智能配電房用特高頻局放傳感器環境適應性試驗研究

龐瑩

（上海市質量監督檢驗技術研究院，上海 201114）

引言

隨著配電網的快速發展，電網企業對供電可靠性的要求越來越高，建設智能配電網已經成為大勢所趨。其中，智能配電房作為智能配電網系統中的關鍵節點[1]，擔負著為用戶分配電力的重擔。智能配電房通過智能傳感器對各種監測及報警數據進行分析，實時反映現場運行情況，防止因環境改變、非授權活動、設備狀態變化等引起的事故，滿足對遠程運維的可靠管控。目前，智能傳感器行業的標準仍是空白，生產廠家繁雜，產品集成度低、功耗高、壽命低、信息隔閡，因而其性能在很多方面不能滿足技術要求，不適合用于開展智能配電房建設，嚴重阻礙配電房智能化改造成效。因此，為保證智能配電網的方向性，推進配電網建設，亟待開展對智能配電房傳感器的標準體系和關鍵技術研究。本文對智能配電房用特高頻局放傳感器的環境適應性試驗進行了研究。

1 智能配電房環境監測系統組成

監測系統由各類智能傳感器（溫濕度傳感器、位移傳感器、煙霧傳感器、水浸傳感器等）、終端和后臺等部分組成。傳感器自身帶有的感應元件，可以和與其配對的終端模塊通信，用于感知配電房內設備運行狀態、環境狀態、安防狀態等信息。信號到達終端模塊后，終端服務器通過GPRS網絡與云端服務器連接，并把數據打包發至數據中心，數據中心對數據進行存儲并做實時分析。最后應用端通過與云端服務器連接對數據進行展示和報警。其中，智能傳感器在配電房監測中起著重要作用。

2 特高頻局放傳感器

變壓器隨著時間的推移會逐漸老化產生故障，并伴隨著局部放電現象。通過對變壓器局部放電進行測試和監測，可以獲得電介質的絕緣狀況并推測出電氣設備的絕緣壽命[2]。因此，對變壓器的局部放電進行監測有著重要意義。特高頻法近年來被廣泛應用于電力設備的局部放電監測，其檢測頻段較高，具有抗干擾能力強、靈敏度高等優點。特高局放頻傳感器作為特高頻法的重要組成部分，在變壓器局部放電監測中越來越被廣泛應用[3-5]。目前常用的特高頻局放傳感器有阿基米德螺旋天線、平面螺旋天線、盤錐天線、Hilbert分形天線、套筒天線和屏蔽諧振式環天線等[6]，采用特高頻傳感方式對電力、冶金、鐵路等系統GIS設備的局部放電進行監測。

3 特高頻局放傳感器環境適應性試驗驗證

3.1 測試項目和試驗設備

本文測試的項目包括高溫試驗、低溫試驗、振動耐久試驗和沖擊耐受試驗。使用到的儀器設備有溫度試驗箱、計時器、振動試驗裝置和沖擊試驗裝置。每個測試項目參與試驗的樣品50個，型號XD5-3，樣品外觀良好，無破損、銘牌齊全。

3.2 高、低溫試驗

高、低溫試驗是環境試驗的常規測試項目。安裝于智能配電房的特高頻局放傳感器環境溫度條件見表1。試驗所用設備如圖1所示。

表1 環境溫度條件

3.2.1 低溫試驗

1）試驗目的：驗證產品在低溫條件下的適應性。

2）依據GB/T 2423.1-2008中的規定，按試驗Ad進行。試驗過程見表2。

表2 低溫試驗

3）試驗結果

經測試，在低溫試驗后仍能正常工作的傳感器數量如圖1所示。

圖1 溫度試驗箱

由圖2可以看出，經過-30 ℃、-40 ℃、-50 ℃的低溫試驗后，仍能正常工作的傳感器樣品數量分別為50、49、10。因此，可以得出該傳感器能承受的最低溫度為-40 ℃。

圖2 低溫試驗結果

3.2.2 高溫試驗

1）試驗目的：驗證產品在高溫條件下的適應性。

2）依據GB/T 2423.2-2008中的規定，按試驗Bd進行。試驗過程見表3。

表3 高溫試驗

3）試驗結果

經測試，在高溫試驗后仍能正常工作的傳感器數量如圖3所示。

由圖3可以看出，經過45 ℃、55 ℃和65 ℃高溫試驗后，仍能正常工作的傳感器樣品數量分別為50、50、23。因此，可以得出該傳感器能承受的最高溫度為55 ℃。以上高、低溫試驗結果可以為特高頻局放傳感器標準體系中溫度的嚴酷等級制定提供依據。

圖3 高溫試驗結果

3.3 振動耐久試驗

振動試驗是評定產品在預期的使用環境中耐受振動能力而對受振動的實物或模型進行的試驗。

1）試驗目的：驗證產品在運行過程中對振動環境的適應性。

2）試驗過程：按照GB/T 11287規定的試驗要求和方法，將樣品放置在振動臺上，加速度峰值依次設置為5 m.s-2、10 m.s-2和15 m.s-2，每一軸線方向的掃頻循環數為20。試驗過程如圖4所示。

圖4 振動耐久試驗

3）實驗結果

由圖5可以看到，經過加速度峰值分別為5 m.s-2、10 m.s-2和15 m.s-2的振動耐久試驗，試驗后樣品未發生緊固件松動、機械損壞且仍可正常工作的樣品數量分別為50、50和38。因此，特高頻局放傳感器進行振動耐久試驗能承受的最大加速度峰值為10 m.s-2。

圖5 振動耐久試驗結果

3.4 沖擊耐受試驗

1）試驗目的：驗證產品在運行過程中對沖擊環境的適應性。

2）試驗過程：按照GB/T 14537規定的試驗要求和方法，將樣品放置在沖擊試驗臺上，加速度峰值依次設置為140 m.s-2、150 m.s-2、160 m.s-2，脈沖的持續時間為11 ms，每個方向上的脈沖數為3個。試驗過程如圖6所示。

圖6 沖擊耐久試驗

3）實驗結果

由圖7可以看到，經過加速度峰值分別為140 m.s-2、150 m.s-2和160 m.s-2的沖擊耐受試驗，試驗后樣品未發生緊固件松動、機械損壞且仍可正常工作的樣品數量分別為50、50和31。因此，特高頻局放傳感器沖擊耐受試驗能承受的最大加速度峰值為150 m.s-2。

圖7 沖擊耐久試驗結果

4 總結

本文對智能配電房用特高頻局放傳感器環境適應性進行了研究。開展了高溫試驗、低溫試驗、振動耐久試驗和沖擊耐受試驗。該傳感器可以承受的最高溫度為55 ℃，最低溫度為-40 ℃，振動耐久試驗可以承受的最大加速度峰值為10 m.s-2，沖擊耐受試驗可以承受的最大加速度峰值為150 m.s-2。本文的研究不僅為智能配電房用特高頻局放傳感器的標準體系建立提供數據支撐，對產品的研制和廣泛應用也有一定的指導意義。有利于規范智能傳感器生產技術和市場秩序，提高產品質量，進而推動智能配電網的建設質量和運行可靠性。