高壓設(shè)備強電局部放電在線監(jiān)測技術(shù)

趙月莉 高翠婷

摘 要：近些年我國電力事業(yè)發(fā)展迅速，電力企業(yè)日常工作的重要內(nèi)容就是監(jiān)測與維護高壓設(shè)備，特別是高壓設(shè)備局部放電問題。電力企業(yè)為提高高壓設(shè)備危險局部放電維護效果，廣泛應(yīng)用在線監(jiān)測技術(shù)。基于此，本研究中筆者結(jié)合實際工作經(jīng)驗，分析在線監(jiān)測技術(shù)在高壓設(shè)備危險局部放電中的具體應(yīng)用，促進高壓設(shè)備危險局部放電維護效果。

關(guān)鍵詞：高壓設(shè)備；危險局部放電；在線監(jiān)測；技術(shù)分析

在高壓設(shè)備危險局部放電維護中，應(yīng)該用在線監(jiān)測技術(shù)，可以實時監(jiān)控設(shè)備運行狀態(tài)及放電情況，及時發(fā)現(xiàn)運行異常或故障情況，在設(shè)備放電維護中發(fā)揮著重要作用。

一、高壓設(shè)備局部放電原因

高壓電工設(shè)備大多存在局部放電問題，系統(tǒng)運行中這問題難以避免，原因在于設(shè)備制造過程中絕緣材料或結(jié)構(gòu)包含一部分氣隙或油膜，這部分比固體絕緣介質(zhì)更易擊穿。比如塑料電纜、互感器與變壓器澆筑制造過程中，不可避免出現(xiàn)氣泡問題，高壓電器油浸絕緣中紙層間存在油膜。固體介質(zhì)介電常數(shù)高于空氣與礦物油，電場作用下空氣與礦物油承受更大的場強，本身擊穿強度較低，當(dāng)外界電壓升高到一定程度時空氣或油會被局部擊穿產(chǎn)生局部放電。

電極邊緣存在較為集中的電場，電廠強度特別高，比如系統(tǒng)運行中套管電極邊緣與高壓電機線圈出槽口等部分容易產(chǎn)生放電。工作電壓下膠紙?zhí)坠芘c高壓電機的繞組經(jīng)常出現(xiàn)局部放電情況[ 1 ]。設(shè)計制造高壓電纜與電容器時，油紙絕緣起始放電場強大于工作場強，在電場作用下絕緣紙長時間受到高能量帶點質(zhì)點的撞擊出現(xiàn)老化。開始階段可以吸收氣體，但長時間使用后會形成氣泡進而產(chǎn)生局部放電情況。高壓設(shè)備局部放電主要集中在交流正弦電壓下，對絕緣正常運行產(chǎn)生影響，其他的比如雷電或操作過電壓，因為時間短且出現(xiàn)概率小，一般不會造成大的放電危害。直流電壓下不經(jīng)常出現(xiàn)放電情況。

二、高壓設(shè)備強電局部放電在線監(jiān)測技術(shù)

實際中為全方位實時監(jiān)測局部放電，有很多的監(jiān)測方法，常見的如電輻射測量、超聲波測量及超高頻測量等檢測方法。高壓設(shè)備危險局部放電檢測可以分成間接檢測與直接檢測兩類。本研究中筆者依據(jù)局部放電特點與原理，結(jié)合在線監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計要求，以高壓開關(guān)柜為研究對象，分析在線監(jiān)測技術(shù)。

局部放電產(chǎn)生的超聲波信號被超聲波傳感器單元中的多個超聲波傳感器接收，通過超聲波信號調(diào)理單元實現(xiàn)信號的放大、濾波及A/D轉(zhuǎn)換，將處理后的DSP信號送入到DSP單元中；局部放電產(chǎn)生的超高頻信號采集通過超高頻傳感器單元中的多個超高頻傳感器完成，通過超高頻信號調(diào)理單元實現(xiàn)信號的放大、濾波及檢波處理，將處理后的信息送入到DSP單元中；DSP對接收到信號進行處理并提取特征，通過信息融合。超聲波放電信息與超高頻放電信息分別進行特征層的信息融合，然后將特征層融合后的信息進行決策層的信任融合，得到最終的放電信息，通過通信單元將放電信息送入到上位機監(jiān)控單元。模式識別主要通過DSP識別最終放電信息，判斷故障放電原因。除此之外，DSP單元還有顯示信息、儲存信息及故障報警功能的。

