電力系統高壓設備帶電在線檢測技術的研究

翁宇晗　黃帥飛

摘 要：高壓設備作為電力系統的主要的組成部分，是調節電力系統電能供給，以及保護電力系統運行安全和穩定的重要設備，加上高壓設備作為城市發展及群眾生活的基本保證設施，高壓設備需要長期處于運行狀態，進而高壓設備的穩定性及安全性檢測尤為重要。因此，文章首先對高壓電氣設備的在線檢測技術進行分析，為本次研究提供理論支撐；其次介紹介質損耗測量方法，為研究提供技術支持，此外還會闡述該方法的注意事項，強化該方法的可實施性；最后提出高壓設備帶電在線檢測技術的系統設計。

關鍵詞：電力系統 高壓設備 帶電在線監測 技術研究

電力系統在搭建過程中，由于受到社會經濟發展的影響，該系統中運行的設備越來越多，即系統設備容量增大，從而導致電力系統的電壓增大，需要利用高壓設備調節電能的供給，方可保證電力系統各設備的穩定性與安全性[1-2]。因此，高壓設備運行的檢測技術，不但要保證具備在線檢測的能力，還要體現出較強的科學性和可操作性，進一步配合電力系統，實時掌握高壓設備的運行狀態。

1 高壓電氣設備在線檢測技術

1.1 電容性高壓電氣裝置

針對電容性高壓電氣裝置的設備在線檢測技術，是指對高壓設備中的耦合電容器、電流互感設備、套管以及測量CVT等容性介質設備進行檢測，從而掌握設備是否存在受潮的風險[3]。首先通過計算出絕緣損失的熱切至，檢測介質損耗的變化情況；其次對部分局部絕緣層放電的現象，利用測量分析的方式，將其介質的損耗情況反應出來；再者通過測量設備溫度的變化，了解絕緣劣化溫度系數的靈敏度變化，甚至還可以通過查看溫度的非線性波動情況，知曉設備是否出現異常。

1.2 變壓器裝置

該裝置被廣泛的應用到電力系統當中，在高壓設備當中，高壓變電器利用油浸設備對其進行放電處理，同時對變壓器的絕緣情況，開展有目的性的檢測與分析，及時掌握變電器電流運行狀態，例如：局部出現的放電反應，或放電反應出現在局部位置。

1.3 設計在線檢測裝置

在線檢測裝置主要由：控制顯示單元、傳感設備、前置放大單元以及信號處理單元等多個部單元組成。因此，按照其設計原則，可將高頻帶電磁耦合線圈作為該裝置的傳感器，收集相關電信號，并在計算機的幫助下，處理好電信號，以可視化數據的形式呈現出來，幫助檢測人員分析檢測設備的副值、頻譜、放電強度、持續時間、出現時刻等參數。

1.4 數據診斷與分析方法

數據診斷主要是利用精度較高的傳感器所收集的數據信息，完成高精度的檢驗，并將數字傳輸的形式作為檢測分析主要內容。但是在數據檢測工作開始前，需要具備較為完整且健全的檢測方案，將需要的數據進行科學的處理后，分析數據的內在含義，同時確保所需要處理的檢測數據，來源可靠、真實、準確，從而組建出運行狀態良好、檢測效率高的系統。

1.5 注意事項

1）注意高壓設備絕緣介質的損耗；絕緣介質中出現損耗情況時，損耗值會有所增長，同時在其他因素的影響下，也會出現一個熱量值，從而出現絕緣被擊穿的情況。

2）注意高壓設備絕緣過程中局部放電評率，預防在線檢測數據出現較大差異性。

3）注意高壓設備的絕緣溫度系數。

4）保證實際檢測環境處于安全的狀態，充分發揮在線檢測技術的實用性。

5）根據不同高壓設備不同電壓等級，檢測時需要保持一定的安全距離，如表1所示。

2 介質損耗測量方法

2.1 基本概念

介質損耗量是指，在電場或電壓的影響下，電流傳播的介質都會存在不同程度的損害，常見的介質損耗有電導損耗、局部損耗等。進而介質損耗的因素（tanδ），主要用于衡量絕緣介質的絕緣性能，想要準確得到該因素，就必須在交變電壓的作用下測得[4]。此外，對介質損耗因素策略的，能夠直接反應出介質是否出現受潮、變質、被污染等情況，檢測的公式表示為：，有公式可知局部缺陷與整體絕緣介質損角大小為正相關，設備的絕緣狀況能夠直接用介質的損耗角進行分析。

2.2 測量方法

介質損耗測量方法是利用傳感器技術，將需要測量的設備電壓、泄露電信號收集起來，之后將收集的信號利用數據采集裝置轉換為離散信號，再將其進行數據化處理，最后計算出兩者之間的相位差，從而獲得具體的介質損耗因素值。常見的介質損耗測量方法有相關函數法、諧波分析法等，部分場景也會運用到高階正弦擬合和正弦波參數，兩種方法[5]。內容如下。

