高壓設備強電局部放電在線監(jiān)測技術研究

摘要：為了提高高壓設備強電局部放電維護的有效性，對高壓電氣設備實施在線監(jiān)測，可以實現(xiàn)對高壓設備運行狀態(tài)及放電情況的實時在線監(jiān)測，可及時有效的對高壓設備出現(xiàn)的異常放電或故障進行及時的處理，保障供電部門供電的可靠性，有效降低電力故障的發(fā)生。本文對有關內(nèi)容進行分析，可供參考。

關鍵詞：高壓設備；強電；局部放電；在線監(jiān)測技術

一、局部放電在線監(jiān)測技術的基本含義

局部放電是指高壓設備表面出現(xiàn)絕緣層老化的現(xiàn)象，使設備的內(nèi)部存在縫隙，在電壓傳輸?shù)倪^程中設備表面很容易出現(xiàn)電荷集聚的情況，從而導致電氣設備出現(xiàn)局部放電的現(xiàn)象。一般的電力企業(yè)電氣設備日常傳輸?shù)碾妷壕鶠楦邏海云浔砻娣e聚的電荷往往非常巨大，所形成的局部放電也多為強電。一旦電氣設備發(fā)生局部高壓放電，就很可能會給設備自身及其他設備的工作性能、運行狀態(tài)、使用壽命等帶來不利影響，既增加了電力企業(yè)的生產(chǎn)成本，又造成了設備維修與更換費用的不必要浪費，因此，必須加強對電力設備的維護與控制。在線監(jiān)測則能夠利用故障探測技術對電力設備進行實時的監(jiān)控，確保電力運輸?shù)陌踩浴?/p>

二、電力高壓設備局部放電的原因

電力高壓設備的電極系統(tǒng)在高強度電場的作用下會引發(fā)局部放電現(xiàn)象，如針板、油楔等金屬部件，將電荷集中到這些部件的尖角位置，導致金屬部件的不同部位承受的電場強度有所不同，加之高壓設備內(nèi)部電極系統(tǒng)不對稱，便會引發(fā)放電現(xiàn)象；在高強度電場作用下，如果高壓設備的接地部件存在虛焊、縫隙，以及電氣連接性能不良的情況，會導致高壓設備局部發(fā)電；在交變電場環(huán)境下，若高壓設備內(nèi)部復合絕緣介質存在不均勻問題，則絕緣介質中的氣體電場強度與介電常數(shù)成反比，而氣體一般在絕緣體的內(nèi)部，所以使得絕緣體面臨著被擊穿的危險，進而引發(fā)放電現(xiàn)象；在高壓設備生產(chǎn)制造中，若絕緣系統(tǒng)中摻入灰塵、紙末、金屬粉等微塵，則在高強度電、磁、熱相互作用下會引發(fā)局部放電問題，嚴重時會損害高壓設備。

三、高壓設備強電局部放電在線監(jiān)測技術基本內(nèi)容

3.1局部放電在線監(jiān)測技術的基本原理與方案設計

高壓設備強電局部放電在線監(jiān)測實現(xiàn)的基本原理是局部放電的原理與特點。當高壓電氣設備發(fā)生強電局部放電時，變壓器內(nèi)部就會產(chǎn)生超聲波、電輻射、光、電脈沖等，容易造成變壓器內(nèi)部溫度過高，導致變壓器燒毀現(xiàn)象發(fā)生。如果局部放電是發(fā)生在油中，那么放電的同時還會伴隨有氣體的產(chǎn)生，從而增加能量損耗。為實現(xiàn)對局部放電全方位準確的監(jiān)測，超聲波測量、電輻射測量、聲光信號檢測、電脈沖測量、紅外線測量、超高頻測量等許多與局部放電有關的檢測方法應運而生。

3.2局部放電在線監(jiān)測基本步驟

采用超聲波定位技術進行監(jiān)測的步驟如下：首先，利用傳感器對高壓設備發(fā)出的超聲波信號進行采集，再利用雙轉換器對模擬出的超聲波信號轉換為數(shù)字信號。其次，利用監(jiān)測儀器對數(shù)字信號進行識別，判斷出放電設備的型號與電量大小等，同時，對模擬超聲波到達其他轉換器的時間與距離進行計算并求解，在此基礎上，利用計算機、圖像解析工具對放電位置構建三維模擬圖形，將圖形應用于實際中，最終完成對高壓設備局部放電的在線監(jiān)測。

