便攜式智能局部放電檢測儀的開發技術分析

周曉峰，景建鋒，周曉磊，鄭才偉，王洪曉

（國網河南省電力公司 登封市供電公司，河南 登封 452470）

0 引 言

開展局部放電檢測是電力設備絕緣缺陷檢測和診斷的重要手段。目前，局部放電檢測裝置存在建設不同步、廠家型號眾多、精度與可靠性偏差、檢測數據碎片化、共享能力不足、重復投資大、人工分析數據效率及數據利用率低等一系列問題。為解決存在的問題，本文設計開發了便攜式智能局部放電檢測儀[1]。便攜式智能局部放電檢測儀應用了智能無線局部放電傳感器、局部放電智能診斷儀以及局部放電數據分析診斷軟件中心等，能夠實現對變電站現場的多場景局部放電數據的在線監測、人工巡檢帶電檢測以及遠方局部放電分析系統的實時在線交互，極大地提高了變電站局部放電檢測效率。

1 局部放電的原理及檢測方法分析

1.1 局部放電的原理分析

局部放電指電氣設備的部分絕緣區域受到電場作用而出現的放電現象，但此時絕緣系統并沒有出現擊穿。電氣設備出現局部放電現象的主要原因是電介質不均勻，導致絕緣系統各個區域承受的電場強度不同。當某個承受電場強度較弱的區域出現擊穿現象時，電氣設備就會出現放電現象，但是其他未擊穿區域依然保持著絕緣狀態[2,3]。電氣設備的電介質出現不均勻的原因有很多，如電介質中存在雜質、氣泡或者水分等。

1.2 局部放電的檢測方法分析

電氣設備局部放電的檢測方法包括超聲波法、高頻電流法以及特高頻法等，這些檢測方法在實際應用中取得了良好效果。超聲波法是當電纜發生局部放電時，借助超聲波傳感器采集局部放電行為并發出超聲波[4]。但是，超聲波容易衰減，檢測范圍較小。高頻電流局部放電檢測方法是當電氣設備發生局部放電時出現脈沖電流信號，借助高頻電流傳感器實現對脈沖電流的檢測。傳感器在電流檢測過程中容易受到外界電磁干擾的影響，導致檢測結果不準確。高頻電流局部放電檢測方法的原理如圖1所示。

圖1 高頻電流局部放電檢測法

特高頻法是當出現局部放電現象時，脈沖電流在較短的時間內快速增加，產生高頻電磁波，通過傳感器來檢測高頻電磁波檢測局部放電現象[5,6]。便攜式智能局部放電檢測儀的開發可以設置切換開關，綜合利用這些方法開展局部放電的檢測。

2 便攜式智能局部放電檢測儀的開發

2.1 便攜式智能局部放電檢測儀的硬件結構

便攜式智能局部放電檢測儀由信號采集功能模塊、信號處理模塊以及便攜式主機等部分組成。便攜式主機設置局部放電檢測軟件系統。便攜式智能局部放電檢測儀的結構如圖2所示。

圖2 便攜式智能局部放電檢測儀結構

便攜式智能局部放電檢測儀結構共設置4個數據采集通道，包括2個高頻脈沖電流傳感器（High Frequency Current Transformer，HFCT）、1個超高頻（Ultra High Frequency，UHF）處理單元和1個AE通道等，能提高數據傳輸的可靠性。無線局部放電傳感器可以借助4個通道中任意1個進行數據采集。首先，將采集的數據傳輸給前置處理單元，可以對數據進行放大和濾波處理[7]。其次，將處理完的數據傳輸到主板和采集卡進行模數轉換。最后，將信號傳輸到便攜式局部放電測試主機，得到局部放電的檢測結果。便攜式智能局部放電檢測儀中可以通過切換設備開關切換不同的局部放電檢測方法。

2.2 便攜式智能局部放電檢測儀中的分析診斷軟件

便攜式智能局部放電檢測儀中的分析診斷軟件能夠處理采集卡發送的信號，并將檢測結果展示給操作人員。分析診斷軟件的界面包括工具欄、圖形展示區域和系統信息展示區域等。軟件的運行模式包括實時診斷和連續采樣2種類型。

便攜式智能局部放電檢測儀在連續采樣的模式下運行，能夠采集電力設備中的原始信號，并在時域內展示波形，而操作人員可以在觀測窗口直觀查看信號。便攜式智能局部放電檢測儀在實時診斷模式運行時，需要采集某一段時間內的信號，通過分析這段時間采集的信號，得到信號特征圖譜和檢測結果[8,9]。在信號的特征圖譜中，可以看出電氣設備的放電次數、放電幅值、放電量以及相位等信息，將生成的局部放電檢測文檔儲存在便攜式主機。

3 便攜式智能局部放電檢測儀的應用

便攜式智能局部放電檢測儀對變電站電氣設備的維護具有重要作用。地理信息系統（Geographic Information System，GIS）設備容易出現局部放電情況，下面將以GIS設備局部放電檢測為例進行分析。便攜式智能局部放電檢測儀在實際檢測應用中，GIS設備、檢測儀和傳感器之間的接線如圖3所示。

圖3 便攜式智能局部放電檢測儀在應用中的接線

從圖3可以看出，傳感器設備和絕緣子相連，感知來自絕緣子的局部放電信號。檢測裝置利用同軸電纜和傳感器設備相連，將局部放電信號傳輸到檢測裝置。在便攜式智能局部放電檢測裝置中，可以采取超聲波和超高頻相結合的檢測方法。這種檢測方法電磁波的傳播速度大于超聲波的傳播速度，所以可以以超高頻電磁波信號作為參考標準。移動超聲波傳感器的位置，使信號的時延最短，此時超聲波傳感器與局部放電源頭距離最近[10]。根據局部放電信號到超高頻和超聲波傳感器的時間差，結合超聲波的傳播速度，可以得出局部放電源頭和傳感器之間的距離。超聲波信號的時延如圖4所示。

圖4 超聲波信號的時延

圖4中，t表示電信號和聲信號的時間差。由于電信號的傳播時間短，故t可用于表示聲信號的傳播時間。局部放電源頭和傳感器之間的距離為

式中：v1和v2分別為電信號和聲信號的傳播速度。通過計算局部放電源頭和傳感器之間的距離s，實現對GIS設備局部放電點的檢測。

4 結 論

文章對便攜式智能局部放電檢測儀的開發技術進行分析和介紹。通過局部放電檢測儀在實際電力設備的應用發現，它能有效提高電力設備的專業分析技術與管理水平，減少人為因素對局部放電檢測結果的影響，避免檢測過程出現數據統計分析錯誤，有效提高電力企業的供電可靠性和服務水平。