基于超聲波與UHF超高頻的變壓器局放重癥檢測系統(tǒng)研究

李廣華

（許繼集團有限公司，河南許昌 461000）

基于超聲波與UHF超高頻的變壓器局放重癥檢測系統(tǒng)研究

李廣華

（許繼集團有限公司，河南許昌 461000）

變壓器是電力系統(tǒng)中重要的組成部分，在其運行的過程中，其內(nèi)部的絕緣系統(tǒng)會發(fā)生局部放電，并產(chǎn)生脈沖，影響變壓器的運行。傳統(tǒng)檢測變壓器局放的方法為油氣分析法和脈沖電流法，但檢測效果并不理想，近年來，變壓器局放重癥檢測中越來越多的采用超聲波與UHF超高頻檢測，具有良好的檢測效果，本文在介紹常用的變壓器局放檢測方法基礎(chǔ)上，分析了基于超聲波與UHF超高頻的變壓器局放重癥檢測系統(tǒng)設(shè)計方法。

超聲波 UHF超高頻 變壓器 局放檢測

變壓器局部放電會對其內(nèi)部的絕緣系統(tǒng)產(chǎn)生一定的損害，嚴重時，降低絕緣系統(tǒng)的性能，引發(fā)變壓器故障。通常，變壓器局放產(chǎn)生時持續(xù)的時間比較短，檢測局部放電時，通過對局放信號的檢測，了解局部放電情況，進而采取相應(yīng)的措施避免局放的危害，保證變壓器的正常運行。超聲波與UHF超高頻聯(lián)合檢測法為近年來興起的方法，具備比較強的抗電磁干擾能力，靈敏度及精度都比較高，可準確的定位故障并識別故障類型。

1 變壓器局放檢測常用方法

1.1 脈沖電流法

變壓器局部放電時，會產(chǎn)生脈沖電流，此種方法中，即是利用電流傳感器對脈沖電流進行檢測，或者是檢測阻抗確定脈沖電流，從而將具體的放電量確定。脈沖電流法為傳統(tǒng)方法中的一種，使用的范圍比較廣泛，不過在使用脈沖電流法進行檢測時，測量的靈敏度、準確度等會受到檢測阻抗及放大器的影響，降低檢測結(jié)果的正確性，同時，測試的頻率通常在1MHz以下，因此，檢測結(jié)果中的信息量比較少，實驗室檢測環(huán)境下，具備較好的靈敏度，但在現(xiàn)場環(huán)境中時，檢測結(jié)果受到的外界干擾程度比較大。

1.2 超聲波檢測法

變壓器局部放電時，會超聲波，在郵箱壁上固定超聲傳感器后，可實現(xiàn)超聲波的接收，依據(jù)超聲波的波形，將局部放電的位置、電流大小確定出來。電氣對超聲波的干擾比較小，在一定程度上保證了檢測結(jié)果的準確定，因此變壓器局部放電檢測中，越來越多的應(yīng)用超聲波檢測法［1］。不過，變壓器內(nèi)部絕緣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性比較高，聲波的衰減、聲速的變化都會受到聲介質(zhì)的影響，限制了超聲波檢測法的應(yīng)用，同時，電磁對超聲傳感器產(chǎn)生的干擾比較大，降低超聲波檢測的靈敏度，還需在應(yīng)用過程中進一步的研究。

1.3 射頻檢測法

在此種方法中，以變壓器中性點為測量點，通過羅哥夫斯基線圈完成信號的測取。射頻檢測法的信號頻率接近30MHz，測量頻率大幅度的得到提升，提升了局部放電檢測的準確性，同時，按照測試系統(tǒng)時，比較簡單，可在現(xiàn)有的電力系統(tǒng)運行方式基礎(chǔ)上實現(xiàn)監(jiān)測設(shè)備的安裝，不過在檢測的過程中，外界干擾對其影響比較大。

