基于超聲檢測(cè)的高壓電容器故障檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

顧志強(qiáng)

（國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司無(wú)錫供電分公司， 江蘇 無(wú)錫 214000）

引言

隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的高速發(fā)展，用電需求越來(lái)越大，輸電電壓越來(lái)越高，電力系統(tǒng)的安全成為保障國(guó)計(jì)民生的大事[1]。多年以來(lái)，電力系統(tǒng)的科研人員一直致力于電力系統(tǒng)的安全性研究。為了確保整個(gè)電力系統(tǒng)的安全，首先就要及時(shí)地發(fā)現(xiàn)、排除電力設(shè)備中所存在的絕緣故障，尤其是在高壓輸電系統(tǒng)中。雖然造成絕緣故障的原因很多，但不可否認(rèn)的是，由于設(shè)備制造缺陷、材料質(zhì)量缺陷、長(zhǎng)期高負(fù)荷運(yùn)行造成的設(shè)備劣化、安裝不規(guī)范等原因造成的局部放電是導(dǎo)致電力設(shè)備故障的主要因素之一。統(tǒng)計(jì)分析表明，60%以上的重大電力事故都是由于電氣設(shè)備的局部放電引起的。因此，如何有效地檢測(cè)局放成為保障電力系統(tǒng)安全的前提之一。

在早期的高壓電氣設(shè)備絕緣性能檢測(cè)方法中，通過(guò)檢測(cè)設(shè)備的放電量評(píng)價(jià)設(shè)備的絕緣情況成為主要研究方向之一，作為一種帶電檢測(cè)方式曾廣泛應(yīng)用于電力設(shè)備檢修[1-3]。然而，隨著現(xiàn)代電力系統(tǒng)的發(fā)展，電壓越來(lái)越高，設(shè)備越來(lái)越多，高壓電力電容器、GIS等高壓電氣設(shè)備的絕緣劣化也越來(lái)越普遍，上述方式已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足實(shí)際應(yīng)用需求[4]。作為故障的前兆，高壓電氣設(shè)備在故障發(fā)生前總是伴隨著對(duì)應(yīng)的局部放電，會(huì)產(chǎn)生超聲波、電磁波、發(fā)光、高頻振動(dòng)等諸多物理現(xiàn)象[1，5-7]。隨著電子技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)的發(fā)展，可以準(zhǔn)確地采集由局部放電而激發(fā)的聲、光、電等信號(hào)，并通過(guò)分析此類(lèi)信號(hào)確定局部放電的類(lèi)型和強(qiáng)度，從而對(duì)高壓電氣設(shè)備的絕緣性能進(jìn)行較為準(zhǔn)確地判斷。因此，局放檢測(cè)技術(shù)成為對(duì)高壓電氣設(shè)備絕緣性能的早期、預(yù)防性診斷的主要技術(shù)手段。

常用的局放信號(hào)主要有超高頻、甚高頻、超聲波等[8-10]。相對(duì)于超高頻、甚高頻而言，高壓電氣設(shè)備所在環(huán)境中的電磁場(chǎng)對(duì)超聲波的干擾最小。因此，超聲波被廣泛應(yīng)用于高壓電氣設(shè)備的故障檢測(cè)中[4]。一般而言，基于超聲波檢測(cè)的高壓電氣設(shè)備故障檢測(cè)系統(tǒng)主要包括三個(gè)模塊，分別為：傳感器模塊、信號(hào)采集與處理模塊、數(shù)據(jù)分析與顯示等，具體如圖1所示。

圖1 電力電容器故障檢測(cè)系統(tǒng)

