翁宇晗　黃帥飛

摘 要：高壓設(shè)備作為電力系統(tǒng)的主要的組成部分，是調(diào)節(jié)電力系統(tǒng)電能供給，以及保護(hù)電力系統(tǒng)運(yùn)行安全和穩(wěn)定的重要設(shè)備，加上高壓設(shè)備作為城市發(fā)展及群眾生活的基本保證設(shè)施，高壓設(shè)備需要長(zhǎng)期處于運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)而高壓設(shè)備的穩(wěn)定性及安全性檢測(cè)尤為重要。因此，文章首先對(duì)高壓電氣設(shè)備的在線檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行分析，為本次研究提供理論支撐；其次介紹介質(zhì)損耗測(cè)量方法，為研究提供技術(shù)支持，此外還會(huì)闡述該方法的注意事項(xiàng)，強(qiáng)化該方法的可實(shí)施性；最后提出高壓設(shè)備帶電在線檢測(cè)技術(shù)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng) 高壓設(shè)備 帶電在線監(jiān)測(cè) 技術(shù)研究

電力系統(tǒng)在搭建過程中，由于受到社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響，該系統(tǒng)中運(yùn)行的設(shè)備越來越多，即系統(tǒng)設(shè)備容量增大，從而導(dǎo)致電力系統(tǒng)的電壓增大，需要利用高壓設(shè)備調(diào)節(jié)電能的供給，方可保證電力系統(tǒng)各設(shè)備的穩(wěn)定性與安全性[1-2]。因此，高壓設(shè)備運(yùn)行的檢測(cè)技術(shù)，不但要保證具備在線檢測(cè)的能力，還要體現(xiàn)出較強(qiáng)的科學(xué)性和可操作性，進(jìn)一步配合電力系統(tǒng)，實(shí)時(shí)掌握高壓設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。

1 高壓電氣設(shè)備在線檢測(cè)技術(shù)

1.1 電容性高壓電氣裝置

針對(duì)電容性高壓電氣裝置的設(shè)備在線檢測(cè)技術(shù)，是指對(duì)高壓設(shè)備中的耦合電容器、電流互感設(shè)備、套管以及測(cè)量CVT等容性介質(zhì)設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)，從而掌握設(shè)備是否存在受潮的風(fēng)險(xiǎn)[3]。首先通過計(jì)算出絕緣損失的熱切至，檢測(cè)介質(zhì)損耗的變化情況；其次對(duì)部分局部絕緣層放電的現(xiàn)象，利用測(cè)量分析的方式，將其介質(zhì)的損耗情況反應(yīng)出來；再者通過測(cè)量設(shè)備溫度的變化，了解絕緣劣化溫度系數(shù)的靈敏度變化，甚至還可以通過查看溫度的非線性波動(dòng)情況，知曉設(shè)備是否出現(xiàn)異常。

1.2 變壓器裝置

該裝置被廣泛的應(yīng)用到電力系統(tǒng)當(dāng)中，在高壓設(shè)備當(dāng)中，高壓變電器利用油浸設(shè)備對(duì)其進(jìn)行放電處理，同時(shí)對(duì)變壓器的絕緣情況，開展有目的性的檢測(cè)與分析，及時(shí)掌握變電器電流運(yùn)行狀態(tài)，例如：局部出現(xiàn)的放電反應(yīng)，或放電反應(yīng)出現(xiàn)在局部位置。

1.3 設(shè)計(jì)在線檢測(cè)裝置

在線檢測(cè)裝置主要由：控制顯示單元、傳感設(shè)備、前置放大單元以及信號(hào)處理單元等多個(gè)部單元組成。因此，按照其設(shè)計(jì)原則，可將高頻帶電磁耦合線圈作為該裝置的傳感器，收集相關(guān)電信號(hào)，并在計(jì)算機(jī)的幫助下，處理好電信號(hào)，以可視化數(shù)據(jù)的形式呈現(xiàn)出來，幫助檢測(cè)人員分析檢測(cè)設(shè)備的副值、頻譜、放電強(qiáng)度、持續(xù)時(shí)間、出現(xiàn)時(shí)刻等參數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)診斷與分析方法

數(shù)據(jù)診斷主要是利用精度較高的傳感器所收集的數(shù)據(jù)信息，完成高精度的檢驗(yàn)，并將數(shù)字傳輸?shù)男问阶鳛闄z測(cè)分析主要內(nèi)容。但是在數(shù)據(jù)檢測(cè)工作開始前，需要具備較為完整且健全的檢測(cè)方案，將需要的數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)的處理后，分析數(shù)據(jù)的內(nèi)在含義，同時(shí)確保所需要處理的檢測(cè)數(shù)據(jù)，來源可靠、真實(shí)、準(zhǔn)確，從而組建出運(yùn)行狀態(tài)良好、檢測(cè)效率高的系統(tǒng)。

1.5 注意事項(xiàng)

