便攜式智能局部放電檢測(cè)儀的開(kāi)發(fā)技術(shù)分析

周曉峰，景建鋒，周曉磊，鄭才偉，王洪曉

（國(guó)網(wǎng)河南省電力公司 登封市供電公司，河南 登封 452470）

0 引 言

開(kāi)展局部放電檢測(cè)是電力設(shè)備絕緣缺陷檢測(cè)和診斷的重要手段。目前，局部放電檢測(cè)裝置存在建設(shè)不同步、廠家型號(hào)眾多、精度與可靠性偏差、檢測(cè)數(shù)據(jù)碎片化、共享能力不足、重復(fù)投資大、人工分析數(shù)據(jù)效率及數(shù)據(jù)利用率低等一系列問(wèn)題。為解決存在的問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了便攜式智能局部放電檢測(cè)儀[1]。便攜式智能局部放電檢測(cè)儀應(yīng)用了智能無(wú)線局部放電傳感器、局部放電智能診斷儀以及局部放電數(shù)據(jù)分析診斷軟件中心等，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)變電站現(xiàn)場(chǎng)的多場(chǎng)景局部放電數(shù)據(jù)的在線監(jiān)測(cè)、人工巡檢帶電檢測(cè)以及遠(yuǎn)方局部放電分析系統(tǒng)的實(shí)時(shí)在線交互，極大地提高了變電站局部放電檢測(cè)效率。

1 局部放電的原理及檢測(cè)方法分析

1.1 局部放電的原理分析

局部放電指電氣設(shè)備的部分絕緣區(qū)域受到電場(chǎng)作用而出現(xiàn)的放電現(xiàn)象，但此時(shí)絕緣系統(tǒng)并沒(méi)有出現(xiàn)擊穿。電氣設(shè)備出現(xiàn)局部放電現(xiàn)象的主要原因是電介質(zhì)不均勻，導(dǎo)致絕緣系統(tǒng)各個(gè)區(qū)域承受的電場(chǎng)強(qiáng)度不同。當(dāng)某個(gè)承受電場(chǎng)強(qiáng)度較弱的區(qū)域出現(xiàn)擊穿現(xiàn)象時(shí)，電氣設(shè)備就會(huì)出現(xiàn)放電現(xiàn)象，但是其他未擊穿區(qū)域依然保持著絕緣狀態(tài)[2,3]。電氣設(shè)備的電介質(zhì)出現(xiàn)不均勻的原因有很多，如電介質(zhì)中存在雜質(zhì)、氣泡或者水分等。

1.2 局部放電的檢測(cè)方法分析

電氣設(shè)備局部放電的檢測(cè)方法包括超聲波法、高頻電流法以及特高頻法等，這些檢測(cè)方法在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好效果。超聲波法是當(dāng)電纜發(fā)生局部放電時(shí)，借助超聲波傳感器采集局部放電行為并發(fā)出超聲波[4]。但是，超聲波容易衰減，檢測(cè)范圍較小。高頻電流局部放電檢測(cè)方法是當(dāng)電氣設(shè)備發(fā)生局部放電時(shí)出現(xiàn)脈沖電流信號(hào)，借助高頻電流傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)脈沖電流的檢測(cè)。傳感器在電流檢測(cè)過(guò)程中容易受到外界電磁干擾的影響，導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確。高頻電流局部放電檢測(cè)方法的原理如圖1所示。

圖1 高頻電流局部放電檢測(cè)法

特高頻法是當(dāng)出現(xiàn)局部放電現(xiàn)象時(shí)，脈沖電流在較短的時(shí)間內(nèi)快速增加，產(chǎn)生高頻電磁波，通過(guò)傳感器來(lái)檢測(cè)高頻電磁波檢測(cè)局部放電現(xiàn)象[5,6]。便攜式智能局部放電檢測(cè)儀的開(kāi)發(fā)可以設(shè)置切換開(kāi)關(guān)，綜合利用這些方法開(kāi)展局部放電的檢測(cè)。

2 便攜式智能局部放電檢測(cè)儀的開(kāi)發(fā)

2.1 便攜式智能局部放電檢測(cè)儀的硬件結(jié)構(gòu)

便攜式智能局部放電檢測(cè)儀由信號(hào)采集功能模塊、信號(hào)處理模塊以及便攜式主機(jī)等部分組成。便攜式主機(jī)設(shè)置局部放電檢測(cè)軟件系統(tǒng)。便攜式智能局部放電檢測(cè)儀的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 便攜式智能局部放電檢測(cè)儀結(jié)構(gòu)