其中，傳感器模塊主要是通過(guò)高靈敏度的超聲波傳感器收集由局部發(fā)電而激發(fā)的超聲波信號(hào)。信號(hào)采集與處理模塊接收由傳感器模塊所捕獲的超聲波信號(hào)，然后通過(guò)硬件電路去噪、提取信號(hào)包絡(luò)、完成特征分析、特征提取等一系列過(guò)程，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)特征信息的提取，并上傳給服務(wù)器端。數(shù)據(jù)分析與顯示模塊通過(guò)軟件系統(tǒng)在終端計(jì)算機(jī)或服務(wù)器上實(shí)現(xiàn)對(duì)局放數(shù)據(jù)的進(jìn)一步特征分析、提取，對(duì)可能的局放類(lèi)型、局放強(qiáng)度、局放趨勢(shì)等進(jìn)行評(píng)估并實(shí)時(shí)報(bào)警，計(jì)算各通道的局放數(shù)據(jù)多對(duì)應(yīng)的二維、三維圖譜，以非常直觀的形態(tài)向管理者顯示。為了便于事后分析，相應(yīng)的數(shù)據(jù)需要按照一定的格式存入數(shù)據(jù)庫(kù)中，可以通過(guò)數(shù)據(jù)回復(fù)查看一段時(shí)間內(nèi)各個(gè)通道的歷史數(shù)據(jù)。在上述三個(gè)模塊中，傳感器模塊主要由傳感器完成對(duì)應(yīng)局放信號(hào)的收集，信號(hào)采集與處理模塊主要由采集卡硬件電路完成，而數(shù)據(jù)分析、顯示與診斷模塊主要是通過(guò)軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。本文針對(duì)信號(hào)分析、顯示與診斷模塊，詳細(xì)闡述該軟件系統(tǒng)的需求、主要功能、具體設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過(guò)程，并通過(guò)具體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了本系統(tǒng)能夠有效地完成數(shù)據(jù)的分析、顯示和故障自動(dòng)報(bào)警功能。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，本文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)能夠較好地實(shí)現(xiàn)對(duì)各類(lèi)故障的預(yù)測(cè)，準(zhǔn)確率達(dá)到了90%。

1 系統(tǒng)需求分析

基于超聲波的局部放電在線(xiàn)檢測(cè)軟件系統(tǒng)通過(guò)檢測(cè)高壓電氣設(shè)備的局部放電信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)電器設(shè)備絕緣性能的評(píng)判，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并跟蹤電氣設(shè)備的健康狀態(tài)，幫助電力公司管理人員提前消除電力事故隱患，提高高壓電氣設(shè)備運(yùn)行的可靠性，有效提升整個(gè)電力系統(tǒng)的安全性。因此，基于超聲波的高壓電容器故障檢測(cè)軟件系統(tǒng)需要具備以下功能。

1）能夠準(zhǔn)確、可靠地檢測(cè)放電相位、最大放電強(qiáng)度、一定時(shí)間內(nèi)的放電次數(shù)等表征局部放電類(lèi)型、強(qiáng)度的數(shù)據(jù)。

2）能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)放電類(lèi)型、放電強(qiáng)度的自動(dòng)評(píng)判，根據(jù)評(píng)判結(jié)果預(yù)測(cè)高壓電氣設(shè)備發(fā)生故障的可能性，并實(shí)現(xiàn)多種方式自動(dòng)預(yù)警，提醒檢修人員及時(shí)排除潛在的故障。

3）能夠通過(guò)多種通信方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，能夠通過(guò)TCP/IP通訊方式實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信，做到主控室的集中監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。

4）具有豐富的多種圖譜實(shí)時(shí)顯示，能夠?yàn)楣芾砣藛T做出正確的判斷提供必要的、全面的數(shù)據(jù)，從而提高故障最終診斷的準(zhǔn)確性。

5）能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)相關(guān)參數(shù)的實(shí)時(shí)設(shè)置、調(diào)整，及時(shí)顯示裝置的運(yùn)行狀態(tài)和報(bào)警指示。

6）能夠提供大容量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)（至少一個(gè)月）都能夠通過(guò)查詢(xún)、回放查看各個(gè)設(shè)備的局放數(shù)據(jù)、報(bào)警數(shù)據(jù)和趨勢(shì)數(shù)據(jù)。