1）注意高壓設(shè)備絕緣介質(zhì)的損耗；絕緣介質(zhì)中出現(xiàn)損耗情況時(shí)，損耗值會(huì)有所增長(zhǎng)，同時(shí)在其他因素的影響下，也會(huì)出現(xiàn)一個(gè)熱量值，從而出現(xiàn)絕緣被擊穿的情況。

2）注意高壓設(shè)備絕緣過程中局部放電評(píng)率，預(yù)防在線檢測(cè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)較大差異性。

3）注意高壓設(shè)備的絕緣溫度系數(shù)。

4）保證實(shí)際檢測(cè)環(huán)境處于安全的狀態(tài)，充分發(fā)揮在線檢測(cè)技術(shù)的實(shí)用性。

5）根據(jù)不同高壓設(shè)備不同電壓等級(jí)，檢測(cè)時(shí)需要保持一定的安全距離，如表1所示。

2 介質(zhì)損耗測(cè)量方法

2.1 基本概念

介質(zhì)損耗量是指，在電場(chǎng)或電壓的影響下，電流傳播的介質(zhì)都會(huì)存在不同程度的損害，常見的介質(zhì)損耗有電導(dǎo)損耗、局部損耗等。進(jìn)而介質(zhì)損耗的因素（tanδ），主要用于衡量絕緣介質(zhì)的絕緣性能，想要準(zhǔn)確得到該因素，就必須在交變電壓的作用下測(cè)得[4]。此外，對(duì)介質(zhì)損耗因素策略的，能夠直接反應(yīng)出介質(zhì)是否出現(xiàn)受潮、變質(zhì)、被污染等情況，檢測(cè)的公式表示為：，有公式可知局部缺陷與整體絕緣介質(zhì)損角大小為正相關(guān)，設(shè)備的絕緣狀況能夠直接用介質(zhì)的損耗角進(jìn)行分析。

2.2 測(cè)量方法

介質(zhì)損耗測(cè)量方法是利用傳感器技術(shù)，將需要測(cè)量的設(shè)備電壓、泄露電信號(hào)收集起來，之后將收集的信號(hào)利用數(shù)據(jù)采集裝置轉(zhuǎn)換為離散信號(hào)，再將其進(jìn)行數(shù)據(jù)化處理，最后計(jì)算出兩者之間的相位差，從而獲得具體的介質(zhì)損耗因素值。常見的介質(zhì)損耗測(cè)量方法有相關(guān)函數(shù)法、諧波分析法等，部分場(chǎng)景也會(huì)運(yùn)用到高階正弦擬合和正弦波參數(shù)，兩種方法[5]。內(nèi)容如下。

相關(guān)函數(shù)法：該方法不僅可以簡(jiǎn)化相關(guān)數(shù)值的計(jì)算流程，還可以有效降低硬件的抗干擾能力，即為抗干擾能力較弱的傳感器也能應(yīng)用，相關(guān)函數(shù)法的介質(zhì)損耗角計(jì)算機(jī)公式表示為：，Ri（0）為自相關(guān)函數(shù)；Ru（0）為相關(guān)函數(shù)；u為電壓信號(hào)；i為泄露電流信號(hào)。

諧波分析法：該防范能夠有效克服多種干擾因素，從而保證最終在線檢測(cè)結(jié)果的精準(zhǔn)度及穩(wěn)定性。在應(yīng)用該方法進(jìn)行介質(zhì)角損耗因素計(jì)算是，要先將所有的測(cè)量的設(shè)備電壓和電流信號(hào)，利用傅里葉變換原理進(jìn)行處理，再進(jìn)行諧波分析，從基波分量重得到介質(zhì)損耗的角度。由此可見，諧波分析法采用慘叫函數(shù)的正交性原理，相關(guān)公式表示為：。

高階正弦擬合法：該方法主要正對(duì)非同步數(shù)據(jù)收集場(chǎng)景當(dāng)中，對(duì)介質(zhì)損耗進(jìn)行測(cè)量，當(dāng)數(shù)據(jù)收集周期在設(shè)定周期內(nèi)所得到的多點(diǎn)離散序列為yn=f（nTs），n為常數(shù)，該方法的計(jì)算公式為：。

正弦波參數(shù)法：該方法首先需要對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行假設(shè)，將檢測(cè)的條件設(shè)定為：電流電壓信號(hào)均為正弦信號(hào)，從而在完成模數(shù)轉(zhuǎn)化后，對(duì)得到的數(shù)字型號(hào)進(jìn)行處理，最終得到對(duì)應(yīng)的正弦波參數(shù)，其次在獲得對(duì)應(yīng)的相位差值，利用相位差值計(jì)算出介質(zhì)損耗，最后以建立線性方程組的方式，求解出介質(zhì)角損耗因素。公式表示為：。

3 高壓設(shè)備帶電在線檢測(cè)技術(shù)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 在線檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與框架

