牛智強(qiáng) 凌旺 劉世俊 王晉宏 劉文偉

【摘要】? ? 本文主要探究和分析了三相高頻脈沖電流法局部放電在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用策略，希望能夠更好的推進(jìn)相關(guān)技術(shù)發(fā)展進(jìn)步，發(fā)揮相關(guān)技術(shù)的作用及優(yōu)勢(shì)。

【關(guān)鍵詞】? ? 三相高頻脈沖電流? ? 局部放電法? ? 在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)? ? 應(yīng)用

一、研究基礎(chǔ)、特色和發(fā)展趨勢(shì)概述

三相高頻脈沖電流法局部放電在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在高壓開(kāi)關(guān)柜中的應(yīng)用，依托于浙江電力科學(xué)研究院、浙江大學(xué)運(yùn)用產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的模式，結(jié)合了多年來(lái)電力生產(chǎn)檢測(cè)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，綜合調(diào)研了多種國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)的局部放點(diǎn)監(jiān)測(cè)產(chǎn)品，并應(yīng)用在京玉公司的6kV開(kāi)關(guān)柜上，真正的做到了取各家之長(zhǎng)。

該項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)所用的是三相高頻脈沖電流法，使用三相耦合電容傳感器采集局放信號(hào)，可在很寬的頻率范圍內(nèi)保持很好的傳輸特性、靈敏度高，放電量可以標(biāo)定的技術(shù)特點(diǎn)。

針對(duì)該科技創(chuàng)新技術(shù)已在京玉公司6kV開(kāi)關(guān)柜上實(shí)施，并在公司內(nèi)成立技術(shù)攻關(guān)項(xiàng)目組，制訂項(xiàng)目管理方案，確定了項(xiàng)目組成成員和工作職責(zé)，落實(shí)項(xiàng)目進(jìn)度總體計(jì)劃，建立項(xiàng)目績(jī)效機(jī)制。對(duì)國(guó)內(nèi)高壓開(kāi)關(guān)柜局部放電在線(xiàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀進(jìn)行深入調(diào)研，同時(shí)查閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)資料，研究技術(shù)攻關(guān)核心難點(diǎn)，編寫(xiě)技術(shù)研發(fā)方案。以脈沖電流法為技術(shù)原理，制定研發(fā)計(jì)劃，研究開(kāi)發(fā)高壓開(kāi)關(guān)柜局部放電在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，生產(chǎn)樣機(jī)，進(jìn)行試驗(yàn)。并對(duì)其經(jīng)濟(jì)效益、做出總結(jié)分析。

二、研究項(xiàng)目所包含的具體內(nèi)容

局部放電是指由于電氣內(nèi)部絕緣中存在的弱點(diǎn)，在一定外施電壓下發(fā)生的局部重復(fù)擊穿和熄滅現(xiàn)象。一般情況下它并不影響電氣設(shè)備的短期絕緣強(qiáng)度，但如果一個(gè)電氣設(shè)備在運(yùn)行電壓下長(zhǎng)期存在局部放電現(xiàn)象就會(huì)對(duì)設(shè)備絕緣造成損害。局部放電過(guò)程中的視在放電量是判斷設(shè)備絕緣是否老化的關(guān)鍵參數(shù)，視在放電量越大，表明絕緣設(shè)備老化的程度越深，存在的風(fēng)險(xiǎn)越大。該設(shè)備采用脈沖電流法作為測(cè)量原理，能夠準(zhǔn)確的測(cè)量出設(shè)備的視在放電量，脈沖電流法也是唯一能夠準(zhǔn)確測(cè)得視在放電量的測(cè)量原理。脈沖電流法是一種應(yīng)用最為廣泛的局部放電測(cè)試方法，國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）專(zhuān)門(mén)對(duì)此方法制定了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（IEC-60270）。圖1為脈沖電流法測(cè)量回路。

該局部放電在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括：局放加強(qiáng)器，用于對(duì)高壓電氣設(shè)備的局部放電信號(hào)進(jìn)行采集放大。局放傳感器采用支撐絕緣子式電容傳感器作為局放傳感器，接收管理局放分析主機(jī)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。

三、三相高頻脈沖電流法局部放電與現(xiàn)有產(chǎn)品、技術(shù)、裝備的對(duì)比分析

電力高壓設(shè)備的狀態(tài)檢測(cè)、監(jiān)測(cè)技術(shù)分為多種，如超聲波法、對(duì)地電壓法、超高頻法、脈沖電流法等，如采用超聲波法的美國(guó)UE公司;采用對(duì)地電壓法的英國(guó)EA公司;采用超高頻法的英國(guó)DMS公司等。該科技創(chuàng)新技術(shù)所用的是三相高頻脈沖電流法，使用耦合電容傳感器采集局放信號(hào)。