相關函數法：該方法不僅可以簡化相關數值的計算流程，還可以有效降低硬件的抗干擾能力，即為抗干擾能力較弱的傳感器也能應用，相關函數法的介質損耗角計算機公式表示為：，Ri（0）為自相關函數；Ru（0）為相關函數；u為電壓信號；i為泄露電流信號。

諧波分析法：該防范能夠有效克服多種干擾因素，從而保證最終在線檢測結果的精準度及穩定性。在應用該方法進行介質角損耗因素計算是，要先將所有的測量的設備電壓和電流信號，利用傅里葉變換原理進行處理，再進行諧波分析，從基波分量重得到介質損耗的角度。由此可見，諧波分析法采用慘叫函數的正交性原理，相關公式表示為：。

高階正弦擬合法：該方法主要正對非同步數據收集場景當中，對介質損耗進行測量，當數據收集周期在設定周期內所得到的多點離散序列為yn=f（nTs），n為常數，該方法的計算公式為：。

正弦波參數法：該方法首先需要對場景進行假設，將檢測的條件設定為：電流電壓信號均為正弦信號，從而在完成模數轉化后，對得到的數字型號進行處理，最終得到對應的正弦波參數，其次在獲得對應的相位差值，利用相位差值計算出介質損耗，最后以建立線性方程組的方式，求解出介質角損耗因素。公式表示為：。

3 高壓設備帶電在線檢測技術的系統設計

3.1 在線檢測系統結構與框架

在線檢測系統的結構分為三層，分為被檢測的高壓設備和標準設備組成的基礎層、檢測終端組成的檢測層，以及計算機、衛星、設備等組成的數據傳輸分析層[6]，如圖2所示。

3.2 系統硬件設計

高壓設備帶電在線檢測技術系統的硬件設計，內容為：傳感器、采集傳輸模塊、智能處理單元三項[7]，內容如下。

傳感器：高壓設備帶電在線檢測技術在現場環境中，所能檢測到的電流信號非常微弱，進而對所測絕緣介質損耗相位精度要求較高。例如：設備周圍環境較為復雜，從而導致的檢測信號被外界干繞，傳感器無法精準檢測到對應信號。此外，在使用傳感器對被測設備進行檢測時，需要與被測設備之間保持一定的距離，避免直接接觸產生電氣干擾。因此，本次設計的系統，當中的傳感器設計，采用精密度較高的泄露電流傳感器，方式為差動比較及深度負反饋融合，以坡莫合金為鐵芯，使用特征標定法和匝數補償法，相位誤差值小于且不等于1。增大互感公式為：。

采集傳輸模塊：采集傳輸模塊分為信號的采集和數據傳輸兩項，首先是信號采集，本系統采用數字化工頻測量法，在對電網頻率測量過程中，通過檢測模擬工頻信號的方式，以數字域中的位置相位為參照，獲取的信號對應的位置信息。同采用FFT譜線，使其能夠與參考的信號頻率保持在同一水平上，防止出現柵欄效應和泄露誤差。而信息采集的承載硬件選用FPGA實現，該載體的結構如圖2所示。

其次是數據傳輸，數據傳輸設計選用的技術為GPRS和Zigdee融合后的技術，該技術不但有效處理高壓設備的磁場干擾問題，還能提高數據傳輸過程的穩定新和實時性，致使系統的智能化與自動化得到較大提升。如圖3所示。

智能處理單元：經過傳感器的末屏電流信號，最終都會到達終端，并在的PGA204的作用下，將電流信號放大，再由UAF42U對其進行加工，最后傳輸到FPGA內，就可以計算出該電流信號的頻率；同時監控的主機和該單元都擁有較為完善的通信機制，多個終端和上位機的通信穩定性，都能在其作用下得到保證。此外人機交互的操作方式，致使采樣具備實時性，并在按照相應操作流程，完成系統的自檢，如圖4所示。

3.3 系統軟件設計

軟件作為檢測系統的核心內容，軟件的完善程度直接影響到在線檢測的效果進而系統檢測軟件的設計應當遵循三項原則：1）高效的程序運行效率，簡單明了的操作流程以及較強的實時性；2）高效的控制能力，隨時保證的在線檢測處于穩定的工作狀態；3）軟件程序兼容性強、靈活性高，能夠實現不同系統移植。

4 結論

綜上所述，我國城市化建設速度越來越快，電力系統的容量也會越來越大，從而高壓設備數量也會逐漸增加，長期運行狀態下的高壓設備，必定會出現故障或其他問題，從而影響設備及電能運輸穩定性。因此，高壓設備帶電在線檢測技術的研究，不僅為了滿足社會發展過程中對能源的需求，同時也是加快我國電力系統的智能化和自動化建設，促使電力系統的設備管理，能夠在不影響電能供給的基礎上，完成設備運行狀態的檢測，及時排查故障問題。

參考文獻：

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[3]陳憑，王希林，洪驍，等.表面粗糙度對激光誘導擊穿光譜信號的影響[J]. 光譜學與光譜分析，2019，39（6）：1929-1934.

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