在線檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分為三層，分為被檢測(cè)的高壓設(shè)備和標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備組成的基礎(chǔ)層、檢測(cè)終端組成的檢測(cè)層，以及計(jì)算機(jī)、衛(wèi)星、設(shè)備等組成的數(shù)據(jù)傳輸分析層[6]，如圖2所示。

3.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

高壓設(shè)備帶電在線檢測(cè)技術(shù)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，內(nèi)容為：傳感器、采集傳輸模塊、智能處理單元三項(xiàng)[7]，內(nèi)容如下。

傳感器：高壓設(shè)備帶電在線檢測(cè)技術(shù)在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中，所能檢測(cè)到的電流信號(hào)非常微弱，進(jìn)而對(duì)所測(cè)絕緣介質(zhì)損耗相位精度要求較高。例如：設(shè)備周圍環(huán)境較為復(fù)雜，從而導(dǎo)致的檢測(cè)信號(hào)被外界干繞，傳感器無法精準(zhǔn)檢測(cè)到對(duì)應(yīng)信號(hào)。此外，在使用傳感器對(duì)被測(cè)設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，需要與被測(cè)設(shè)備之間保持一定的距離，避免直接接觸產(chǎn)生電氣干擾。因此，本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，當(dāng)中的傳感器設(shè)計(jì)，采用精密度較高的泄露電流傳感器，方式為差動(dòng)比較及深度負(fù)反饋融合，以坡莫合金為鐵芯，使用特征標(biāo)定法和匝數(shù)補(bǔ)償法，相位誤差值小于且不等于1。增大互感公式為：。

采集傳輸模塊：采集傳輸模塊分為信號(hào)的采集和數(shù)據(jù)傳輸兩項(xiàng)，首先是信號(hào)采集，本系統(tǒng)采用數(shù)字化工頻測(cè)量法，在對(duì)電網(wǎng)頻率測(cè)量過程中，通過檢測(cè)模擬工頻信號(hào)的方式，以數(shù)字域中的位置相位為參照，獲取的信號(hào)對(duì)應(yīng)的位置信息。同采用FFT譜線，使其能夠與參考的信號(hào)頻率保持在同一水平上，防止出現(xiàn)柵欄效應(yīng)和泄露誤差。而信息采集的承載硬件選用FPGA實(shí)現(xiàn)，該載體的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

其次是數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)傳輸設(shè)計(jì)選用的技術(shù)為GPRS和Zigdee融合后的技術(shù)，該技術(shù)不但有效處理高壓設(shè)備的磁場(chǎng)干擾問題，還能提高數(shù)據(jù)傳輸過程的穩(wěn)定新和實(shí)時(shí)性，致使系統(tǒng)的智能化與自動(dòng)化得到較大提升。如圖3所示。

智能處理單元：經(jīng)過傳感器的末屏電流信號(hào)，最終都會(huì)到達(dá)終端，并在的PGA204的作用下，將電流信號(hào)放大，再由UAF42U對(duì)其進(jìn)行加工，最后傳輸?shù)紽PGA內(nèi)，就可以計(jì)算出該電流信號(hào)的頻率；同時(shí)監(jiān)控的主機(jī)和該單元都擁有較為完善的通信機(jī)制，多個(gè)終端和上位機(jī)的通信穩(wěn)定性，都能在其作用下得到保證。此外人機(jī)交互的操作方式，致使采樣具備實(shí)時(shí)性，并在按照相應(yīng)操作流程，完成系統(tǒng)的自檢，如圖4所示。

3.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

軟件作為檢測(cè)系統(tǒng)的核心內(nèi)容，軟件的完善程度直接影響到在線檢測(cè)的效果進(jìn)而系統(tǒng)檢測(cè)軟件的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)遵循三項(xiàng)原則：1）高效的程序運(yùn)行效率，簡(jiǎn)單明了的操作流程以及較強(qiáng)的實(shí)時(shí)性；2）高效的控制能力，隨時(shí)保證的在線檢測(cè)處于穩(wěn)定的工作狀態(tài)；3）軟件程序兼容性強(qiáng)、靈活性高，能夠?qū)崿F(xiàn)不同系統(tǒng)移植。

4 結(jié)論

綜上所述，我國城市化建設(shè)速度越來越快，電力系統(tǒng)的容量也會(huì)越來越大，從而高壓設(shè)備數(shù)量也會(huì)逐漸增加，長(zhǎng)期運(yùn)行狀態(tài)下的高壓設(shè)備，必定會(huì)出現(xiàn)故障或其他問題，從而影響設(shè)備及電能運(yùn)輸穩(wěn)定性。因此，高壓設(shè)備帶電在線檢測(cè)技術(shù)的研究，不僅為了滿足社會(huì)發(fā)展過程中對(duì)能源的需求，同時(shí)也是加快我國電力系統(tǒng)的智能化和自動(dòng)化建設(shè)，促使電力系統(tǒng)的設(shè)備管理，能夠在不影響電能供給的基礎(chǔ)上，完成設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的檢測(cè)，及時(shí)排查故障問題。

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