開(kāi)關(guān)柜TEV局放檢測(cè)裝置校驗(yàn)評(píng)價(jià)方法的研究

易滿成，王波，蘇海博，楊鵬，顧春暉

(廣州供電局電力試驗(yàn)研究院，廣東廣州510000)

開(kāi)關(guān)柜TEV局放檢測(cè)裝置校驗(yàn)評(píng)價(jià)方法的研究

易滿成，王波，蘇海博，楊鵬，顧春暉

(廣州供電局電力試驗(yàn)研究院，廣東廣州510000)

基于地電波(TEV)原理的10kV開(kāi)關(guān)柜的局部放電檢測(cè)裝置被廣泛用于國(guó)內(nèi)外各大電力公司，但各廠家的裝置在測(cè)量準(zhǔn)確度、靈敏度等方面都存在較大差異。本文針對(duì)10kV開(kāi)關(guān)柜的工作環(huán)境，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一套TEV局放檢測(cè)的校驗(yàn)裝置，裝置輸出信號(hào)幅值、頻率、衰減度等性能誤差小于5%。通過(guò)該校驗(yàn)裝置可對(duì)TEV傳感器和TEV局放檢測(cè)裝置的靈敏度和準(zhǔn)確性進(jìn)行測(cè)量，最后提出頻帶、靈敏度、線性度、脈沖計(jì)數(shù)及量值標(biāo)定的方法，為提升各類監(jiān)測(cè)裝置的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性和可靠性提供了重要的技術(shù)保證。

局放;TEV;信號(hào)源;靈敏度;校驗(yàn)

1 引言

開(kāi)關(guān)柜普遍應(yīng)用于電網(wǎng)中，局部放電是其絕緣缺陷的主要表現(xiàn)形式之一［1］，局放檢測(cè)［2，3］也是評(píng)估開(kāi)關(guān)柜內(nèi)設(shè)備絕緣狀況的有效手段?；赥EV原理的局部放電檢測(cè)設(shè)備具有傳播過(guò)程衰減較小，能夠?qū)崿F(xiàn)良好的檢測(cè)靈敏度;可根據(jù)電磁脈沖信號(hào)的衰減和時(shí)差對(duì)開(kāi)關(guān)柜的局部放電源進(jìn)行定位;可分析出開(kāi)關(guān)柜局部放電類型等優(yōu)點(diǎn)，在開(kāi)關(guān)柜的局部放電檢測(cè)中獲得了廣泛的應(yīng)用。

然而，在實(shí)際運(yùn)用中發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)基于TEV的檢測(cè)設(shè)備均存在靈敏度不高、重復(fù)性差、不能可靠定位等問(wèn)題，因而有必要研制TEV局放檢測(cè)校驗(yàn)裝置，從而保證TEV局放檢測(cè)裝置的精度和準(zhǔn)確性［4－9］。

本文基于TEV產(chǎn)生原理及開(kāi)關(guān)柜的工作環(huán)境，設(shè)計(jì)了一套TEV局放檢測(cè)的校驗(yàn)裝置，該裝置輸出信號(hào)幅值、頻率、衰減度等性能誤差小于5%，通過(guò)校驗(yàn)裝置可檢測(cè)TEV局放儀的頻帶、靈敏度、線性度、脈沖計(jì)數(shù)等參數(shù)，并提出了具體的裝置性能評(píng)價(jià)方法，為提升各類監(jiān)測(cè)裝置的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性和可靠性提供了重要的技術(shù)保證。

2 TEV局放檢測(cè)裝置系統(tǒng)組成

根據(jù)TEV產(chǎn)生和TEV局放檢測(cè)原理，結(jié)合高壓開(kāi)關(guān)柜設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)情況，本文設(shè)計(jì)了一套TEV局放檢測(cè)的校驗(yàn)裝置［10］，該整體裝置包括TEV信號(hào)源、TEV信號(hào)回路及外箱三部分組成，如圖1所示。

圖1 TEV局放校驗(yàn)系統(tǒng)原理圖

TEV信號(hào)源為正弦信號(hào)發(fā)生器，模擬電磁波在金屬板表面產(chǎn)生的TEV，以50Ω同軸電纜連接正弦發(fā)生器和金屬板，并通過(guò)50Ω匹配電阻接地。TEV傳感器在金屬板上測(cè)量，同時(shí)金屬板上接標(biāo)準(zhǔn)電容至頻譜儀，通過(guò)頻譜儀可獲得TEV信號(hào)的幅值、頻率等。

3 信號(hào)源準(zhǔn)確性

對(duì)TEV暫態(tài)地電壓校驗(yàn)裝置信號(hào)源及信號(hào)回路進(jìn)行整體性能測(cè)試，包括輸出幅值、頻率以及衰減度測(cè)試，選取兩個(gè)測(cè)試點(diǎn)，測(cè)試點(diǎn)1位于信號(hào)發(fā)生器輸出端，測(cè)試點(diǎn)2位于金屬板表面，如圖2所示。

