三相高頻脈沖電流法局部放電 在線監測系統的應用

牛智強 凌旺 劉世俊 王晉宏 劉文偉

【摘要】? ? 本文主要探究和分析了三相高頻脈沖電流法局部放電在線監測系統的應用策略，希望能夠更好的推進相關技術發展進步，發揮相關技術的作用及優勢。

【關鍵詞】? ? 三相高頻脈沖電流? ? 局部放電法? ? 在線監測系統? ? 應用

一、研究基礎、特色和發展趨勢概述

三相高頻脈沖電流法局部放電在線監測系統在高壓開關柜中的應用，依托于浙江電力科學研究院、浙江大學運用產學研相結合的模式，結合了多年來電力生產檢測技術經驗，綜合調研了多種國內外生產的局部放點監測產品，并應用在京玉公司的6kV開關柜上，真正的做到了取各家之長。

該項創新技術所用的是三相高頻脈沖電流法，使用三相耦合電容傳感器采集局放信號，可在很寬的頻率范圍內保持很好的傳輸特性、靈敏度高，放電量可以標定的技術特點。

針對該科技創新技術已在京玉公司6kV開關柜上實施，并在公司內成立技術攻關項目組，制訂項目管理方案，確定了項目組成成員和工作職責，落實項目進度總體計劃，建立項目績效機制。對國內高壓開關柜局部放電在線監測技術現狀進行深入調研，同時查閱國內外相關文獻資料，研究技術攻關核心難點，編寫技術研發方案。以脈沖電流法為技術原理，制定研發計劃，研究開發高壓開關柜局部放電在線監測系統，生產樣機，進行試驗。并對其經濟效益、做出總結分析。

二、研究項目所包含的具體內容

局部放電是指由于電氣內部絕緣中存在的弱點，在一定外施電壓下發生的局部重復擊穿和熄滅現象。一般情況下它并不影響電氣設備的短期絕緣強度，但如果一個電氣設備在運行電壓下長期存在局部放電現象就會對設備絕緣造成損害。局部放電過程中的視在放電量是判斷設備絕緣是否老化的關鍵參數，視在放電量越大，表明絕緣設備老化的程度越深，存在的風險越大。該設備采用脈沖電流法作為測量原理，能夠準確的測量出設備的視在放電量，脈沖電流法也是唯一能夠準確測得視在放電量的測量原理。脈沖電流法是一種應用最為廣泛的局部放電測試方法，國際電工委員會（IEC）專門對此方法制定了相關標準（IEC-60270）。圖1為脈沖電流法測量回路。

該局部放電在線監測系統包括：局放加強器，用于對高壓電氣設備的局部放電信號進行采集放大。局放傳感器采用支撐絕緣子式電容傳感器作為局放傳感器，接收管理局放分析主機傳輸的數據。

三、三相高頻脈沖電流法局部放電與現有產品、技術、裝備的對比分析

電力高壓設備的狀態檢測、監測技術分為多種，如超聲波法、對地電壓法、超高頻法、脈沖電流法等，如采用超聲波法的美國UE公司;采用對地電壓法的英國EA公司;采用超高頻法的英國DMS公司等。該科技創新技術所用的是三相高頻脈沖電流法，使用耦合電容傳感器采集局放信號。

本科技創新技術性能可靠，實際效果與效益明顯，相比市場上其它的局放監測技術，本技術綜合優勢明顯。

在具體應用中要達到的技術性能指標和參數：

采集通道數：? 1-8通道，可進行多機組網

顯示數值：? ? pC值

靈敏度：? ? ? 10pC

測量范圍：? ? 1-30000 pC

工作模式：? ? 長期監測使用

通訊模式：? ? MODBUS-RTU

顯示模式：? ? 單色液晶屏幕

傳感器類型：? 可兼容帶電顯示裝置的電容傳感器

局放報警方式：繼電器輸出

特殊功能：? ? 設備自檢及報警、后臺軟件局放圖譜分析

脈沖分辨率：? ? < 40us

四、該科技創新技術特點、關鍵技術和關鍵工藝

4.1首次使用脈沖電流法對開關柜設備進行局放在線監測

該技術選用了基于脈沖電流法對高壓開關柜設備進行局部放電在線監測的產品。脈沖電流法是唯一能夠直接、準確測算出被監測設備局部放電視在放電量的方法，相對其他廠商使用特高頻、地電壓、超聲波等方法，此種方法可以精確地得到視在放電量數值，以此為依據，我們可以直接判斷出設備絕緣的損壞和老化程度，此種方法已被應用在變壓器、發電機組、電纜接頭等大型電氣設備的局部放電在線監測上，但尚無在開關柜上使用的在線監測設備。

