TEV局放儀性能測評研究

閆江寶， 周 雷， 張長勝， 譚向宇

(1. 昆明理工大學 信息工程與自動化學院，云南 昆明 650504； 2. 華北電力大學 控制與計算機工程學院，河北 保定 071003； 3. 云南電網責任有限公司 電力科學研究院 云南 昆明 650217)

0 前言

電力設備的絕緣劣化對電力系統的安全可靠運行帶來隱患。使用局放儀對局部放電進行檢測能夠及時有效地發現電力設備絕緣的固有缺陷，避免發生突發性絕緣故障，對電力設備的安全可靠運行具有十分重要的意義[1]。TEV檢測技術已經廣泛應用于電力設備局部放電檢測方面，TEV局放儀具有便攜式攜帶，操作簡單等優點。然而由于缺乏統一生產標準，TEV局放儀質量則會有很大差異，購買和驗收需要一套測評方案以選擇性能較好的設備。

1 TEV局放儀工作原理

對于電氣設備內部放電，放電電量聚集在接地屏蔽的內表面，因此，如果屏蔽層是連續時無法在外部檢測到放電信號。但屏蔽層通常在絕緣部位、墊圈連接處、電纜絕緣終端等部位出現破損，這樣高頻信號就會傳輸到設備外層，形成暫態對地電壓(TEV)[2]。TEV檢測示意圖如圖1所示。

圖1 TEV檢測法原理圖

2 TEV局放儀的性能及測評參數

對于不同廠家生產的TEV局放儀需要統一的測評標準，通過設置模擬信號缺陷進行測評。首先對TEV局放儀進行基本功能檢測，當局放儀基本檢測全部合格之后進行靜態特性的測評，測評參數如下所示[3-4]：

(1)頻率特性：可以測出此局放儀所能測量的工作頻率范圍；(2)信號線性度：當輸入信號在進行線性變化時，能夠得到局放儀的輸出響應特性；(3)靈敏度：反映了局放儀能夠測量信號的靈敏程度；(4)脈沖計數：能夠得出局放儀脈沖計數是否精準和有效；(5)放電源定位性能：針對有定位功能的局放儀進行定位能力測評。

本文對兩臺不同廠家生產的TEV局放儀進行測評，從而驗證此套測評方式的可行性和有效性。

3 信號模擬測評

3.1 總體測評方案

測評裝置系統主要包含高性能示波器、待測評局放儀、可控脈沖信號發生器、金屬板、絕緣板和工作臺[5]，如圖2所示。

圖2 TEV局放儀性能測評平臺示意圖

將兩臺局放儀放在金屬板上進行檢測，可控脈沖信號發生器產生信號并通過天線將信號輻射到金屬板上，讓脈沖電磁波沿金屬面進行傳播，通過示波器采集的信號，與局放儀采集的信號進行對比分析即可評判局放儀的性能，同時，使用電磁波脈沖輻射器進行噪聲模擬，使得測評更加接近實際情況[6-7]。局放儀型號及參數如表1所示。

表1 局放儀型號參數

3.2 頻率特性測評

信號發生器輸出的正弦信號的幅值固定為 10 V，發生信號的頻率初始值設置為1 MHz，從1 MHz按步長1 MHz依次增加到80 MHz，兩個局放儀的幅頻特性曲線[8]如圖3所示。

圖3 TEV局放儀頻率特性曲線

由圖3可以看出，TEV局放儀I和局放儀II的起始頻率都在1 MHz，局放儀Ⅰ、Ⅱ的截止頻率分別為83 MHz，120 MHz。由表1可知，局放儀II截止頻率大于說明書上所述，局放儀I的頻率特性符合說明書。工作頻帶過大會導致抗干擾能力降低，從圖3中可看出局放儀I的曲線相對于局放儀II比較光滑，說明局放儀I性能優于局放儀II。

3.3 信號線性度測評

使用信號發生器輸出頻率為主諧振頻率的正弦波信號，并加載到金屬板上。然后將檢測設備的傳感器直接放置在金屬板上中央位置測量不同放電量下檢測設備讀數，通過檢測能力(不同放電量下，是否能檢測到暫態對地電壓幅值)和增長趨勢(放電量增加，檢測到的暫態對地電壓幅值是否同步增加)，對暫態對地電壓檢測的線性度進行測評。由頻率特性測評可知，局放儀I和局放儀II的固定頻率分別為55 MHz和56 MHz。正弦波信號的起始幅值為0.1 V，以步長0.1 V依次增加到 10.0 V，記錄局放儀對應顯示的TEV值，重復進行兩次測評，結果如圖4所示。