圖2 信號(hào)源測(cè)試

測(cè)試點(diǎn)1和測(cè)試點(diǎn)2測(cè)試值與信號(hào)源電壓幅值間的關(guān)系如圖3所示。信號(hào)源輸出幅值與信號(hào)回路測(cè)試幅值兩者之間的變化不大，誤差最大為2.58%，最小為0.48%;信號(hào)源頻率與實(shí)測(cè)頻率兩者之間的變化不大，誤差最大為1%，最小為0，TEV校驗(yàn)裝置的信號(hào)源輸出頻率誤差小于5%。綜上所述，TEV校驗(yàn)裝置的信號(hào)源輸出幅值、頻率等性能誤差小于5%，滿足性能要求，并且整體衰減度小于5%，滿足TEV校驗(yàn)裝置需求。

圖3 TEV測(cè)試儀器測(cè)試值與電壓幅值

4 TEV傳感器靈敏度測(cè)試

按照?qǐng)D2的TEV局放校驗(yàn)系統(tǒng)原理圖進(jìn)行接線，信號(hào)發(fā)生器輸出頻率3～100MHz的高頻信號(hào)，將TEV傳感器與頻譜儀連接，觀察頻譜儀接收到信號(hào)的頻率和幅值。如果TEV傳感器接收的信號(hào)同信號(hào)發(fā)生器輸出信號(hào)(標(biāo)準(zhǔn)信號(hào))的頻譜一致性較好，則表示該TEV傳感器靈敏度較好;反之，則表示該TEV傳感器靈敏度較差。

傳感器的上下限頻率為左右相對(duì)下降3dB邊頻點(diǎn)，理想的傳感器應(yīng)該是在檢測(cè)頻帶之間信號(hào)無(wú)損通過(guò)，一般來(lái)說(shuō)傳感器和標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源的線性相對(duì)誤差應(yīng)該保持在10%以內(nèi)，一致性越好的相對(duì)靈敏度越高。1號(hào)和2號(hào)傳感器接收到的頻譜如圖4和圖5。1號(hào)傳感器接收的信號(hào)和標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)一致性較差，2號(hào)傳感器接收的信號(hào)和標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)一致性較好，由此可以得出2號(hào)較1號(hào)傳感器靈敏度更高。

圖4 1號(hào)TEV傳感器頻譜圖

圖5 2號(hào)TEV傳感器頻譜圖

5 TEV局放檢測(cè)儀靈敏度測(cè)試

基于TEV傳感器靈敏度較好的情況下，進(jìn)行局放檢測(cè)儀的靈敏度測(cè)試，方法如下:

步驟1:信號(hào)發(fā)生器輸出3～100MHz的高頻信號(hào)，觀察頻譜儀接收信號(hào)的幅值，得到幅值最大點(diǎn)處的頻率。

步驟2:以步驟1中得到的幅值最大點(diǎn)處的頻率為信號(hào)發(fā)生器的輸出信號(hào)頻率，調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器輸出信號(hào)的幅值，觀察局放檢測(cè)儀檢測(cè)到的信號(hào)，找出局放檢測(cè)儀在該頻率下能檢測(cè)到的最小信號(hào)值，即該頻率下局放檢測(cè)儀靈敏度。

基于對(duì)傳感器1和傳感器2的靈敏度測(cè)試結(jié)果，可得到2號(hào)傳感器頻譜圖，找出幅值最大點(diǎn)處的頻率為16.6MHz，如圖6所示。

將信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率設(shè)置為16.6MHz，調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器輸出信號(hào)的幅值，觀察局放檢測(cè)儀檢測(cè)到的信號(hào)，找出局放檢測(cè)儀在該頻率下能檢測(cè)到的最小信號(hào)值，如圖7所示。

圖6 3號(hào)TEV傳感器幅值最大點(diǎn)處頻譜圖

圖7 局放圖譜

觀察局放檢測(cè)儀放電圖譜，可以得出，在頻率為16.6MHz時(shí)，該局放檢測(cè)儀靈敏度為58.2dBuV。

6 TEV局放檢測(cè)裝置校驗(yàn)方法

6.1 檢測(cè)頻帶校驗(yàn)

將正弦信號(hào)發(fā)生器輸出信號(hào)幅值調(diào)至適當(dāng)大小，在規(guī)定的上下截止頻率之間改變正弦波的頻率，找出待測(cè)儀器輸出信號(hào)基本恒定區(qū)域中的頻率，以此作為基準(zhǔn)頻率。