在整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)中，信號(hào)采集設(shè)備（采集卡）作為系統(tǒng)的客戶(hù)端，需要采集由超聲傳感器所收集到的超聲波信號(hào)，通過(guò)一系列處理后將數(shù)據(jù)傳送給服務(wù)器端。整個(gè)軟件系統(tǒng)作為服務(wù)器端實(shí)現(xiàn)對(duì)采集設(shè)備所傳輸數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理，以多種圖譜實(shí)時(shí)顯示在屏幕上，方便管理人員及時(shí)觀察、分析。同時(shí)，服務(wù)器端還需要能夠?qū)υO(shè)備狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)評(píng)估，對(duì)各通道參數(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程配置，實(shí)現(xiàn)圖譜數(shù)據(jù)、報(bào)警數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，為管理人員提高數(shù)據(jù)查詢(xún)服務(wù)和統(tǒng)計(jì)報(bào)表服務(wù)。

實(shí)時(shí)放電圖譜顯示分以下幾個(gè)部分內(nèi)容。

1）能夠?qū)崟r(shí)顯示各個(gè)通道的局部放電信號(hào)三維N-Q-φ（放電次數(shù)-放電量-相位）放電圖譜，一般以50個(gè)連續(xù)工頻周期為一組，按照一定的規(guī)則實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)通道的輪詢(xún)。

2）能夠?qū)崟r(shí)顯示各個(gè)通道的局部放電信號(hào)二維Q-φ（放電量-相位）放電圖譜。

3）能夠?qū)崟r(shí)顯示各個(gè)通道的局部放電信號(hào)二維N-φ（放電次數(shù)-相位）放電圖譜。

4）能夠?qū)崟r(shí)顯示各個(gè)通道的局部放電信號(hào)三維PRPS放電圖譜。

5）能夠?qū)崟r(shí)顯示各個(gè)通道的局部放電信號(hào)二維橢圓圖譜。

6）實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前圖譜所對(duì)應(yīng)通道的連接狀態(tài)，在發(fā)生局部放電時(shí)能夠顯示局部放電開(kāi)始后所采集的局放數(shù)據(jù)的平均值、局放最大值和單位時(shí)間內(nèi)的放電次數(shù)最大值。

7）能夠自動(dòng)計(jì)算局放類(lèi)型、局放強(qiáng)度，并根據(jù)系統(tǒng)所設(shè)定的報(bào)警模式對(duì)異常的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行多種方式的自動(dòng)報(bào)警。

局部放電信號(hào)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)各類(lèi)圖譜數(shù)據(jù)、報(bào)警數(shù)據(jù)、趨勢(shì)數(shù)據(jù)等三類(lèi)數(shù)據(jù)的較長(zhǎng)時(shí)間的存儲(chǔ)，方便管理人員事后查詢(xún)、統(tǒng)計(jì)和分析。局放數(shù)據(jù)查詢(xún)應(yīng)提供良好的人機(jī)交互功能，管理人員可以方便地查找一段時(shí)間內(nèi)的局放數(shù)據(jù)，可以多角度地觀察高壓電容器局放檢測(cè)結(jié)果。從應(yīng)用的角度分析，局放數(shù)據(jù)查詢(xún)應(yīng)具備以下功能。

1）能夠通過(guò)日期檢索、查詢(xún)二維Q-φ放電圖譜、二維Q-φ放電圖譜、三維N-Q-φ放電圖譜、三維PRPS放電圖譜和24 h趨勢(shì)圖。

2）在報(bào)警發(fā)生時(shí)，可以快速查看報(bào)警所對(duì)應(yīng)的三維N-Q-φ放電譜圖，便于管理人員快速做出準(zhǔn)確判斷。

3）提高遠(yuǎn)程查詢(xún)功能，可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)、手機(jī)的在線(xiàn)查詢(xún)，方便遠(yuǎn)程管理。

