劉 康溫定筠胡春江吳玉碩王海璐

（1.國網(wǎng)甘肅省電力公司電力科學研究院，蘭州 730050 2.國網(wǎng)甘肅省電力公司電力經(jīng)濟技術研究院，蘭州 730050）

暫態(tài)地電壓檢測儀性能等效測試方法研究

劉 康1溫定筠1胡春江1吳玉碩1王海璐2

（1.國網(wǎng)甘肅省電力公司電力科學研究院，蘭州 730050 2.國網(wǎng)甘肅省電力公司電力經(jīng)濟技術研究院，蘭州 730050）

暫態(tài)地電壓檢測技術已經(jīng)成為高壓開關柜狀態(tài)檢測的重要手段之一，然而由于行業(yè)內(nèi)尚未出臺相關標準，對暫態(tài)地電壓局部放電檢測儀的技術性能進行規(guī)范，導致暫態(tài)地電壓檢測儀在選購、驗收過程中出現(xiàn)測評難的問題。本文針對此問題，詳細分析了暫態(tài)地電壓檢測儀的工作原理和特性參數(shù)，提出了信號模擬測評法和模擬故障測評法兩種測評對比方法，并通過實測，驗證了測評方法的有效性。

暫態(tài)地電壓檢測儀；信號模擬測評法；模擬故障測評法

暫態(tài)地電壓檢測法（TEV）作為一種新的局部放電檢測方法，已經(jīng)得到了廣泛的應用。國家電網(wǎng)公司《配網(wǎng)設備狀態(tài)檢修試驗規(guī)程》和《電力設備帶電檢測技術規(guī)范》中已經(jīng)明確要求，開關柜要按一定周期，采用暫態(tài)地電壓等先進的局部放電檢測手段進行帶電巡檢。然而面對眾多產(chǎn)品，電網(wǎng)運維單位在采購檢測設備時，急需一套測評手段，對不同產(chǎn)品和型號的檢測儀進行性能對比測評，以便選用更優(yōu)的設備[1]。

1 TEV檢測儀主要功能及性能參數(shù)

一臺TEV檢測儀應該具備的基本功能有：①通過對開關柜金屬外殼暫態(tài)地電壓的測量，能夠?qū)崟r顯示TEV信號的幅值，單位為dB或dBmV；②應增益調(diào)節(jié)功能和門限調(diào)節(jié)功能，實現(xiàn)對信號的放大識別和對干擾的排除；③報警提示功能，并且報警提示閥值可進行修改。

隨著暫態(tài)地電壓檢測技術的推廣應用，以及檢測設備的更新升級，現(xiàn)在市場上一些主流TEV檢測儀都具有一些高級功能：①定位功能，使用時間差技術定位局部放電信號源在測試平面上的位置；②脈沖計數(shù)功能，顯示 100個工頻周期（2s）內(nèi)的脈沖數(shù)，每個工頻周期內(nèi)的脈沖數(shù)；③圖譜顯示功能，顯示脈沖信號在工頻0～360°相位的分布情況[2-4]。

針對TEV檢測儀的基本功能和高級功能，要對不同廠家和不同型號的儀器進行性能對比，則需對上述功能相關的參數(shù)進行檢測，并且通過設置實際故障，驗證儀器功能的有效性。TEV檢測儀主要參數(shù)有[5]：

1）工作頻帶。該參數(shù)表征了儀器可以檢測到信號的頻率范圍。

2）信號線性度。反映了當被檢測信號發(fā)生線性變化時，儀器檢測結(jié)果的響應特性。

3）放電源定位誤差。表征了儀器對局部放電信號點定位位置與實際信號來源點位置的空間距離差。

4）脈沖計數(shù)誤差。表征儀器脈沖計數(shù)功能是否有效、準確，其值為 100個工頻周期（2s）內(nèi)儀器檢測脈沖數(shù)與實際發(fā)生脈沖數(shù)的差值。

2 信號模擬法測評

2.1 測試方法

設計如圖1所示試驗裝置平臺，可同時將兩臺暫態(tài)地電壓檢測儀分別放置于金屬板兩側(cè)進行信號檢測，信號發(fā)生器將產(chǎn)生正弦或脈沖電壓信號，并將其直接注入金屬板中部，示波器用于觀察注入信號的頻率和幅值[6]。

圖1 信號測評試驗裝置原理

2.2 工作頻帶測試

按照圖1原理接好測試線，將信號發(fā)生器輸出的正弦信號幅值固定為500mV，發(fā)生信號初始頻率設置為1MHz，并按步長1MHz逐漸增加，直至頻率達到80MHz，頻率增加過程中同時記錄兩臺設備檢測到的TEV值。完成上述檢測過程一次后，將信號發(fā)生器輸出的正弦信號幅值上升至 1000mV，再完成一次頻率從1MHz至80MHz逐漸增加的檢測過程，記錄兩臺暫態(tài)地電壓檢測儀檢測到的TEV值，最終繪制出兩臺儀器500mV信號幅值和1000mV信號幅值下的幅頻特性曲線。

