高压设备强电局部放电在线监测技术

赵月莉 高翠婷

摘 要：近些年我国电力事业发展迅速，电力企业日常工作的重要内容就是监测与维护高压设备，特别是高压设备局部放电问题。电力企业为提高高压设备危险局部放电维护效果，广泛应用在线监测技术。基于此，本研究中笔者结合实际工作经验，分析在线监测技术在高压设备危险局部放电中的具体应用，促进高压设备危险局部放电维护效果。

关键词：高压设备；危险局部放电；在线监测；技术分析

在高压设备危险局部放电维护中，应该用在线监测技术，可以实时监控设备运行状态及放电情况，及时发现运行异常或故障情况，在设备放电维护中发挥着重要作用。

一、高压设备局部放电原因

高压电工设备大多存在局部放电问题，系统运行中这问题难以避免，原因在于设备制造过程中绝缘材料或结构包含一部分气隙或油膜，这部分比固体绝缘介质更易击穿。比如塑料电缆、互感器与变压器浇筑制造过程中，不可避免出现气泡问题，高压电器油浸绝缘中纸层间存在油膜。固体介质介电常数高于空气与矿物油，电场作用下空气与矿物油承受更大的场强，本身击穿强度较低，当外界电压升高到一定程度时空气或油会被局部击穿产生局部放电。

电极边缘存在较为集中的电场，电厂强度特别高，比如系统运行中套管电极边缘与高压电机线圈出槽口等部分容易产生放电。工作电压下胶纸套管与高压电机的绕组经常出现局部放电情况[ 1 ]。设计制造高压电缆与电容器时，油纸绝缘起始放电场强大于工作场强，在电场作用下绝缘纸长时间受到高能量带点质点的撞击出现老化。开始阶段可以吸收气体，但长时间使用后会形成气泡进而产生局部放电情况。高压设备局部放电主要集中在交流正弦电压下，对绝缘正常运行产生影响，其他的比如雷电或操作过电压，因为时间短且出现概率小，一般不会造成大的放电危害。直流电压下不经常出现放电情况。

二、高压设备强电局部放电在线监测技术

实际中为全方位实时监测局部放电，有很多的监测方法，常见的如电辐射测量、超声波测量及超高频测量等检测方法。高压设备危险局部放电检测可以分成间接检测与直接检测两类。本研究中笔者依据局部放电特点与原理，结合在线监测系统的设计要求，以高压开关柜为研究对象，分析在线监测技术。

局部放电产生的超声波信号被超声波传感器单元中的多个超声波传感器接收，通过超声波信号调理单元实现信号的放大、滤波及A/D转换，将处理后的DSP信号送入到DSP单元中；局部放电产生的超高频信号采集通过超高频传感器单元中的多个超高频传感器完成，通过超高频信号调理单元实现信号的放大、滤波及检波处理，将处理后的信息送入到DSP单元中；DSP对接收到信号进行处理并提取特征，通过信息融合。超声波放电信息与超高频放电信息分别进行特征层的信息融合，然后将特征层融合后的信息进行决策层的信任融合，得到最终的放电信息，通过通信单元将放电信息送入到上位机监控单元。模式识别主要通过DSP识别最终放电信息，判断故障放电原因。除此之外，DSP单元还有显示信息、储存信息及故障报警功能的。

（一）监测系统结构

在设计该系统的时候，笔者考虑实际效果决定采用三个超声波传感器，并将其安装在高压开关柜内壁上，三个传感器按照三维坐标系结构排列。超声波信号被传感器接收后经过一系列转化变成微电压信号，接着微电压信号通过同轴电缆传送至超声波信号放大电路，后者实现微电压信号的放大，最后超声波信号调理单元接收到放大后的微电压信号。

开关柜内部存在众多的干扰因素，比如常见的环境噪声、振动信号等，这些干扰因素会对安装在开关柜内部的超声波传感器造成影响，为降低或清除干扰信号，需要借助到滤波处理器，最终得到相对干净的放电信号。在设计过程中，决定采用带通滤波器，高通滤波为4阶巴特沃斯，截止频率f=20KHz，低通滤波2阶巴特沃斯截止频率为100KHz。

处理后的滤波信号被送入到A/D转换电路中，将信号转换成满足DSP输入要求的数字信号，接着转换后的信号进入DSP单元，并在其中进行一系列的后续处理。在DSP处理单元中，三路超声波信号通过DSP芯片进行快速傅里叶变换，放电信号的频谱特征被充分掌握，接着依据频谱特征快速提取信号特征值，进行特征层信息融合，本系统中采用最简单与最直观的信息融合方法-加权平均法；最后融合后的超声波放电信号经过DSP进行特征信息的模式识别，判断放电信号的正确性，如果时系统则会发出报警信号。除此之外，DSP信号可以计算并实时显示放电参数，并将信息通过通信单元传送至监控室，监控人员通过终端及时掌握相关信息。

（二）超高頻放电在线监测单元设计

实际中高压开关柜局部放电过程中，当介质具备很高的强度时，产生很大的击穿场强，击穿时间变得极短，产生很陡的放电电流脉冲与频率丰富的高频电磁波信号，这部分电磁波频率多在（0.3-3）×103MHz范围内。

本系统设计过程中为避免外界电磁信号的干扰，对局部放电产生的超高频信号的检测范围也在（0.3-3）×103MHz，为保证效果检测过程中采用多个超高频传感器。系统采用带通滤波电路的超高频滤波电路，高低通滤波截止频率分别为500MHz与1500MHz。接着送至检波电路，本系统中采用包络检波的检波电路，将低频信号从高频信号中提取出来，滤除超高频传感器输出的震荡信号并保留信号的相位与幅值信息。DSP单元进一步处理经检波电路等处理得到的信号。

类似于超声波检测单元，DSP单元中的DSP芯片提取三路超高频信号特征，提取特征后进行特征层信息融合，进而得到相对可靠的超声波放电同和信号，最后融合后的超声波放电信号特征信息经过DSP模式识别，将放电信息的各特征参数与模式识别结果实时显现，并将相关信息传送至监控室。

三、结语

电力企业高压电气设备运行工作中局部放电在线监测技术起着重要作用，可以准确监测设备局部高压放电类型与大小、同时准确定位与识别，确保电气设备正常稳定运行。

本研究中笔者首先分析高压设备局部放电的原因，并给出高压设备危险局部放电在线监测技术应用步骤，确保电网正常运行，保证社会主义市场经济健康、稳定及快速发展。

参考文献：

[1] 王昌国.天气对高压设备运行的影响及防控路径[J].通讯世界.2015（12）：112.

[2] 高志佳.试论发电厂高压电气设备放电检测方法[J].民营科技.2015（12）：48.

[3] 买买提·努尔，石海珍，齐铁东.局部放电带电巡检技术的应用研究[J].科技创新与应用.2013（02）：32.