配電設(shè)備分布式局部放電感知技術(shù)的實現(xiàn)方法

趙守成

摘要：電力設(shè)備具有多種功能，其中遮蔽功能、隔離功能、絕緣功能和控制保護功能均需依靠絕緣結(jié)構(gòu)來直接或間接輔助實現(xiàn)，因此絕緣技術(shù)在電力設(shè)備中的重要性不言而喻。對于短期內(nèi)可以發(fā)現(xiàn)的絕緣缺陷，如絕緣安全凈距不足、絕緣部件表面光潔度、表面裂紋等缺陷可以在產(chǎn)品制造中通過測量、試驗來發(fā)現(xiàn)并進行規(guī)避，但是對于短期不容易造成危害的局部放電問題在配網(wǎng)設(shè)備的生產(chǎn)、運行過程中還沒有引起足夠的重視。本文基于配電設(shè)備分布式局部放電感知技術(shù)的實現(xiàn)方法展開論述。

關(guān)鍵詞：配電設(shè)備;分布式局部放電;感知技術(shù);實現(xiàn)方法

引言

常用的域和頻率分析方法包括傅里葉變換（FT）、Wigner城市分布方法和形狀小波方法。實際上，開關(guān)柜局部放電和外部干擾信號是典型的非軟信號，需要在特性分析中進一步分析信號的時間和頻率。小波變換不同于短傅里葉變換，后者是可自定義的頻率窗口。對于高頻率，請使用窄窗;對于低頻率，請使用寬窗，以充分利用自適應(yīng)分辨率的概念。為此，本文采用小波轉(zhuǎn)換方法對開關(guān)柜局部放電和外部干擾信號進行了頻域分析。

1局部放電傳輸原理

（1）金屬外殼局部放電時，放電首先積聚在靠近放電點的金屬容器內(nèi)部，產(chǎn)生電脈沖并向所有方向傳輸。（2）高速電流只在線路表面極薄的區(qū)域內(nèi)傳輸。（3）電流脈沖在金屬外殼內(nèi)傳輸，最終導(dǎo)向金屬外殼開口、連接器、蓋等處的孔，同時在金屬上產(chǎn)生暫態(tài)跨度信號（TEV）。（4）金屬密封的內(nèi)部放電是一個短時間放電開關(guān)，設(shè)備局部充電的輸電線路中的元件不被視為中心參數(shù)，而是其電氣特性由其配電容量c和l決定的分布參數(shù)。CBMTS-1000D配電裝置運行狀況檢查包是一家以技術(shù)為基礎(chǔ)的老企業(yè)，其基礎(chǔ)是消化和保護國外現(xiàn)代技術(shù)以及電力公司在配電裝置和配電裝置運行狀況修復(fù)方面的經(jīng)驗。它總結(jié)了近年來在設(shè)備開發(fā)和現(xiàn)場應(yīng)用等相關(guān)領(lǐng)域取得的成果和發(fā)現(xiàn)，以便對配電裝置進行運行狀況檢查。優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計，包括優(yōu)化功能配置、靈活應(yīng)用配電裝置狀態(tài)檢查、高度統(tǒng)一的存儲、聚合、共享、分析和應(yīng)用質(zhì)量數(shù)據(jù)，以及基于全面分析結(jié)果的配電裝置狀態(tài)修復(fù)綜合、靈活和高效建議整個系統(tǒng)由運行在業(yè)界加固平板電腦上的CBMTS1000D配電裝置組成。其中包括先進的平臺軟件和多個智能、按需和臨時電壓傳感器，以及可現(xiàn)場配置的超聲波、紅外傳感器和超頻傳感器。平板電腦和智能傳感器設(shè)備之間的通用USB連接允許對傳感器設(shè)備進行控制、供電和質(zhì)量數(shù)據(jù)收集。