圖2 500mV信號幅頻曲線

圖3 1000mV信號幅頻曲線

從測試結(jié)果曲線可以看出，注入信號幅值為500mV信號時，設備Ⅰ和設備Ⅱ的起始頻率都為1MHz，設備Ⅰ的截止頻率為 82MHz，設備Ⅱ的截止頻率為125MHz。注入信號幅值為1000mV時，設備Ⅰ的起始頻率為 1MHz，設備Ⅱ的起始頻率為3MHz，設備Ⅰ和設備Ⅱ的的截止頻率依然為82MHz和126MHz。

設備Ⅰ和設備Ⅱ的產(chǎn)品說明書中傳感器工作頻帶分別為1～80MHz和3～100MHz。依據(jù)檢測結(jié)果可以判定設備Ⅰ產(chǎn)品實際性能與說明書相符，設備Ⅰ工作頻帶實測明顯大于產(chǎn)品說明書中標注。工作頻帶過大會導致抗干擾能力降低，另外從幅頻曲線光滑度可以看出，設備Ⅰ性能優(yōu)于設備Ⅱ性能。

2.3 線性度測試

線性度測試仍按圖1所示接線，設置信號發(fā)生器輸出固定頻率的正弦信號，正弦信號幅值從50mV開始，按照步長 50mV依次增加到 4000mV，記錄檢測設備對應顯示的TEV值，最終繪制出幅值曲線圖。本次測試選取3MHz、30MHz、60MHz 3個固定頻率，重復進行3次測試，對兩臺設備進行同時測試，測試結(jié)果如圖4、圖5所示。

圖4 設備Ⅰ幅值曲線圖

圖5 設備Ⅱ幅值曲線圖

根據(jù)檢測結(jié)果曲線可以知，兩設備30MHz頻率時，檢測值明顯高于60MHz時檢測值，3MHz頻率時檢測值最低，這與工作頻率測試結(jié)果也相互對應。從曲線光滑程度可以明顯看出，設備Ⅰ的線性度性能明顯優(yōu)于設備Ⅱ。

2.4 脈沖計數(shù)測量

脈沖數(shù)反映了固定時間內(nèi)局部放電發(fā)生的次數(shù)，而局放次數(shù)可以間接的反應開關柜內(nèi)部局部放電的嚴重程度。測試時，信號發(fā)生器產(chǎn)生上升沿脈沖信號注入金屬板，兩臺設備同時使用脈沖計數(shù)功能進行計數(shù)，脈沖信號頻率從10～60kHz依次按步長 1000Hz增加，同時記錄兩臺暫態(tài)地電壓儀的檢測值，并繪制出理論值與實測值對比曲線，如圖6、圖7所示。

圖6 設備Ⅰ脈沖計數(shù)測試曲線

圖7 設備Ⅱ脈沖計數(shù)測試曲線

圖6檢測曲線顯示，當信號頻率達到42kHz時，設備Ⅰ實測脈沖數(shù)趨向穩(wěn)定，傳感器檢測不到更多的脈沖信號。而從圖7中曲線可以看出，當信號頻率大于32kHz時，設備Ⅱ?qū)崪y脈沖數(shù)有下降趨勢。

3 模擬故障法測評

暫態(tài)地電壓檢測儀在通過實驗室參數(shù)測評后，基本可以判斷出不同生產(chǎn)廠商產(chǎn)品性能參數(shù)之間的差異。但綜合考慮現(xiàn)場情況，為考評暫態(tài)地電壓局放檢測儀現(xiàn)場性能表現(xiàn)，本文通過多次現(xiàn)場實際測評，總結(jié)提出了一套適用現(xiàn)場綜合測評的方法。

3.1 測試方法

圖8 設置的故障類型

高壓開關柜中常見的局部放電類型有以下幾種：尖刺放電、懸浮放電、沿面放電、內(nèi)部放電。圖8所示，1—4號柜中分別放置4種不同類型的放電模型，保證每臺開關柜都可靠接地，本文選取尖端放電為例進行實測，將故障模擬裝置放置于開關柜下方，加壓回路可按圖9所示進行接線，其中T1為調(diào)壓器，T2為試驗變壓器，CX為放電模擬故障。

圖9 開關柜故障模擬加壓回路

通過逐步增加試驗電壓，且不超過故障模型的耐受電壓。在開關柜正面上、中、下3個位置進行暫態(tài)地電壓測量，并對不同儀器的測量數(shù)據(jù)進行分類記錄，最終實現(xiàn)對暫態(tài)地電壓測試儀的典型故障識別能力、放電點定位功能、便攜性、操作性等其他進行實測對比。