4）能夠分別查詢(xún)一段時(shí)間內(nèi)單個(gè)通道或多個(gè)通道的放電趨勢(shì)。

5）可以查詢(xún)?cè)O(shè)備多個(gè)通道在一段時(shí)間內(nèi)的放電趨勢(shì)。

6）提供數(shù)據(jù)導(dǎo)出接口，可以導(dǎo)出一段時(shí)間內(nèi)對(duì)應(yīng)設(shè)備的數(shù)據(jù)。

參數(shù)配置管理主要實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)通道參數(shù)的配置，保存已配置好的參數(shù)并在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)管理，同時(shí)需要實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)通道所對(duì)應(yīng)的報(bào)警參數(shù)的配置和保存。通過(guò)參數(shù)配置管理實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的可靠性管理，提高系統(tǒng)的配置效率。自動(dòng)報(bào)警主要根據(jù)局放信號(hào)所求取的局放類(lèi)型、強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)聲、光、電的實(shí)時(shí)報(bào)警，及時(shí)提醒管理人員發(fā)現(xiàn)故障、設(shè)備檢修人員通過(guò)檢修解決問(wèn)題，從而可以有效避免重大事故的發(fā)生。趨勢(shì)分析可以幫助管理人員實(shí)時(shí)了解電力設(shè)備的劣化趨勢(shì)，對(duì)快速劣化設(shè)備需要提高警惕。

系統(tǒng)管理模塊主要提供三類(lèi)用戶(hù)權(quán)限：超級(jí)用戶(hù)、管理用戶(hù)和一般用戶(hù)。超級(jí)用戶(hù)擁有系統(tǒng)的最高管理權(quán)限，可以對(duì)系統(tǒng)的配置參數(shù)進(jìn)行修改，增加、刪除或更改設(shè)備或者通道信息，數(shù)據(jù)錄入、刪除等。同時(shí)，系統(tǒng)還用超級(jí)用戶(hù)提供了遠(yuǎn)程控制、訪問(wèn)、數(shù)據(jù)查詢(xún)功能。管理用戶(hù)擁有系統(tǒng)的較高權(quán)限，可以配置、修改系統(tǒng)配置，但不能刪除數(shù)據(jù)。一般用戶(hù)只能本地查看數(shù)據(jù)，不能對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行配置，也不具備遠(yuǎn)程控制、查詢(xún)功能。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

由上述分析可知，本文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的電容器故障檢測(cè)系統(tǒng)主要包括以下功能：系統(tǒng)各類(lèi)參數(shù)的動(dòng)態(tài)設(shè)置、調(diào)整，超聲波局部放電信號(hào)的實(shí)時(shí)高速采集、傳輸與分析，局放圖譜的統(tǒng)計(jì)、顯示和保存，趨勢(shì)數(shù)據(jù)的計(jì)算、保存，歷史數(shù)據(jù)的查詢(xún)及顯示，依據(jù)局放數(shù)據(jù)計(jì)算故障類(lèi)型和劣化程度并實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)報(bào)警，報(bào)警數(shù)據(jù)的保存、遠(yuǎn)程查詢(xún)，報(bào)表統(tǒng)計(jì)分析等。系統(tǒng)的總體流程框圖如圖2所示。