2 基于超聲波與超高頻的變壓器局放重癥檢測系統(tǒng)設(shè)計

2.1 檢測方案

在設(shè)計的檢測系統(tǒng)中，包含的組成部分比較多，比如現(xiàn)場傳感器單元、現(xiàn)場信號調(diào)理單元等，各個單元共同作用，完成變壓器局放重癥的檢測。現(xiàn)場傳感器單元包含兩個部分，一部分為UHF超高頻單元，設(shè)置2路，另一部分為超聲波單元，設(shè)置6路，信號調(diào)理單元設(shè)置在每路傳感器中［2］。在信號調(diào)理單元中，包含比較多的信號處理功能電路，比如現(xiàn)場控制電路、光電轉(zhuǎn)換電路等。采集信號時，相互觸發(fā)脈沖信號后，超高速采集系統(tǒng)與低速采集系統(tǒng)同步運轉(zhuǎn)。檢測系統(tǒng)在采集超聲波信號時，為了保證準確性及可靠性，在屏蔽金屬套內(nèi)設(shè)置超聲波傳感器、濾波電路等。超聲波傳感器檢測時，將頻帶設(shè)置為80～300kHz，此時檢測結(jié)果最佳。選擇的超聲波傳感器型號為AE-PD型，此型號具備較高的靈敏度，設(shè)置頻帶寬度時，確定為80～150kHz。變壓器在運行的過程中，各種干擾所產(chǎn)生的頻率均低于400MHz，而在UHF超高頻傳感器中，信號均高于400MHz，在400MHz～1500MHz之間，布置超高頻天線時，選擇內(nèi)置的方式，降低電磁信號對其的干擾。

2.2 調(diào)理與采集電路設(shè)計

第一，緩沖放大電路設(shè)計。變壓器局放類型不同時，信號幅值特性也存在一定的差異，而在程控增益放大器中，以具體的信號幅值特性為基礎(chǔ)，動態(tài)的調(diào)節(jié)反饋電阻網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)閉環(huán)增益［3］。設(shè)計緩沖放大電路時，即采用程控增益放大器，以便于自動的切換局放信號電壓幅值量程測量范圍，將信號幅值特性波動引起的檢測不準確問題有效的解決。集成運算放大器在運行的過程中，運算結(jié)果會受到電子開關(guān)運行噪聲的影響，基于此，電子開關(guān)選擇為繼電器，從而將局放信號方法處理的準確性及可靠性提升。

第二，超高速同步采集電路。光電信號轉(zhuǎn)換完成后，整理電路處理變壓器的局放信號和工頻信號，計算機“采樣啟動”信號傳輸?shù)酱龣z測系統(tǒng)后，控制邏輯對信號進行運算和分析，形成調(diào)控命令，數(shù)據(jù)采樣卡接收到局放信號后，同步采集信號。

第三，同步低速采集電路。超聲波信號、同步電壓信號由多路同步低速采集系統(tǒng)負責，在該系統(tǒng)中，選擇的同步采樣多功能DAQ型號為N1/PXI-6133，可同步實現(xiàn)8路輸入，同時，依照采集的需求，可完成采集、分析及存儲。

2.3 變壓器局放定位方法設(shè)計

定位變壓器局部放電位置時，應(yīng)用超聲波與超高頻傳感器同時進行，超聲波信號為6通道AE-PD，放大器檢測帶寬設(shè)置為80～150kHz，超高頻信號為2通道UHF-PD，放大器檢測帶寬設(shè)置為500～1500MHz。定位時，采用的設(shè)備為超聲波傳感器和超聲陣列傳感器，將局部放電信號接收后，利用FODA算法，完成定位。具體的定位流程如圖1所示。

3 結(jié)語

以超聲波和UHF超高頻技術(shù)為基礎(chǔ)，通過變壓器局放重癥檢測系統(tǒng)的設(shè)計，可有效的檢測變壓器局部放電的部位及電流的大小，進而科學的對其進行處理，保證絕緣系統(tǒng)的可靠運行。

［1］李輝，陳江波，張曦，等.變壓器局放用UHF傳感器的校準方法研究［J］.高壓電器，2014，50（01）∶7-13.

［2］侯慧娟，盛 戈皞 ，苗培青，等.基于超高頻電磁波的變電站局部放電空間定位［J］.高電壓技術(shù)，2012，38（06）∶1334-1340.

［3］劉嘉林，董明，安珊，等.電力變壓器局部放電帶電檢測及定位技術(shù)綜述［J］.絕緣材料，2015，48（08）∶1-7.