本科技創(chuàng)新技術(shù)性能可靠，實(shí)際效果與效益明顯，相比市場(chǎng)上其它的局放監(jiān)測(cè)技術(shù)，本技術(shù)綜合優(yōu)勢(shì)明顯。

在具體應(yīng)用中要達(dá)到的技術(shù)性能指標(biāo)和參數(shù)：

采集通道數(shù)：? 1-8通道，可進(jìn)行多機(jī)組網(wǎng)

顯示數(shù)值：? ? pC值

靈敏度：? ? ? 10pC

測(cè)量范圍：? ? 1-30000 pC

工作模式：? ? 長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)使用

通訊模式：? ? MODBUS-RTU

顯示模式：? ? 單色液晶屏幕

傳感器類(lèi)型：? 可兼容帶電顯示裝置的電容傳感器

局放報(bào)警方式：繼電器輸出

特殊功能：? ? 設(shè)備自檢及報(bào)警、后臺(tái)軟件局放圖譜分析

脈沖分辨率：? ? < 40us

四、該科技創(chuàng)新技術(shù)特點(diǎn)、關(guān)鍵技術(shù)和關(guān)鍵工藝

4.1首次使用脈沖電流法對(duì)開(kāi)關(guān)柜設(shè)備進(jìn)行局放在線(xiàn)監(jiān)測(cè)

該技術(shù)選用了基于脈沖電流法對(duì)高壓開(kāi)關(guān)柜設(shè)備進(jìn)行局部放電在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的產(chǎn)品。脈沖電流法是唯一能夠直接、準(zhǔn)確測(cè)算出被監(jiān)測(cè)設(shè)備局部放電視在放電量的方法，相對(duì)其他廠(chǎng)商使用特高頻、地電壓、超聲波等方法，此種方法可以精確地得到視在放電量數(shù)值，以此為依據(jù)，我們可以直接判斷出設(shè)備絕緣的損壞和老化程度，此種方法已被應(yīng)用在變壓器、發(fā)電機(jī)組、電纜接頭等大型電氣設(shè)備的局部放電在線(xiàn)監(jiān)測(cè)上，但尚無(wú)在開(kāi)關(guān)柜上使用的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備。

4.2在開(kāi)關(guān)柜的監(jiān)測(cè)中使用絕緣子式電容傳感器

其他同類(lèi)產(chǎn)品在開(kāi)關(guān)柜在線(xiàn)監(jiān)測(cè)上未有使用絕緣子式電容傳感器，使用該傳感器有以下優(yōu)點(diǎn)：①現(xiàn)存開(kāi)關(guān)柜普遍配置了該類(lèi)型傳感器作為帶電顯示裝置的傳感器。我們對(duì)現(xiàn)存開(kāi)關(guān)柜加裝此項(xiàng)目產(chǎn)品的實(shí)施改造的過(guò)程中無(wú)需對(duì)開(kāi)關(guān)柜進(jìn)行加裝新的傳感器，十分方便;②更換方便，易于后期設(shè)備的維護(hù)及修理。

4.3特殊的局部放電信號(hào)放大器

該系統(tǒng)所使用的局部放電信號(hào)放大器與傳統(tǒng)的信號(hào)發(fā)生器有本質(zhì)的不同，使用該放大器能夠顯著提升系統(tǒng)整體的抗干擾能力，進(jìn)一步提高測(cè)量值的準(zhǔn)確性。

4.4高頻信號(hào)采集

使用傳統(tǒng)的脈沖電流法檢測(cè)設(shè)備所能采集到的局部放電信號(hào)的帶寬在100kHz左右，在此頻段進(jìn)行數(shù)據(jù)采集經(jīng)常會(huì)受到來(lái)自設(shè)備開(kāi)斷、外部空間的噪聲干擾，所以，傳統(tǒng)的使用脈沖電流法的檢測(cè)設(shè)備往往只能在實(shí)驗(yàn)室的條件下使用。此項(xiàng)目產(chǎn)品使用高速采集的方式，有效的避開(kāi)外部干擾，具有很強(qiáng)的抗噪聲能力。

4.5工頻同步及故障定位

該系統(tǒng)不僅可以測(cè)量局放視在放電量的大小，還可以與被監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行工頻同步，可以檢測(cè)出局部放電具體發(fā)生的相位區(qū)間，并由此可以進(jìn)行局放類(lèi)型識(shí)別與故障定位。

4.6通用數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)接口

分析主機(jī)自帶SD卡、以太網(wǎng)口、RS485接口和USB接口，提供對(duì)一體化存儲(chǔ)數(shù)據(jù)資源的訪(fǎng)問(wèn)服務(wù)。

