高壓設(shè)備強(qiáng)電局部放電在線監(jiān)測技術(shù)研究

摘要：為了提高高壓設(shè)備強(qiáng)電局部放電維護(hù)的有效性，對高壓電氣設(shè)備實(shí)施在線監(jiān)測，可以實(shí)現(xiàn)對高壓設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及放電情況的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測，可及時(shí)有效的對高壓設(shè)備出現(xiàn)的異常放電或故障進(jìn)行及時(shí)的處理，保障供電部門供電的可靠性，有效降低電力故障的發(fā)生。本文對有關(guān)內(nèi)容進(jìn)行分析，可供參考。

關(guān)鍵詞：高壓設(shè)備；強(qiáng)電；局部放電；在線監(jiān)測技術(shù)

一、局部放電在線監(jiān)測技術(shù)的基本含義

局部放電是指高壓設(shè)備表面出現(xiàn)絕緣層老化的現(xiàn)象，使設(shè)備的內(nèi)部存在縫隙，在電壓傳輸?shù)倪^程中設(shè)備表面很容易出現(xiàn)電荷集聚的情況，從而導(dǎo)致電氣設(shè)備出現(xiàn)局部放電的現(xiàn)象。一般的電力企業(yè)電氣設(shè)備日常傳輸?shù)碾妷壕鶠楦邏?，所以其表面積聚的電荷往往非常巨大，所形成的局部放電也多為強(qiáng)電。一旦電氣設(shè)備發(fā)生局部高壓放電，就很可能會給設(shè)備自身及其他設(shè)備的工作性能、運(yùn)行狀態(tài)、使用壽命等帶來不利影響，既增加了電力企業(yè)的生產(chǎn)成本，又造成了設(shè)備維修與更換費(fèi)用的不必要浪費(fèi)，因此，必須加強(qiáng)對電力設(shè)備的維護(hù)與控制。在線監(jiān)測則能夠利用故障探測技術(shù)對電力設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，確保電力運(yùn)輸?shù)陌踩浴?/p>

二、電力高壓設(shè)備局部放電的原因

電力高壓設(shè)備的電極系統(tǒng)在高強(qiáng)度電場的作用下會引發(fā)局部放電現(xiàn)象，如針板、油楔等金屬部件，將電荷集中到這些部件的尖角位置，導(dǎo)致金屬部件的不同部位承受的電場強(qiáng)度有所不同，加之高壓設(shè)備內(nèi)部電極系統(tǒng)不對稱，便會引發(fā)放電現(xiàn)象；在高強(qiáng)度電場作用下，如果高壓設(shè)備的接地部件存在虛焊、縫隙，以及電氣連接性能不良的情況，會導(dǎo)致高壓設(shè)備局部發(fā)電；在交變電場環(huán)境下，若高壓設(shè)備內(nèi)部復(fù)合絕緣介質(zhì)存在不均勻問題，則絕緣介質(zhì)中的氣體電場強(qiáng)度與介電常數(shù)成反比，而氣體一般在絕緣體的內(nèi)部，所以使得絕緣體面臨著被擊穿的危險(xiǎn)，進(jìn)而引發(fā)放電現(xiàn)象；在高壓設(shè)備生產(chǎn)制造中，若絕緣系統(tǒng)中摻入灰塵、紙末、金屬粉等微塵，則在高強(qiáng)度電、磁、熱相互作用下會引發(fā)局部放電問題，嚴(yán)重時(shí)會損害高壓設(shè)備。

三、高壓設(shè)備強(qiáng)電局部放電在線監(jiān)測技術(shù)基本內(nèi)容

3.1局部放電在線監(jiān)測技術(shù)的基本原理與方案設(shè)計(jì)

高壓設(shè)備強(qiáng)電局部放電在線監(jiān)測實(shí)現(xiàn)的基本原理是局部放電的原理與特點(diǎn)。當(dāng)高壓電氣設(shè)備發(fā)生強(qiáng)電局部放電時(shí)，變壓器內(nèi)部就會產(chǎn)生超聲波、電輻射、光、電脈沖等，容易造成變壓器內(nèi)部溫度過高，導(dǎo)致變壓器燒毀現(xiàn)象發(fā)生。如果局部放電是發(fā)生在油中，那么放電的同時(shí)還會伴隨有氣體的產(chǎn)生，從而增加能量損耗。為實(shí)現(xiàn)對局部放電全方位準(zhǔn)確的監(jiān)測，超聲波測量、電輻射測量、聲光信號檢測、電脈沖測量、紅外線測量、超高頻測量等許多與局部放電有關(guān)的檢測方法應(yīng)運(yùn)而生。

3.2局部放電在線監(jiān)測基本步驟

采用超聲波定位技術(shù)進(jìn)行監(jiān)測的步驟如下：首先，利用傳感器對高壓設(shè)備發(fā)出的超聲波信號進(jìn)行采集，再利用雙轉(zhuǎn)換器對模擬出的超聲波信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。其次，利用監(jiān)測儀器對數(shù)字信號進(jìn)行識別，判斷出放電設(shè)備的型號與電量大小等，同時(shí)，對模擬超聲波到達(dá)其他轉(zhuǎn)換器的時(shí)間與距離進(jìn)行計(jì)算并求解，在此基礎(chǔ)上，利用計(jì)算機(jī)、圖像解析工具對放電位置構(gòu)建三維模擬圖形，將圖形應(yīng)用于實(shí)際中，最終完成對高壓設(shè)備局部放電的在線監(jiān)測。