4.2在開關柜的監測中使用絕緣子式電容傳感器

其他同類產品在開關柜在線監測上未有使用絕緣子式電容傳感器，使用該傳感器有以下優點：①現存開關柜普遍配置了該類型傳感器作為帶電顯示裝置的傳感器。我們對現存開關柜加裝此項目產品的實施改造的過程中無需對開關柜進行加裝新的傳感器，十分方便;②更換方便，易于后期設備的維護及修理。

4.3特殊的局部放電信號放大器

該系統所使用的局部放電信號放大器與傳統的信號發生器有本質的不同，使用該放大器能夠顯著提升系統整體的抗干擾能力，進一步提高測量值的準確性。

4.4高頻信號采集

使用傳統的脈沖電流法檢測設備所能采集到的局部放電信號的帶寬在100kHz左右，在此頻段進行數據采集經常會受到來自設備開斷、外部空間的噪聲干擾，所以，傳統的使用脈沖電流法的檢測設備往往只能在實驗室的條件下使用。此項目產品使用高速采集的方式，有效的避開外部干擾，具有很強的抗噪聲能力。

4.5工頻同步及故障定位

該系統不僅可以測量局放視在放電量的大小，還可以與被監測設備進行工頻同步，可以檢測出局部放電具體發生的相位區間，并由此可以進行局放類型識別與故障定位。

4.6通用數據訪問接口

分析主機自帶SD卡、以太網口、RS485接口和USB接口，提供對一體化存儲數據資源的訪問服務。

4.7通用數據管理平臺

后臺科提供強大的管理及分析功能，可以直觀的管理每臺分析器及每個通道的數據，并可將特定通道數據進行調取分析，并通過實時顯示的方式，看到該通道下采集到的局放信號。依靠此平臺，管理人員可以方便的查詢、分析每臺設備健康狀況。

4.8遠程數據傳輸

設計使用GPRS通信功能，可以與移動設備進行連接，方便相關人員及時得到設備狀態信息。

該項目可利用6KV開關柜的帶電顯示裝置的電容傳感器進行局部放電在線監測、在線校準符合IEC60270-2000及GB/T7354-2003標準。

4.9通用性

該項目采集傳感器體積小，安裝方便，可在現有的設備上改造安裝本系統。例如勵磁變壓器、高壓電動機等設備更換母線或電纜終端的支撐絕緣子為電容式支撐絕緣子即可實現局部放電的長期在線監測，改造簡單，運行穩定可靠。

五、項目實施的具體內容和技術路線

5.1系統抗噪技術的研究

我們在研發的過程中選擇軟硬件相結合的方式來提高信噪比。具體開發內容如下：團隊在設計該系統的放大器時全面的考慮了功能、易用性等方面的問題，選擇了開關柜中普遍配置的絕緣子式電容傳感器。團隊在設計放大器時將帶寬設計為10mHz以上，并在信號處理的過程中基本濾除了三個信號接口中的共模信號，以達到降低背景噪聲的目的。

5.2故障定位

多數時刻，我們不僅希望實時監控電氣設備的局部放電視在放電量，而且希望在設備出現較為嚴重的局部放電時，我們能對故障進行大致的定位，以方便后續的檢修工作。該項目產品通過判斷局部放電出現的相位位置，實現了基本的故障定位功能。

5.3局放分析主機與后臺的通訊

局放分析主機配有SD卡、以太網口、RS485接口和USB接口，可以以160kbps的速度直接向后臺實時傳輸監測到的局部放電數據。

5.4成果效益分析

本系統實時監測到的數據傳輸到電力綜合數據網，使用戶實時了解到高壓電氣設備的工作狀態。正逐漸成為衡量電網智能化和可靠運行的重要指標之一。

本技術在局部放電技術方向是國內領先的，在這一點上我們結合多年的運行現場檢測經驗及經過大量對比分析得出來的結論，同時該科技創新技術面對發電廠眾多電氣設備可以從基礎配置的角度實現局放在線監測，便于運行人員和設備管理人員提前安排計劃檢修，及時消除設備的潛在絕緣隱患，很大程度的提高了設備的安全穩定性、有效的控制了故障的進一步擴大化。

通過給設備配置局部放電在線監測系統，可以減少設備的故障率，使設備安全運行，減少了供電部門的維護費用。

參? 考? 文? 獻

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