2開關(guān)柜局部放電檢測技術(shù)應(yīng)用

開關(guān)柜是配電網(wǎng)中的重要開關(guān)設(shè)備。由于電、熱、化學(xué)等因素的影響，電氣設(shè)備在長期運行中會發(fā)生絕緣劣化，進而發(fā)生局部放電。當(dāng)開關(guān)設(shè)備內(nèi)部發(fā)生局部放電時，電荷迅速移動，產(chǎn)生高頻電流并輻射電磁波。電磁波將通過開關(guān)設(shè)備表面上的間隙泄漏出去，并繼續(xù)在空氣中和開關(guān)設(shè)備表面上傳播。因此，電磁信號可以通過TEV檢測方法進行檢測，達到無創(chuàng)檢測局部放電的目的。然而，由于外部電磁波對開關(guān)設(shè)備工作場所的嚴重干擾，影響了TEV檢測法局部放電檢測的準確性，導(dǎo)致開關(guān)設(shè)備局部放電評估不準確。10kV金屬封閉開關(guān)設(shè)備廣泛應(yīng)用于變電站，其安全穩(wěn)定運行直接影響電網(wǎng)供電可靠性。因此，開關(guān)柜運行狀態(tài)的檢測是保證開關(guān)柜設(shè)備安全可靠運行的關(guān)鍵。目前，開關(guān)設(shè)備局部放電的檢測方法主要有瞬態(tài)電壓接地法（TEV法）和超聲波法、超高頻法（UHF）[3-5]等。目前廣州電網(wǎng)將暫態(tài)對地電壓（TEV）和超聲波法作為開關(guān)柜局部放電預(yù)防性試驗的主要技術(shù)手段，采取每年一次的檢測周期定期開展。1）TEV檢測與超聲檢測技術(shù)是兩種快速判斷開關(guān)柜絕緣狀態(tài)的技術(shù)手段，其對不同缺陷類型的靈敏度存在差異。對于內(nèi)部絕緣缺陷，超聲檢測的靈敏度較低，主要原因是超聲信號在固體中衰減較快。2）UHF法檢測可實現(xiàn)對缺陷類型的判別，利用UHF信號到達開關(guān)柜不同檢測點的距離之間的時間差可實現(xiàn)放電源的定位。3）開關(guān)柜內(nèi)發(fā)生局部放電后產(chǎn)生的UHF信號，在柜體內(nèi)傳播，不同檢測點測試的相位特征相似，幅值隨著距離衰減，可根據(jù)以上特征判斷放電源的個數(shù)且初步定位局放源的位置。4）開關(guān)柜內(nèi)發(fā)生局部放電檢測時，產(chǎn)生的暫態(tài)對地電壓信號在設(shè)備內(nèi)傳播，可根據(jù)TEV信號到達的時差判斷局部源的位置。5）開關(guān)柜局部放電檢測的技術(shù)對不同缺陷的靈敏度不同，在故障缺陷診斷時應(yīng)綜合采用聲電聯(lián)合的檢測技術(shù)。

3暫態(tài)地電壓法

暫態(tài)地電壓檢測法是采集的電氣設(shè)備在局部放電時，在裝置的金屬表面對地出現(xiàn)的一個持續(xù)納秒級的暫態(tài)電壓脈沖信號。通過其讀數(shù)的大小來判斷局部放電的嚴重程度，并由電磁波的衰減特性來對設(shè)備內(nèi)部局部放電情況進行檢測和定位。電容耦合式探測器可以對裝置金屬表面檢測，記錄瞬間電壓脈沖的幅值。經(jīng)過兩個電容耦合探測器的數(shù)據(jù)比較，可以由時差法計算出局部放電的準確地點。JohnReeves在上世紀七十年代發(fā)覺了這些電壓脈沖，并取名為暫態(tài)對地電壓。國內(nèi)對暫態(tài)地電壓檢測技術(shù)研究比較先進的是西安交通大學(xué)，他們研究了不同電極模型下開關(guān)柜局部放電的放電特征。但由于檢測位置經(jīng)常受限于開關(guān)柜的構(gòu)造以及縫隙等，暫態(tài)地電壓檢測法難以做到定位的精準。此外，雖然暫態(tài)地電壓法檢測技術(shù)可以檢查出開關(guān)柜體內(nèi)部的放電故障，但由于開關(guān)柜的數(shù)量多，種類繁雜，結(jié)構(gòu)繁瑣，并且通常緊湊型的設(shè)備不可以裝配固定的大型檢測設(shè)備。更重要的是，基于暫態(tài)地電壓法的局部放電監(jiān)測設(shè)備的成本太高，而開關(guān)柜設(shè)備的造價較低，兩者之間不成比例。因此，開關(guān)柜設(shè)備不能像變壓器等設(shè)備一樣在線監(jiān)測，只能通過帶電檢測的方法來進行研究。因此，暫態(tài)地電壓法還需要一定的改進，比如在檢測周期和數(shù)據(jù)分析處理方面必須深度地確定。

結(jié)束語

局部放電是發(fā)生在運行中的電力設(shè)備導(dǎo)體與接地體之間的絕緣部件中，此種放電發(fā)生在局部小范圍內(nèi)，正常運行時短期不會造成主絕緣的擊穿，發(fā)生局部放電時，多伴隨著電脈沖、超聲波、電磁輻射、光、局部發(fā)熱等現(xiàn)象。每一次局部放電對絕緣部件性能都會有一些影響，輕微的局部放電對電力設(shè)備絕緣的影響較小，絕緣強度的下降較慢;而強烈的局部放電，則會使絕緣強度很快下降，縮短設(shè)備的使用壽命。從開關(guān)設(shè)備長期運行的故障數(shù)據(jù)統(tǒng)計來看，局部放電導(dǎo)致的絕緣損壞已經(jīng)成為高壓電力設(shè)備故障的一個重要因素。因此，在產(chǎn)品設(shè)計制造過程中需要嚴格控制產(chǎn)品的局部放電水平并在設(shè)備運行維護中加以重視。

參考文獻

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