圖4 TEV局放儀信號線性度測評結果

由圖4可看出，在固定頻率為主諧振頻率時，局放儀I的測評曲線明顯比局放儀II的曲線光滑，說明局放儀I的線性度性能比局放儀Ⅱ更好。

3.4 靈敏度測評

使用信號發生器輸出最低幅值的基于頻率特性測評幅頻特性給出的靈敏度高的頻率點的固定頻率正弦波信號，并加載到金屬板上。基于固定幅值的測試數據，調節輸出信號幅值測試數據發生變化的差異，來確定局放儀靈敏度(V/dB)的數據。本次測評正弦信號的頻率固定值為主諧振頻率，檢測幅值在2.0 V，5.0 V，8.0 V的靈敏度，根據局放儀讀數每增加1 dB所需要改變的幅值與固定幅值之差即為靈敏度。連續測評兩次，結果如表2所示：

表2 靈敏度測評結果

(b)局放儀II靈敏度

從表2可以看出，局放儀I和II的靈敏度都隨輸入信號值的增大而減小，尤其是局放儀II的靈敏度下降表現地更為明顯。

3.5 脈沖計數測評

使用信號發生器輸出指數上升沿脈沖信號，并加載到金屬板上。在1 kHz～80 kHz內按照步長為1 kHz依次增加調節輸出信號的頻率，記錄檢測設備的脈沖數讀數，當輸出信號的脈沖數有變化時，觀察各設備的脈沖數趨勢和準確度是否正確，從而實現對脈沖數進行測評。脈沖計數如圖5所示。

圖5 脈沖計數測評結果

從圖5中可以看出，局放儀I在40 kHz之前和理論值很接近，而且呈線性增長，40 kHz之后逐漸在脈沖次數35 000個附近趨于平穩，傳感器接收不到更多的脈沖信號；局放儀II在11 kHz之前和理論值接近，11 kHz之后逐漸偏離理論值，特別在47 kHz之后略有下降。

3.6 放電源定位測評

針對有定位功能的局放儀進行定位能力測評。測試時設置信號發生器輸出脈沖信號，然后加載到長200 cm，寬15 cm，厚0.2 cm金屬板的中心，將被測裝置的兩個傳感器貼在金屬板表面，分別在距離信號施加位置30 cm和60 cm進行測試，觀察檢查設備距離近的通道是否先到達，從而實現對檢測設備的定位功能進行測評。定位能力測評原理圖如圖6所示。

圖6 定位能力測評原理圖

使用標準脈沖信號發生器輸出為幅值10 V的脈沖信號加載到金屬板內，在金屬板左右兩側分別放置局放儀Ⅰ和局放儀Ⅱ(遠的與金屬板中央距離60 cm，近的距離金屬板中央30 cm)，記錄多次不同位置的傳感器位置分布情況下的定位準確率，對檢測定位的準確率進行測評。兩個傳感器進行一次測量之后交換位置再進行一次測評。定位測評結果如表3所示。由表3可知，局放儀Ⅰ的準確率為55%，局放儀Ⅱ的準確率為30%，局放儀I定位準確率高于局放儀Ⅱ。

表3 放電源定位測評準確率

(b)局放儀Ⅱ準確率

4 實測

將上面兩臺局放儀帶到現場220 kV高壓開關柜進行現場實測，結果如表4所示。

表4 局放儀實測結果

如表4所示，在相同環境背景下，局放儀Ⅱ比局放儀Ⅰ的靈敏度要高，可知局放儀Ⅰ的抗干擾性能要優于局放儀Ⅱ。當電壓升高到10 kV時，在開關柜上、中、下3個檢測點，局放儀Ⅰ檢測值與局放儀Ⅱ檢測值都明顯高于未加電壓時背景值，說明均已經檢測到放電信號。電壓繼續升高，當試品電壓達到55 kV時，局放儀Ⅰ檢測到最大值為43 dB，局放儀Ⅱ檢測到最大值為51 dB(最大量程為51 dB)，局放儀Ⅰ3個檢測位置中，下部檢測點值明顯大于上部和中部。綜合以上表明局放儀Ⅰ的性能優于局放儀Ⅱ。由此實測表明，以上測評方法可以運用于現場測試以選出最優性能的局放儀，同樣也適用于其它TEV局放儀的性能測評。

5 結論

通過分析TEV局放儀在現場應用的工作原理，提出了一種信號模擬測評法對TEV局放儀性能進行測評的試驗方法：

(1)對于TEV局放儀的基本特性和靜態特性進行測評具有很強的有效性和實用性，對于TEV局放儀能夠有一個全面的認識，特別在局放儀采購驗收階段有很高的使用價值，該方法也適用于其它TEV局放儀的性能測評。

(2)使用信號模擬測評方法可以很精準的測量出TEV局放儀的頻率特性、信號線性度、靈敏度、脈沖計數和放電源定位等參數。建議對局放儀進行定期測評，避免局放儀在使用過程中的出現檢測出錯和報警失誤等情況。