（一）監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在設(shè)計該系統(tǒng)的時候，筆者考慮實際效果決定采用三個超聲波傳感器，并將其安裝在高壓開關(guān)柜內(nèi)壁上，三個傳感器按照三維坐標(biāo)系結(jié)構(gòu)排列。超聲波信號被傳感器接收后經(jīng)過一系列轉(zhuǎn)化變成微電壓信號，接著微電壓信號通過同軸電纜傳送至超聲波信號放大電路，后者實現(xiàn)微電壓信號的放大，最后超聲波信號調(diào)理單元接收到放大后的微電壓信號。

開關(guān)柜內(nèi)部存在眾多的干擾因素，比如常見的環(huán)境噪聲、振動信號等，這些干擾因素會對安裝在開關(guān)柜內(nèi)部的超聲波傳感器造成影響，為降低或清除干擾信號，需要借助到濾波處理器，最終得到相對干凈的放電信號。在設(shè)計過程中，決定采用帶通濾波器，高通濾波為4階巴特沃斯，截止頻率f=20KHz，低通濾波2階巴特沃斯截止頻率為100KHz。

處理后的濾波信號被送入到A/D轉(zhuǎn)換電路中，將信號轉(zhuǎn)換成滿足DSP輸入要求的數(shù)字信號，接著轉(zhuǎn)換后的信號進入DSP單元，并在其中進行一系列的后續(xù)處理。在DSP處理單元中，三路超聲波信號通過DSP芯片進行快速傅里葉變換，放電信號的頻譜特征被充分掌握，接著依據(jù)頻譜特征快速提取信號特征值，進行特征層信息融合，本系統(tǒng)中采用最簡單與最直觀的信息融合方法-加權(quán)平均法；最后融合后的超聲波放電信號經(jīng)過DSP進行特征信息的模式識別，判斷放電信號的正確性，如果時系統(tǒng)則會發(fā)出報警信號。除此之外，DSP信號可以計算并實時顯示放電參數(shù)，并將信息通過通信單元傳送至監(jiān)控室，監(jiān)控人員通過終端及時掌握相關(guān)信息。

（二）超高頻放電在線監(jiān)測單元設(shè)計

實際中高壓開關(guān)柜局部放電過程中，當(dāng)介質(zhì)具備很高的強度時，產(chǎn)生很大的擊穿場強，擊穿時間變得極短，產(chǎn)生很陡的放電電流脈沖與頻率豐富的高頻電磁波信號，這部分電磁波頻率多在（0.3-3）×103MHz范圍內(nèi)。

本系統(tǒng)設(shè)計過程中為避免外界電磁信號的干擾，對局部放電產(chǎn)生的超高頻信號的檢測范圍也在（0.3-3）×103MHz，為保證效果檢測過程中采用多個超高頻傳感器。系統(tǒng)采用帶通濾波電路的超高頻濾波電路，高低通濾波截止頻率分別為500MHz與1500MHz。接著送至檢波電路，本系統(tǒng)中采用包絡(luò)檢波的檢波電路，將低頻信號從高頻信號中提取出來，濾除超高頻傳感器輸出的震蕩信號并保留信號的相位與幅值信息。DSP單元進一步處理經(jīng)檢波電路等處理得到的信號。

類似于超聲波檢測單元，DSP單元中的DSP芯片提取三路超高頻信號特征，提取特征后進行特征層信息融合，進而得到相對可靠的超聲波放電同和信號，最后融合后的超聲波放電信號特征信息經(jīng)過DSP模式識別，將放電信息的各特征參數(shù)與模式識別結(jié)果實時顯現(xiàn)，并將相關(guān)信息傳送至監(jiān)控室。

三、結(jié)語

電力企業(yè)高壓電氣設(shè)備運行工作中局部放電在線監(jiān)測技術(shù)起著重要作用，可以準(zhǔn)確監(jiān)測設(shè)備局部高壓放電類型與大小、同時準(zhǔn)確定位與識別，確保電氣設(shè)備正常穩(wěn)定運行。

本研究中筆者首先分析高壓設(shè)備局部放電的原因，并給出高壓設(shè)備危險局部放電在線監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用步驟，確保電網(wǎng)正常運行，保證社會主義市場經(jīng)濟健康、穩(wěn)定及快速發(fā)展。

參考文獻：

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