4.7通用數(shù)據(jù)管理平臺(tái)

后臺(tái)科提供強(qiáng)大的管理及分析功能，可以直觀(guān)的管理每臺(tái)分析器及每個(gè)通道的數(shù)據(jù)，并可將特定通道數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)取分析，并通過(guò)實(shí)時(shí)顯示的方式，看到該通道下采集到的局放信號(hào)。依靠此平臺(tái)，管理人員可以方便的查詢(xún)、分析每臺(tái)設(shè)備健康狀況。

4.8遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸

設(shè)計(jì)使用GPRS通信功能，可以與移動(dòng)設(shè)備進(jìn)行連接，方便相關(guān)人員及時(shí)得到設(shè)備狀態(tài)信息。

該項(xiàng)目可利用6KV開(kāi)關(guān)柜的帶電顯示裝置的電容傳感器進(jìn)行局部放電在線(xiàn)監(jiān)測(cè)、在線(xiàn)校準(zhǔn)符合IEC60270-2000及GB/T7354-2003標(biāo)準(zhǔn)。

4.9通用性

該項(xiàng)目采集傳感器體積小，安裝方便，可在現(xiàn)有的設(shè)備上改造安裝本系統(tǒng)。例如勵(lì)磁變壓器、高壓電動(dòng)機(jī)等設(shè)備更換母線(xiàn)或電纜終端的支撐絕緣子為電容式支撐絕緣子即可實(shí)現(xiàn)局部放電的長(zhǎng)期在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，改造簡(jiǎn)單，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。

五、項(xiàng)目實(shí)施的具體內(nèi)容和技術(shù)路線(xiàn)

5.1系統(tǒng)抗噪技術(shù)的研究

我們?cè)谘邪l(fā)的過(guò)程中選擇軟硬件相結(jié)合的方式來(lái)提高信噪比。具體開(kāi)發(fā)內(nèi)容如下：團(tuán)隊(duì)在設(shè)計(jì)該系統(tǒng)的放大器時(shí)全面的考慮了功能、易用性等方面的問(wèn)題，選擇了開(kāi)關(guān)柜中普遍配置的絕緣子式電容傳感器。團(tuán)隊(duì)在設(shè)計(jì)放大器時(shí)將帶寬設(shè)計(jì)為10mHz以上，并在信號(hào)處理的過(guò)程中基本濾除了三個(gè)信號(hào)接口中的共模信號(hào)，以達(dá)到降低背景噪聲的目的。

5.2故障定位

多數(shù)時(shí)刻，我們不僅希望實(shí)時(shí)監(jiān)控電氣設(shè)備的局部放電視在放電量，而且希望在設(shè)備出現(xiàn)較為嚴(yán)重的局部放電時(shí)，我們能對(duì)故障進(jìn)行大致的定位，以方便后續(xù)的檢修工作。該項(xiàng)目產(chǎn)品通過(guò)判斷局部放電出現(xiàn)的相位位置，實(shí)現(xiàn)了基本的故障定位功能。

5.3局放分析主機(jī)與后臺(tái)的通訊

局放分析主機(jī)配有SD卡、以太網(wǎng)口、RS485接口和USB接口，可以以160kbps的速度直接向后臺(tái)實(shí)時(shí)傳輸監(jiān)測(cè)到的局部放電數(shù)據(jù)。

5.4成果效益分析

本系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫娏C合數(shù)據(jù)網(wǎng)，使用戶(hù)實(shí)時(shí)了解到高壓電氣設(shè)備的工作狀態(tài)。正逐漸成為衡量電網(wǎng)智能化和可靠運(yùn)行的重要指標(biāo)之一。

本技術(shù)在局部放電技術(shù)方向是國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的，在這一點(diǎn)上我們結(jié)合多年的運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)及經(jīng)過(guò)大量對(duì)比分析得出來(lái)的結(jié)論，同時(shí)該科技創(chuàng)新技術(shù)面對(duì)發(fā)電廠(chǎng)眾多電氣設(shè)備可以從基礎(chǔ)配置的角度實(shí)現(xiàn)局放在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，便于運(yùn)行人員和設(shè)備管理人員提前安排計(jì)劃?rùn)z修，及時(shí)消除設(shè)備的潛在絕緣隱患，很大程度的提高了設(shè)備的安全穩(wěn)定性、有效的控制了故障的進(jìn)一步擴(kuò)大化。

通過(guò)給設(shè)備配置局部放電在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以減少設(shè)備的故障率，使設(shè)備安全運(yùn)行，減少了供電部門(mén)的維護(hù)費(fèi)用。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

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