通常信號的幅度在遠離放電源后會逐步衰減，但內(nèi)部反射和沿不同路徑的衰減程度不同，使的僅僅多個位置的幅值來定位還是不夠準確?，F(xiàn)有暫態(tài)地電壓檢測儀通常帶有雙通道定位功能，可利用雙傳感器接收到放電脈沖信號的時間差來確定放電位置。理論上，目前較先進的信號采集電路已經(jīng)能夠分辨出信號之間的納秒級的差別，因此，采用時間差來定位放電源是可能的，但具體設備功能的實效性，還需通過故障模擬定位來測評。測試方法如圖10所示，將兩傳感器分別放置于放電位置同側(cè)或兩側(cè)，使用定位功能分別進行10次定位，定位位置與實際放電位置空間差小于60cm認為成功定位。

圖10 暫態(tài)地電壓檢測儀定位功能測試

3.2 實測結(jié)果

表1為本次對比實測結(jié)果。結(jié)果顯示，在相同環(huán)境背景下，設備Ⅱ比設備Ⅰ的靈敏度要高，可知設備Ⅰ的抗干擾性能要優(yōu)于設備Ⅱ。當電壓升高到12kV時，在開關柜上、中、下3個檢測點，設備Ⅰ檢測值與設備Ⅱ檢測值都明顯高于未加電壓時背景值，說明均已經(jīng)檢測到放電信號。電壓繼續(xù)升高，當試品電壓達到 50kV時，設備Ⅰ檢測到最大值為44dB，設備Ⅱ檢測到最大值為 50dB（最大量程為50dB），設備Ⅰ 3個檢測位置中，下部檢測點值明顯大于上部和中部。設備Ⅱ由于檢測值已超過最大量程，無法明確分辨出最大值位置。

表1 儀器實測結(jié)果

表2為定位功能實測結(jié)果，可以看出當兩傳感器在同側(cè)時，設備Ⅰ和設備Ⅱ的成功率分別60%和50%，當傳感器在放電源兩側(cè)時，設備Ⅰ和設備Ⅱ的成功率同時增大，分別為70%和80%，就本次測試中能達到最高定位成功率而言，設備Ⅱ表現(xiàn)略優(yōu)于設備Ⅰ。

表2 儀器定位實測結(jié)果

4 結(jié)論

結(jié)合高壓開關暫態(tài)地電壓檢測儀的工作原理，本文提出了兩種針對儀器技術參數(shù)和性能測評的試驗方法：

1）信號模擬測評法，可以準確測量出暫態(tài)地電壓檢測儀的工作頻帶、線性度、脈沖計數(shù)等參數(shù)。建議重點用在儀器驗收階段使用。

2）模擬故障測評法，具有比較直觀、可操作性強的優(yōu)點，可以對暫態(tài)地電壓檢測儀的功能性，實用性，以及抗干擾能力進行檢驗，建議用在儀器采購階段使用。

[1]鄭雷.開關柜局部放電聲電波檢測技術運用[J].高壓電器,2012(11):87-93.

[2]王有元,李寅偉.開關柜局部放電暫態(tài)對地電壓傳播特性仿真分析[J].高電壓技術,2011(7):1683-1687.

[3]陳慶祺,張偉平.開關柜局部放電暫態(tài)對地電壓分布特性研究[J].高壓電器,2012(10):88-93.

[4]鄭重,談克雄,高凱.局部放電脈沖波形特性分析[J].高電壓技術,1999,25(4):15-17.

[5]任明,彭華東,陳曉清,等.采用暫態(tài)對地電壓法綜合檢測開關柜局部放電[J].高電壓技術,2010,36(10):2460-2466.

[6]王科.高壓開關柜暫態(tài)對地電壓局部放電檢測設備性能的模擬信號注入法測評[J].南方電網(wǎng)技術,2013(7):43-46.

Research of Working Principzuoyle and the Method of Performance Comparison about TEV Detecting Equipment

Liu Kang1Wen Dingjun1Hu Chunjiang1Wu Yushuo1Wang Hailu2
(1.Electrical Power Research Institute,Gansu Electric Power Corporation,Lanzhou 730050;2.Economic and Technical Research Institute,Gansu Electric Power Corporation,Lanzhou 730050)

Transient voltage detection technology has become one of the important means of high voltage switch cabinet status detection.However,there is no standard to test the technical performance of transient voltage partial discharge detector.This problem causes the transient voltage detector in the purchase,acceptance process is difficult to evaluate.The article described the Mechanism of TEV on the surface of switchgear and the method of detecting Instrument working.Based on the problem of TEV equipment selection,Signal simulation test method and simulation fault test method are proposed.At the same time,the validity of the two methods is proved by experiments.

TEV equipment;signal simulation test;simulation failure assessment

劉 康（1988-），男，碩士研究生，工程師，從事電力設備狀態(tài)檢測與評價工作。