3.3干擾信號的抑制

要想有效防止干擾信號對高壓設備強電局部放電在線監(jiān)測的干擾，首先就需要對干擾信號的類型進行區(qū)別，然后在此基礎上制定有針對性的抑制措施。目前，較為有效的一種抑制方法就是提高試驗人員對局部放電干擾信號波形及其之間的區(qū)別能力，并相對全面準確的掌握高壓設備局部放電的特征與電壓電流和時間規(guī)律等有關內(nèi)容，尤其是局部放電的電壓相位特征和電氣設備局部放電效應。局部放電電壓相位特征是指造成高壓設備局部放電電荷的趨向性。通常而言，許多高壓設備絕緣層發(fā)生局部放電時，放電電壓的相位與零位都具有一定的特征，而許多局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)就是利用這一特征來實現(xiàn)對高壓設備局部放電位置的監(jiān)測與定位。

四、局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)的設計開發(fā)

4.1系統(tǒng)的硬件設計

變壓器局放監(jiān)測系統(tǒng)按照功能分類可劃分為傳感裝置、信息調整以及信息分析等模塊。系統(tǒng)內(nèi)部不同傳感器線路內(nèi)配置相應的信息調節(jié)模塊，主要包括預先處理和現(xiàn)場調控等功能模塊。其中，AE傳感器電路能起到收集信號的作用，在傳感器裝置、轉換線路和信息收集卡等模塊作用下，能保證模塊功能的實現(xiàn)。UHF為高頻傳感器電路，考慮到變壓器放電過程中將產(chǎn)生脈沖能量，在進行這一線路設計時，需要利用寬頻監(jiān)測法加強傳感器的靈活性。分析變壓器實際運行狀況時，可發(fā)現(xiàn)環(huán)境噪音和空氣中電暈將對變壓器運行造成電磁波干擾。因此通常采用配置高頻天線的解決方法，保證信號收集的精準度。當傳感器裝置接收電磁波后，將其轉換為電壓信號，之后借助通信線路進入信號調節(jié)模塊，并由檢波線路作濾除處理。完成上述環(huán)節(jié)后，可實現(xiàn)對信息的有效收集和整理分析，從而發(fā)揮監(jiān)測系統(tǒng)效能。

4.2軟件設計

（1）數(shù)據(jù)采集模塊。該模塊具備采集數(shù)據(jù)功能，包括采集速率、垂直分辨率、動態(tài)調節(jié)范圍、A/D信號等相關數(shù)據(jù)。采用DMA組數(shù)據(jù)傳送方式，在采集放電信號時，由DMA控制器執(zhí)行存儲器與外部設備之間的信息交換，無需增加CPU的運行負荷，有利于提高數(shù)據(jù)的傳輸效率。在采集模式中，預先設置一段緩沖區(qū)，根據(jù)緩沖區(qū)的容量確定數(shù)據(jù)采集的可行性，以免出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失。當數(shù)據(jù)采集滿后，系統(tǒng)會自動進行數(shù)據(jù)處理和存儲等操作。

（2）數(shù)據(jù)處理模塊。為了提高放電信息分析處理的準確性，可在數(shù)據(jù)處理模塊中按照10個工頻周期數(shù)據(jù)進行設置，使一次采集數(shù)據(jù)量達到400M字節(jié)。在該模塊中，要對原始數(shù)據(jù)進行過濾剔除，消除數(shù)據(jù)冗余，為數(shù)據(jù)傳輸和存儲提供便利條件。

（3）驅動軟件。在變壓器局部放電在線檢測系統(tǒng)中，采用動態(tài)鏈接庫實現(xiàn)硬件驅動。在硬件參數(shù)配置方面，選擇與放電數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相適應的特性參數(shù)，實現(xiàn)參數(shù)配置最優(yōu)化，確保軟件系統(tǒng)能夠可靠運行。在檢測中，軟件系統(tǒng)可選擇多種檢測模式，檢測人員可手動設定特性參數(shù)，選擇檢測量程。

五、結語

局部放電在線監(jiān)測技術在電力企業(yè)高壓電氣設備日常運行過程中發(fā)揮著極其重要的作用，它可以對設備的局部高壓放電類型與大小進行及時準確的監(jiān)測、定位與識別，從而保障電氣設備正常穩(wěn)定運行，保障整個電力系統(tǒng)安全可靠運行。

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（作者單位：國網(wǎng)北京市電力公司昌平供電公司）

作者簡介：雷鳴（1993.6-），男，北京人，北京石油化工學院學士，助理工程師，研究方向：電氣工程及其自動化。