圖2 軟件系統(tǒng)總體流程框圖

圖2中，傳感器采集設(shè)備發(fā)生局部放電時(shí)所激發(fā)的信號(hào)，信號(hào)采集模塊主要是通過(guò)采集卡接收由傳感器傳送過(guò)來(lái)的設(shè)備放電時(shí)所形成的放電信號(hào)，并經(jīng)過(guò)整流、濾波、降噪等一系列處理，濾除信號(hào)中的隨機(jī)干擾、周期噪聲等，檢測(cè)放電信號(hào)中的有效局放信號(hào)，并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)送給服務(wù)器。服務(wù)器端通過(guò)TCP/IP協(xié)議實(shí)現(xiàn)與采集卡之間的高速通信，接收由采集卡處理后的局放超聲數(shù)據(jù)，通過(guò)一系列過(guò)程實(shí)現(xiàn)完成數(shù)據(jù)的分析、處理，形成多類(lèi)型圖譜并提取報(bào)警特征量，通過(guò)實(shí)時(shí)顯示模塊完成多類(lèi)型圖譜的實(shí)時(shí)顯示，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程在線(xiàn)檢測(cè)。自動(dòng)報(bào)警模塊通過(guò)接收由數(shù)據(jù)分析模塊提供的報(bào)警特征量，依據(jù)特征量實(shí)現(xiàn)聲、光、電報(bào)警、自動(dòng)電話(huà)報(bào)警等，并將報(bào)警信號(hào)送入數(shù)據(jù)庫(kù)中，通過(guò)歷史報(bào)警數(shù)據(jù)查詢(xún)模塊可以查詢(xún)歷史報(bào)警記錄，依據(jù)歷史報(bào)警記錄進(jìn)行趨勢(shì)分析。查詢(xún)/回放模塊通過(guò)檢索波形圖譜數(shù)據(jù)庫(kù)查詢(xún)特定通道的特定時(shí)間段的歷史數(shù)據(jù)，并以多種波形圖譜方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示，以方便事后判定。

在獲得由板卡發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù)之后，軟件平臺(tái)將數(shù)據(jù)送入數(shù)據(jù)分析處理單元，完成對(duì)數(shù)據(jù)的特征數(shù)據(jù)提取等，然后送入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示模塊，將數(shù)據(jù)按照要求轉(zhuǎn)換為圖形以直觀的形式進(jìn)行顯示。為了方便各種不同應(yīng)用需要，系統(tǒng)提供了PRPS圖譜、Q-φ?qǐng)D譜、N-φ?qǐng)D譜、N-Q-φ?qǐng)D譜、橢圓形圖譜等五種圖譜，以便滿(mǎn)足各種不同用戶(hù)的不同需求。另外，實(shí)時(shí)顯示過(guò)程中可以手工設(shè)置不同的相位偏移角，以觀察在不同相位偏移角情況下圖譜的變化情況，可以幫助更好地對(duì)電容器運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行在線(xiàn)檢測(cè)。圖3給出了PRPS圖譜、Q-φ?qǐng)D譜、N-φ?qǐng)D譜、N-Q-φ?qǐng)D譜等四種典型圖譜。

圖3 四種典型圖譜

參數(shù)配置主要完成對(duì)采集卡相關(guān)參數(shù)的設(shè)置，包括通道數(shù)、工頻周期、相位偏移、各個(gè)通道的采集閥值、最小脈寬和最大脈寬。另外，參數(shù)配置還實(shí)現(xiàn)了對(duì)自動(dòng)報(bào)警閥值的設(shè)置，包括最大放電量、平均放電量、單位時(shí)間的放電次數(shù)等。

另外，系統(tǒng)為了更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)局放數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的局放類(lèi)型的評(píng)判，在配置部分增加了四種典型局放類(lèi)型所對(duì)應(yīng)的局放圖譜作為專(zhuān)家?guī)欤谙到y(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中會(huì)根據(jù)實(shí)際結(jié)果實(shí)時(shí)地調(diào)整、補(bǔ)充該專(zhuān)家?guī)?，以便于能夠更為?zhǔn)確的鑒別各類(lèi)局放類(lèi)型。專(zhuān)家?guī)熘兴鶎?duì)應(yīng)的四種局放類(lèi)型圖譜如圖4所示。