3.3干擾信號的抑制

要想有效防止干擾信號對高壓設(shè)備強(qiáng)電局部放電在線監(jiān)測的干擾，首先就需要對干擾信號的類型進(jìn)行區(qū)別，然后在此基礎(chǔ)上制定有針對性的抑制措施。目前，較為有效的一種抑制方法就是提高試驗(yàn)人員對局部放電干擾信號波形及其之間的區(qū)別能力，并相對全面準(zhǔn)確的掌握高壓設(shè)備局部放電的特征與電壓電流和時(shí)間規(guī)律等有關(guān)內(nèi)容，尤其是局部放電的電壓相位特征和電氣設(shè)備局部放電效應(yīng)。局部放電電壓相位特征是指造成高壓設(shè)備局部放電電荷的趨向性。通常而言，許多高壓設(shè)備絕緣層發(fā)生局部放電時(shí)，放電電壓的相位與零位都具有一定的特征，而許多局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)就是利用這一特征來實(shí)現(xiàn)對高壓設(shè)備局部放電位置的監(jiān)測與定位。

四、局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)

4.1系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

變壓器局放監(jiān)測系統(tǒng)按照功能分類可劃分為傳感裝置、信息調(diào)整以及信息分析等模塊。系統(tǒng)內(nèi)部不同傳感器線路內(nèi)配置相應(yīng)的信息調(diào)節(jié)模塊，主要包括預(yù)先處理和現(xiàn)場調(diào)控等功能模塊。其中，AE傳感器電路能起到收集信號的作用，在傳感器裝置、轉(zhuǎn)換線路和信息收集卡等模塊作用下，能保證模塊功能的實(shí)現(xiàn)。UHF為高頻傳感器電路，考慮到變壓器放電過程中將產(chǎn)生脈沖能量，在進(jìn)行這一線路設(shè)計(jì)時(shí)，需要利用寬頻監(jiān)測法加強(qiáng)傳感器的靈活性。分析變壓器實(shí)際運(yùn)行狀況時(shí)，可發(fā)現(xiàn)環(huán)境噪音和空氣中電暈將對變壓器運(yùn)行造成電磁波干擾。因此通常采用配置高頻天線的解決方法，保證信號收集的精準(zhǔn)度。當(dāng)傳感器裝置接收電磁波后，將其轉(zhuǎn)換為電壓信號，之后借助通信線路進(jìn)入信號調(diào)節(jié)模塊，并由檢波線路作濾除處理。完成上述環(huán)節(jié)后，可實(shí)現(xiàn)對信息的有效收集和整理分析，從而發(fā)揮監(jiān)測系統(tǒng)效能。

4.2軟件設(shè)計(jì)

（1）數(shù)據(jù)采集模塊。該模塊具備采集數(shù)據(jù)功能，包括采集速率、垂直分辨率、動態(tài)調(diào)節(jié)范圍、A/D信號等相關(guān)數(shù)據(jù)。采用DMA組數(shù)據(jù)傳送方式，在采集放電信號時(shí)，由DMA控制器執(zhí)行存儲器與外部設(shè)備之間的信息交換，無需增加CPU的運(yùn)行負(fù)荷，有利于提高數(shù)據(jù)的傳輸效率。在采集模式中，預(yù)先設(shè)置一段緩沖區(qū)，根據(jù)緩沖區(qū)的容量確定數(shù)據(jù)采集的可行性，以免出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失。當(dāng)數(shù)據(jù)采集滿后，系統(tǒng)會自動進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和存儲等操作。

（2）數(shù)據(jù)處理模塊。為了提高放電信息分析處理的準(zhǔn)確性，可在數(shù)據(jù)處理模塊中按照10個(gè)工頻周期數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)置，使一次采集數(shù)據(jù)量達(dá)到400M字節(jié)。在該模塊中，要對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾剔除，消除數(shù)據(jù)冗余，為數(shù)據(jù)傳輸和存儲提供便利條件。

（3）驅(qū)動軟件。在變壓器局部放電在線檢測系統(tǒng)中，采用動態(tài)鏈接庫實(shí)現(xiàn)硬件驅(qū)動。在硬件參數(shù)配置方面，選擇與放電數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相適應(yīng)的特性參數(shù)，實(shí)現(xiàn)參數(shù)配置最優(yōu)化，確保軟件系統(tǒng)能夠可靠運(yùn)行。在檢測中，軟件系統(tǒng)可選擇多種檢測模式，檢測人員可手動設(shè)定特性參數(shù)，選擇檢測量程。

五、結(jié)語

局部放電在線監(jiān)測技術(shù)在電力企業(yè)高壓電氣設(shè)備日常運(yùn)行過程中發(fā)揮著極其重要的作用，它可以對設(shè)備的局部高壓放電類型與大小進(jìn)行及時(shí)準(zhǔn)確的監(jiān)測、定位與識別，從而保障電氣設(shè)備正常穩(wěn)定運(yùn)行，保障整個(gè)電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

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（作者單位：國網(wǎng)北京市電力公司昌平供電公司）

作者簡介：雷鳴（1993.6-），男，北京人，北京石油化工學(xué)院學(xué)士，助理工程師，研究方向：電氣工程及其自動化。