便攜式智能局部放電檢測(cè)儀結(jié)構(gòu)共設(shè)置4個(gè)數(shù)據(jù)采集通道，包括2個(gè)高頻脈沖電流傳感器（High Frequency Current Transformer，HFCT）、1個(gè)超高頻（Ultra High Frequency，UHF）處理單元和1個(gè)AE通道等，能提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。無(wú)線局部放電傳感器可以借助4個(gè)通道中任意1個(gè)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。首先，將采集的數(shù)據(jù)傳輸給前置處理單元，可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行放大和濾波處理[7]。其次，將處理完的數(shù)據(jù)傳輸?shù)街靼搴筒杉ㄟM(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。最后，將信號(hào)傳輸?shù)奖銛y式局部放電測(cè)試主機(jī)，得到局部放電的檢測(cè)結(jié)果。便攜式智能局部放電檢測(cè)儀中可以通過(guò)切換設(shè)備開(kāi)關(guān)切換不同的局部放電檢測(cè)方法。

2.2 便攜式智能局部放電檢測(cè)儀中的分析診斷軟件

便攜式智能局部放電檢測(cè)儀中的分析診斷軟件能夠處理采集卡發(fā)送的信號(hào)，并將檢測(cè)結(jié)果展示給操作人員。分析診斷軟件的界面包括工具欄、圖形展示區(qū)域和系統(tǒng)信息展示區(qū)域等。軟件的運(yùn)行模式包括實(shí)時(shí)診斷和連續(xù)采樣2種類型。

便攜式智能局部放電檢測(cè)儀在連續(xù)采樣的模式下運(yùn)行，能夠采集電力設(shè)備中的原始信號(hào)，并在時(shí)域內(nèi)展示波形，而操作人員可以在觀測(cè)窗口直觀查看信號(hào)。便攜式智能局部放電檢測(cè)儀在實(shí)時(shí)診斷模式運(yùn)行時(shí)，需要采集某一段時(shí)間內(nèi)的信號(hào)，通過(guò)分析這段時(shí)間采集的信號(hào)，得到信號(hào)特征圖譜和檢測(cè)結(jié)果[8,9]。在信號(hào)的特征圖譜中，可以看出電氣設(shè)備的放電次數(shù)、放電幅值、放電量以及相位等信息，將生成的局部放電檢測(cè)文檔儲(chǔ)存在便攜式主機(jī)。

3 便攜式智能局部放電檢測(cè)儀的應(yīng)用

便攜式智能局部放電檢測(cè)儀對(duì)變電站電氣設(shè)備的維護(hù)具有重要作用。地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）設(shè)備容易出現(xiàn)局部放電情況，下面將以GIS設(shè)備局部放電檢測(cè)為例進(jìn)行分析。便攜式智能局部放電檢測(cè)儀在實(shí)際檢測(cè)應(yīng)用中，GIS設(shè)備、檢測(cè)儀和傳感器之間的接線如圖3所示。

圖3 便攜式智能局部放電檢測(cè)儀在應(yīng)用中的接線

從圖3可以看出，傳感器設(shè)備和絕緣子相連，感知來(lái)自絕緣子的局部放電信號(hào)。檢測(cè)裝置利用同軸電纜和傳感器設(shè)備相連，將局部放電信號(hào)傳輸?shù)綑z測(cè)裝置。在便攜式智能局部放電檢測(cè)裝置中，可以采取超聲波和超高頻相結(jié)合的檢測(cè)方法。這種檢測(cè)方法電磁波的傳播速度大于超聲波的傳播速度，所以可以以超高頻電磁波信號(hào)作為參考標(biāo)準(zhǔn)。移動(dòng)超聲波傳感器的位置，使信號(hào)的時(shí)延最短，此時(shí)超聲波傳感器與局部放電源頭距離最近[10]。根據(jù)局部放電信號(hào)到超高頻和超聲波傳感器的時(shí)間差，結(jié)合超聲波的傳播速度，可以得出局部放電源頭和傳感器之間的距離。超聲波信號(hào)的時(shí)延如圖4所示。

圖4 超聲波信號(hào)的時(shí)延

圖4中，t表示電信號(hào)和聲信號(hào)的時(shí)間差。由于電信號(hào)的傳播時(shí)間短，故t可用于表示聲信號(hào)的傳播時(shí)間。局部放電源頭和傳感器之間的距離為

式中：v1和v2分別為電信號(hào)和聲信號(hào)的傳播速度。通過(guò)計(jì)算局部放電源頭和傳感器之間的距離s，實(shí)現(xiàn)對(duì)GIS設(shè)備局部放電點(diǎn)的檢測(cè)。

4 結(jié) 論

文章對(duì)便攜式智能局部放電檢測(cè)儀的開(kāi)發(fā)技術(shù)進(jìn)行分析和介紹。通過(guò)局部放電檢測(cè)儀在實(shí)際電力設(shè)備的應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，它能有效提高電力設(shè)備的專業(yè)分析技術(shù)與管理水平，減少人為因素對(duì)局部放電檢測(cè)結(jié)果的影響，避免檢測(cè)過(guò)程出現(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析錯(cuò)誤，有效提高電力企業(yè)的供電可靠性和服務(wù)水平。