圖4 專(zhuān)家?guī)熘兴姆N典型放電對(duì)應(yīng)的PRPS圖譜

在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、分析、處理、顯示完成之后，系統(tǒng)將所采集到的數(shù)據(jù)按照預(yù)定的格式存入到數(shù)據(jù)庫(kù)中，以方便管理人員查詢(xún)、分析。管理人員在需要時(shí)可以通過(guò)數(shù)據(jù)查詢(xún)模塊查詢(xún)某段時(shí)間的歷史數(shù)據(jù)，并以多種顯示方式將數(shù)據(jù)以圖形形式顯示，以方便管理人員分析數(shù)據(jù)并做出相應(yīng)的判斷。歷史數(shù)據(jù)查詢(xún)與顯示窗口如圖5所示。

圖5 歷史數(shù)據(jù)顯示

系統(tǒng)平臺(tái)在完成對(duì)某路通道的數(shù)據(jù)分析之后，依據(jù)歷史數(shù)據(jù)可以完成對(duì)故障發(fā)展趨勢(shì)的分析、評(píng)估和預(yù)測(cè)，以便判斷故障的惡化程度、惡化速度和對(duì)電力系統(tǒng)的影響，方便管理人員對(duì)微小故障的危害性判斷。如果故障的惡化程度發(fā)展很快，說(shuō)明小故障會(huì)很快演化為嚴(yán)重的故障，需要檢修人員盡快檢修、維護(hù)，如果故障的惡化速度緩慢，說(shuō)明此類(lèi)微小故障暫時(shí)還不會(huì)對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)造成嚴(yán)重影響，可以保持關(guān)注而暫不處理。趨勢(shì)分析模塊如圖6所示。

在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、分析、處理、顯示完成之后，系統(tǒng)將對(duì)局放信號(hào)的強(qiáng)度、特征、局放次數(shù)、局放類(lèi)型、單次放電量等特征進(jìn)行綜合分析和評(píng)價(jià)，以此作為是否需要報(bào)警的依據(jù)。如果判斷系統(tǒng)存在故障，系統(tǒng)將自動(dòng)生成報(bào)警信號(hào)，給出報(bào)警的故障類(lèi)型、報(bào)警級(jí)別等，分別采用聲、光、短信等方式向管理人員發(fā)出警告。多種類(lèi)型的報(bào)警方式可以有效滿(mǎn)足不同應(yīng)用需求和不同用戶(hù)級(jí)別，對(duì)嚴(yán)重的故障，除了向管理人員發(fā)出報(bào)警之外，還需要以短信方式向部門(mén)領(lǐng)導(dǎo)及時(shí)發(fā)出報(bào)警信息，以方便領(lǐng)導(dǎo)及時(shí)決策。在實(shí)時(shí)報(bào)警之后，系統(tǒng)將報(bào)警信息存入報(bào)警數(shù)據(jù)庫(kù)中，以方便查詢(xún)、分析和后續(xù)的責(zé)任判斷。

圖6 趨勢(shì)數(shù)據(jù)分析

3 系統(tǒng)測(cè)試

在完成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)并完整地實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)之后，對(duì)系統(tǒng)的各項(xiàng)功能進(jìn)行了全面的測(cè)試。首先，針對(duì)典型的放電類(lèi)型，本文設(shè)計(jì)了金屬針尖，內(nèi)部氣泡，懸浮電極和自由金屬等4種典型的放電模型，通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)以獲取放電波形和放電的基本特征量。

為測(cè)試本系統(tǒng)的實(shí)際性能，項(xiàng)目針對(duì)四種放電模型進(jìn)行了多組實(shí)驗(yàn)，首先選擇了三組不同類(lèi)型的高壓電容器，然后分別在高壓電容器中加入四種放電模型，接著給高壓電容器供電至2 000 V以上，激發(fā)較為明顯的局部放電，最后通過(guò)采集卡采集、處理局放激發(fā)的超聲波信號(hào)，并由軟件系統(tǒng)完成信號(hào)的最終處理，如果超過(guò)報(bào)警閾值就由系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并統(tǒng)計(jì)報(bào)警時(shí)所給出的局放類(lèi)型、放電次數(shù)、信號(hào)峰值等指標(biāo)。最終的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下頁(yè)表1所示。

