聲－電聯合局部放電監測系統應用設計

周志新

(云南電網公司楚雄供電局，云南 楚雄 675000)

1 前言

GIS是全封閉組合電力設備，一旦出現事故，造成的后果比分離式敞開設備嚴重得多，故障修復時間也較長。針對GIS局放常見的監測方法有脈沖電流法、無線電干擾法、介質損耗分析法等等。常規的放電周期分析方法由于數據量大，不利于遠程傳輸，也難以大量保存，因此針對遠程監測的GIS應用，以下介紹聲電聯合的方法和簡易特征數據傳輸的方式。

2 聲－電聯合監測

2.1 聲－電聯合監測方法

超聲檢測法和電磁能量檢測法是針對局放測量、特征識別的兩種主要分析手段，但兩種檢測方法各有優缺點、根據局放發生的兩種不同能量形式，結合超聲檢測法和電磁能量檢測法的優點，既不會影響測試的準確性，又可提高測試的抗干擾性并確保在線監測不發生誤判。該方法的應用能夠對重點關注的變壓器、互感器或GIS設備的狀態提供健康狀態信息，發現早期的絕緣缺陷或故障。

2.2 聲電聯合檢測基本實現原理

超聲波主要用于檢測GIS設備平面的微振動信號，選用30－300 kHz帶磁性吸附頭的芬蘭產超聲波傳感器，靈敏度可達0.1 mV。電磁脈沖采用荷蘭產高頻電流鉗形傳感器RFCT，頻率范圍0.5～15 MH，靈敏度0.25 V/A。硬件采用采樣率100M高速AD，采用高精度對時脈沖嚴格保證兩路信號的實時采集。

同時該采集模塊采用高度集成與多應用擴展的硬件架構，不僅可以實現遠程傳輸，還可以實現本地顯示，通過本地計算機進行調試和分析。這對于嵌入式系統升級較為方便。同時內部采用了相互獨立的濾波設計，超聲波采用20～400 k范圍的帶通濾波器，而電磁脈沖通道采用0.5～20 M范圍。

由以上硬件架構可見，每個獨立雙通道聲電聯合模塊也是獨立的局部放電儀，因為采用峰值檢測技術，遠程監測只需傳輸峰值數據或超限數據，極大的提高了數據傳輸效率。同時還可以設置峰值觸發，即只有信號幅度達到某個規定門限時，模塊的采集單元才開始工作，其他時間均處于休眠低功耗狀態，這樣最大程度減少了電量損耗。

2.3 聲電聯合技術特點

由于采用高速采集捕捉局部放電信號，在線監測模塊的耗電較大，給現場供電帶來壓力。同時由于數據量大，遠程數據通信時存在較大的傳輸負荷。因此本項目采用了峰值捕捉設計理念，可以較大程度減少數據負荷。同時為保證現場安裝應用的靈活性，采用433 M無線通信技術，將各監測點信號通過本地無線終端收集，從而在站內進行數據匯總，最后通過以太網或其他通信方式傳輸到遠程管理后臺，再經后臺進行趨勢分析、統計計算和相關圖譜展示。

2.4 聲電聯合的檢測應用績效

通過現場應用，發現超聲波和電磁脈沖確實有較好的互補效果，超聲波的電磁干擾抑制能力強，但是主要用于檢測較為明顯的局部放電信號，如內部放電，表面放電等，同時也包括端子松動帶來的異常振動信號。電磁脈沖能夠較靈敏的發現系統異常頻率信號，當然由于系統噪音比較明顯，一般仍需技術處理后將本底噪音濾除后才能進行判斷。但是通過試驗發現也存在明顯局部放電信號的特征圖譜具備較明顯的周期性，如表現為5～20 Hz的條紋信號。由于本篇主要對聲電聯合的功能模塊架構進行分析，對于特征圖譜的分析研究這里不做詳細分析。

3 聲電聯合監測技術的拓展應用

峰值檢波技術在射頻信號檢測中有較成熟的技術架構，具備響應快速、靈敏度高、檢波后數據負荷小的特點。因此配置峰值檢波模塊后，可以將特高頻UHF頻段的信號壓縮為20 M以內的峰值信號，可以直接接入HFCT端口進行采集。

供電是現場模塊需要重點考慮的問題。另外管理后臺針對數據的發展趨勢和聲電信號的關聯特征進行計算以實現故障類別的識別是必要的。通過多通道的局部放電信號監測，可以對故障發生的區域以及區域局部放電信號的嚴重程度進行定位判斷。同時為準確分析噪音與放電周期的關系，可以結合工頻周期相位的監測對比，即對幅度－相位曲線進行分析，但是對放電周期的分析通常數據量大，不適合遠程長期監測，建議通過遠程監測發現可疑局放后再安排便攜式局放試驗設備進行細致分析。最后，考慮到現場環境的不穩定性，輔以溫濕度監測功能能夠在一定程度上起到較好的補充作用。

4 結束語

采用超聲波和電磁波兩種檢測方法可以對GIS的局放現象實施在線不停電監測，重點通過關鍵參數的發展趨勢和異常累計數據分析故障、潛在故障、故障嚴重程度及故障的位置等，具有重大意義及推廣價值。

［1］Wei Zhang，Hong Yu，Xian － ping Zhao，et al.The Comprehensive Study Based on Ultrasonic and X－ray Visual Technology for GIS Equipment Detection［Z］.

［2］AEM8000 SYSTEM MEETING DISSERTATION ［Z］.GAUSS ELECTRONICS CORPORATION 2012

［3］IEEE變壓器電抗器局放測試導則［Z］.IEEEC57.127.2007

［4］HLamela－Rivera，C Maci`a－Sanahuja and J A Garc a－Souto.Detection and wavelet analysis of partial discharges using an optical bre interferometric sensor for high－power transformers［J］ .JOURNAL OF OPTICS A:PURE AND APPLIED OPTICS 5(2003)66－72.

［5］Ren Lijia Ren，Pei Lei，Gu Chunyuan.Ultrasonic Partial Discharge Detection Using Negentropy－ based Matched filter［J］.Urban power supply company，Shanghai Municipal Electric Power Company，Shanghai 200080，China

［6］楊圓，李成榕，鄭書生.GIS局部放電超聲波信號特征的試驗研究［C］.中國電機工程學會高壓專委會2007年學術年會論文集

［7］唐炬，廖華，張曉星，等.基于虛擬儀器的GIS局部放電UHF在線監測系統的研制［C］.中國電機工程學會高壓專委會2007年學術年會論文集.