逐漸降低正弦波信號(hào)的頻率，保證輸出電壓幅值不變，找出被測(cè)儀器歸一化輸出降到0.501時(shí)的頻率點(diǎn)(－6dB點(diǎn))，此點(diǎn)即為實(shí)測(cè)的下限截止頻率。同理找出實(shí)測(cè)的上限頻率，計(jì)算上、下限截止頻率的誤差。計(jì)算包絡(luò)面積。

6.2 檢測(cè)靈敏度校驗(yàn)

在頻率范圍內(nèi)，將信號(hào)發(fā)生器輸出信號(hào)的頻率調(diào)節(jié)至適當(dāng)大小，調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器輸出信號(hào)幅值，觀察局放檢測(cè)儀檢測(cè)到的信號(hào)，找出局放儀在該頻率下能檢測(cè)到的最小信號(hào)值，即該頻率下的靈敏度。

6.3 線性度誤差試驗(yàn)

測(cè)試時(shí)設(shè)置信號(hào)發(fā)生器輸出正弦信號(hào)的頻率固定為3～100MHz之間的某一頻率值，調(diào)節(jié)信號(hào)幅值使局放儀輸出大于等于30dB，記錄頻譜儀測(cè)量值和局放儀測(cè)量值;按比例降低信號(hào)幅值，記錄局放儀輸出的相應(yīng)示值，即可計(jì)算其線性度誤差。

6.4 脈沖計(jì)數(shù)校驗(yàn)

設(shè)置信號(hào)發(fā)生器輸出脈沖信號(hào)，改變信號(hào)發(fā)生器輸出的電壓幅值，使被測(cè)儀器的讀數(shù)大于等于20dB，調(diào)節(jié)脈沖重復(fù)頻率為0.5～10kHz中的某一值或若干可選值，同時(shí)觀察并記錄被測(cè)儀器2s脈沖讀數(shù)和設(shè)置的實(shí)際脈沖數(shù)，即可計(jì)算脈沖計(jì)數(shù)的測(cè)量誤差。

6.5 量值標(biāo)定

調(diào)節(jié)高頻信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率，使幅值達(dá)到最高并維持頻率不變，調(diào)節(jié)輸出信號(hào)幅值至適當(dāng)大小，即可用高頻信號(hào)發(fā)生器上的輸出幅值來(lái)標(biāo)定被測(cè)儀器在該點(diǎn)所測(cè)的量值。

7 結(jié)論

本文根據(jù)TEV產(chǎn)生和TEV局放檢測(cè)原理，結(jié)合高壓開(kāi)關(guān)柜設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)情況，設(shè)計(jì)了一套TEV局放檢測(cè)的校驗(yàn)裝置，該整體裝置包括TEV信號(hào)源、TEV信號(hào)回路及外箱三部分組成，并對(duì)TEV信號(hào)源和信號(hào)回路進(jìn)行了多次試驗(yàn)，驗(yàn)證了該裝置的可靠性和精度。通過(guò)校驗(yàn)裝置可檢測(cè)TEV局放儀的頻帶、靈敏度、線性度、脈沖計(jì)數(shù)等參數(shù)，為提升各類監(jiān)測(cè)裝置的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性和可靠性提供了重要的技術(shù)保證。

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The Calibration and Evaluation Method Research of TEV Partial Discharge Detection Device

YI Man-cheng，WANG Bo，SU Hai-bo，YANG Peng，GU Chun-hui
(Electric Power Test and Research Institute of Guangzhou Power Supply Bureau，Guangzhou 510000，China)

The partial discharge detection device for 10kV switchgear is widely used in major domestic and international power companies，the device is based on the thesis of transient earth voltage，but the manufacturers of the devices are quite different in the measurement accuracy，sensitivity and other aspects.In this paper，F(xiàn)or detecting and calibrating the working environment of 10kV switchgear，a set of partial discharge detection TEV calibration device was designed and developed，the signal output error of the device is less than 5%in the amplitude，frequency，attenuation and other properties.The calibration system can check the sensitivity of TEV sensor and partial discharge device，and guarantee accuracy and veracity for partial discharge testing.At the end，this paper presents frequency band，sensitivity，linearity，pulse count and measure calibration method which provides important technical assurance to enhance the accuracy，stability and reliability of various types of monitoring devices.

partial discharge;TEV;signal source;sensitivity;calibration

TM59

B

1004－289X(2016)04－0013－04

2015－10－23

易滿成(1985－)，男，廣東廣州人，碩士，工程師，主要從事電力設(shè)備材料的入網(wǎng)質(zhì)量檢驗(yàn)研究工作。

新型狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置技術(shù)性能驗(yàn)證平臺(tái)及評(píng)價(jià)體系研究與應(yīng)用(K－GZM2013－005)