由下頁(yè)表1的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以知道，在共計(jì)140次局放中，系統(tǒng)共檢測(cè)出局放139次，檢出率為99.3%；其中，測(cè)試結(jié)果與實(shí)際局放一致的共有125次，準(zhǔn)確率為89.3%；將局放類(lèi)型錯(cuò)誤檢測(cè)為其它局放類(lèi)型的共有14次，占比為10.0%；未成功檢測(cè)出的局放有1次，丟失率為0.7%。在類(lèi)型錯(cuò)誤的局放檢測(cè)結(jié)果中，最主要的是懸浮放電和自由微粒放電之間的類(lèi)型錯(cuò)誤，認(rèn)真分析二者之間的特征圖譜可以發(fā)現(xiàn)，相比于其它局放類(lèi)型，這兩類(lèi)局放所對(duì)應(yīng)的特征圖譜更為接近，因而可區(qū)分性稍弱。

表1 局放測(cè)試結(jié)果

本文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)已被應(yīng)用于鎮(zhèn)江供電公司所屬的化工變電站等24組電容器的故障監(jiān)測(cè)中，如圖9所示。自運(yùn)行以來(lái)，裝置及系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，能夠有效檢測(cè)由電容器劣化所激發(fā)的局放超聲波信號(hào)，并能夠判斷故障類(lèi)型、故障強(qiáng)度、故障的演化趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)故障的自動(dòng)預(yù)警，順利排除了一次電容器故障，避免了可能發(fā)生的重大電力事故，對(duì)電容器的穩(wěn)定運(yùn)行起到了關(guān)鍵作用。

圖7 現(xiàn)場(chǎng)圖

4 結(jié)論

本文系統(tǒng)地分析了電力電容器故障檢測(cè)軟件系統(tǒng)的需求，在此基礎(chǔ)上詳細(xì)闡述了該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案、功能模塊，并最終實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的全部功能。對(duì)系統(tǒng)的測(cè)試結(jié)果表明，該系統(tǒng)能夠有效地采集到局放所激發(fā)的超聲波信號(hào)，可以實(shí)現(xiàn)高速的數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)32通道的并行處理，對(duì)數(shù)據(jù)分析結(jié)果準(zhǔn)確、可靠，所給出的五類(lèi)圖譜信號(hào)真實(shí)反映了局放的基本特征，能夠根據(jù)局放信號(hào)準(zhǔn)確地檢測(cè)局放類(lèi)型、局放強(qiáng)度和劣化趨勢(shì)，實(shí)時(shí)完成故障報(bào)警。系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的歷史數(shù)據(jù)查詢(xún)方便、快捷，能夠再現(xiàn)原始信號(hào)的基本特征。同時(shí)，系統(tǒng)可以根據(jù)設(shè)置要求，定時(shí)生成各類(lèi)統(tǒng)計(jì)報(bào)表并自動(dòng)傳送給管理者，從而有效地協(xié)助管理人員及時(shí)、準(zhǔn)確地掌握區(qū)域內(nèi)電力電容器的運(yùn)行狀態(tài)，有效地保障了電網(wǎng)的安全。

模擬測(cè)試結(jié)果表明，該系統(tǒng)能夠有效地檢出局放，測(cè)試檢出率達(dá)到了99.3%，對(duì)四類(lèi)局部放電類(lèi)型的判定結(jié)果較為準(zhǔn)確，測(cè)試準(zhǔn)確率達(dá)到了89.3%，對(duì)故障的報(bào)警結(jié)果準(zhǔn)確、可靠。該系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施及帶電運(yùn)行表明，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，能夠有效地檢出由電容器劣化引發(fā)的局放信號(hào)，順利排除了一次故障，避免了事故的發(fā)生。

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