)一步進(jìn)行綜合分析和管理。軟件系統(tǒng)功能框圖如圖2所示。

圖1 軟件系統(tǒng)功能框圖

整個系統(tǒng)功能上可分為兩部分：

（1）數(shù)據(jù)綜合分析功能：包括采集到數(shù)據(jù)預(yù)處理、放電位置確定、放電特征提取和放電結(jié)果分析等。

（2）數(shù)據(jù)管理功能：包括分析結(jié)果存儲、修改、查詢和刪除等，并可以將數(shù)據(jù)（包括圖像）以報表和Excel的形式輸出，輸出文件的路徑由用戶自己設(shè)置。

系統(tǒng)在中文Windows操作平臺下構(gòu)建，人機(jī)交互界面友好，主程序采用Delphi可視化編程，后臺關(guān)系數(shù)據(jù)庫選擇SQL Server2000。

4.斷路器局部放電測試及分析管理

4.1 現(xiàn)場測試試驗

在現(xiàn)場進(jìn)行了檢測，如圖2所示：

圖2 異常部位圖

4.2 局部放電的特征

在測試過程中發(fā)現(xiàn)，所測信號圖譜基本一致，并具有以下特征：

圖3 現(xiàn)場測試示意圖

圖4 信號圖譜

由操作示波器初步確定有放電信號后，測試結(jié)束后由GPIB通信卡通信，主動傳到計算機(jī)中，計算機(jī)軟件進(jìn)一步對數(shù)據(jù)處理和管理。

4.3 放電類型分析

超高頻測試發(fā)現(xiàn)存在明顯放電信號，通過軟件處理發(fā)現(xiàn)，幅值最大2.27mV，折算成放電信號約為2308pC，放電明顯分布在1、3象限，3象限數(shù)據(jù)明顯較大，分析認(rèn)為是尖端放電。如圖5和圖6所示。

圖5 放電相位特征圖

超高頻測試多處發(fā)現(xiàn)144處也存在明顯放電信號，幅值最大0.7mV，折算成放電信號約為700pC，放電明顯分布在1、3象限，3象限數(shù)據(jù)明顯較大。經(jīng)軟件分析認(rèn)為是尖端放電，如圖10所示。

圖6 尖端放電

測試員通過現(xiàn)場分析認(rèn)為：GIS側(cè)靠近101Ⅱ母處存在明顯放電信號，分析為尖端放電，建議盡早處理。

4.4 分析結(jié)果及建議

在試驗電壓達(dá)到53kV時，局放現(xiàn)象重現(xiàn)，當(dāng)試驗電壓達(dá)到64kV時，局放信號幅值大于200pC。當(dāng)電壓達(dá)到48kV時，局放現(xiàn)象重現(xiàn)，當(dāng)試驗電壓達(dá)到64kV時，局放信號幅值大于300pC，故建議對此部分的進(jìn)行停電檢修。

4.5 數(shù)據(jù)管理的實現(xiàn)

利用SQL SERVER管理分析結(jié)果，在數(shù)據(jù)庫中管理高壓斷路器的各種信息數(shù)據(jù)庫，除基本操作外還增加數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計功能，以報表和Excel表格方式輸出功能。

（1）數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建

數(shù)據(jù)庫設(shè)計是系統(tǒng)設(shè)計的核心，數(shù)據(jù)庫由數(shù)據(jù)表組成，主要數(shù)據(jù)表如下：

1）斷路器基本信息數(shù)據(jù)表

記錄高壓斷路器的基本信息，表的結(jié)構(gòu)和主要字段為：斷路器編號、類型、制造廠、型號、電壓等級、出廠時間和投運時間。在軟件開發(fā)的時候統(tǒng)一了字段類型，如規(guī)定斷路器編號格式為“FH-0001”，各種時間格式都設(shè)置為“年-月-日”的標(biāo)準(zhǔn)格式，比如“2010-02-03”，這樣既減少了操作人員的工作量又統(tǒng)一了格式，方便數(shù)據(jù)對比。

2）斷路器信息數(shù)據(jù)表

每次對運行的斷路器進(jìn)行監(jiān)測后，都要將大量的信息錄入到該數(shù)據(jù)表中，將“斷路器編號”設(shè)置為主鍵，數(shù)據(jù)字段包括原始數(shù)據(jù)分析結(jié)果、主要頻譜含量、放電類型、處理建議。此外數(shù)據(jù)表字段加入測試日期、測試人員、天氣情況。由主鍵建立其與“斷路器基本信息數(shù)據(jù)表”的聯(lián)系，實現(xiàn)數(shù)據(jù)表的聯(lián)合管理。

（2）數(shù)據(jù)庫操作

對數(shù)據(jù)庫的操作主要包括與數(shù)據(jù)庫的連接、信息的錄入、修改、查詢等操作，Delphi采用ADO方式操作數(shù)據(jù)庫，主要涉及到數(shù)據(jù)集、數(shù)據(jù)源和數(shù)據(jù)感知控件3大類?？芍苯诱{(diào)用ADOQuery或ADOTable組件相應(yīng)的“方法”，也可編寫ADOQuery組件的SQL查詢命令，本系統(tǒng)在歷史數(shù)據(jù)查詢界面設(shè)置了5個查詢選項：變電站名、斷路器類型、測試人員、測試時間段。在程序中執(zhí)行這些查詢條件的SQL查詢語句，然后將查綜合詢到的結(jié)果顯示到DBgrid數(shù)據(jù)組件中，最后得到數(shù)據(jù)的查詢結(jié)果。

（3）數(shù)據(jù)庫的安全性

數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能可以對于管理系統(tǒng)的安全機(jī)制，系統(tǒng)設(shè)置了用戶管理權(quán)限模塊，系統(tǒng)使用的用戶權(quán)限分為：管理員、操作員和公共用戶。公共用戶權(quán)限最低，只有查看、打印輸出的權(quán)限；操作員進(jìn)行斷路器數(shù)據(jù)的維護(hù)和試驗數(shù)據(jù)的錄入操作；管理員具有最高的權(quán)限，可以執(zhí)行所有操作。用戶表結(jié)構(gòu)為：用戶名、密碼、權(quán)限級別。所有模塊由后臺的數(shù)據(jù)庫有機(jī)的結(jié)合在一起，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的管理。

5.結(jié)論

超高頻局放測量技術(shù)彌補(bǔ)了目前GIS設(shè)備預(yù)防性試驗方法的不足，使得對斷路器的局部放電檢測更加的方便快捷。結(jié)合變電站實際情況和現(xiàn)有的測試設(shè)備，開發(fā)了一套斷路器局部放電數(shù)據(jù)分析管理系統(tǒng)，并通過利用超高頻對SF6斷路器的現(xiàn)場帶電局部放電檢測，證明了整個測試系統(tǒng)滿足測試現(xiàn)場需求，大大提高了斷路器局部放電測試和數(shù)據(jù)管理的效率。

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作者簡介：錢少鋒（1980—），男，碩士，工程師，現(xiàn)供職于國網(wǎng)杭州供電公司，主要從事電力系統(tǒng)運維工作。