三相高频脉冲电流法局部放电 在线监测系统的应用

牛智强 凌旺 刘世俊 王晋宏 刘文伟

【摘要】    本文主要探究和分析了三相高频脉冲电流法局部放电在线监测系统的应用策略，希望能够更好的推进相关技术发展进步，发挥相关技术的作用及优势。

【关键词】    三相高频脉冲电流    局部放电法    在线监测系统    应用

一、研究基础、特色和发展趋势概述

三相高频脉冲电流法局部放电在线监测系统在高压开关柜中的应用，依托于浙江电力科学研究院、浙江大学运用产学研相结合的模式，结合了多年来电力生产检测技术经验，综合调研了多种国内外生产的局部放点监测产品，并应用在京玉公司的6kV开关柜上，真正的做到了取各家之长。

该项创新技术所用的是三相高频脉冲电流法，使用三相耦合電容传感器采集局放信号，可在很宽的频率范围内保持很好的传输特性、灵敏度高，放电量可以标定的技术特点。

针对该科技创新技术已在京玉公司6kV开关柜上实施，并在公司内成立技术攻关项目组，制订项目管理方案，确定了项目组成成员和工作职责，落实项目进度总体计划，建立项目绩效机制。对国内高压开关柜局部放电在线监测技术现状进行深入调研，同时查阅国内外相关文献资料，研究技术攻关核心难点，编写技术研发方案。以脉冲电流法为技术原理，制定研发计划，研究开发高压开关柜局部放电在线监测系统，生产样机，进行试验。并对其经济效益、做出总结分析。

二、研究项目所包含的具体内容

局部放电是指由于电气内部绝缘中存在的弱点，在一定外施电压下发生的局部重复击穿和熄灭现象。一般情况下它并不影响电气设备的短期绝缘强度，但如果一个电气设备在运行电压下长期存在局部放电现象就会对设备绝缘造成损害。局部放电过程中的视在放电量是判断设备绝缘是否老化的关键参数，视在放电量越大，表明绝缘设备老化的程度越深，存在的风险越大。该设备采用脉冲电流法作为测量原理，能够准确的测量出设备的视在放电量，脉冲电流法也是唯一能够准确测得视在放电量的测量原理。脉冲电流法是一种应用最为广泛的局部放电测试方法，国际电工委员会（IEC）专门对此方法制定了相关标准（IEC-60270）。图1为脉冲电流法测量回路。

该局部放电在线监测系统包括：局放加强器，用于对高压电气设备的局部放电信号进行采集放大。局放传感器采用支撑绝缘子式电容传感器作为局放传感器，接收管理局放分析主机传输的数据。

三、三相高频脉冲电流法局部放电与现有产品、技术、装备的对比分析

电力高压设备的状态检测、监测技术分为多种，如超声波法、对地电压法、超高频法、脉冲电流法等，如采用超声波法的美国UE公司;采用对地电压法的英国EA公司;采用超高频法的英国DMS公司等。该科技创新技术所用的是三相高频脉冲电流法，使用耦合电容传感器采集局放信号。

本科技创新技术性能可靠，实际效果与效益明显，相比市场上其它的局放监测技术，本技术综合优势明显。

在具体应用中要达到的技术性能指标和参数：

采集通道数：  1-8通道，可进行多机组网

显示数值：    pC值

灵敏度：      10pC

测量范围：    1-30000 pC

工作模式：    长期监测使用

通讯模式：    MODBUS-RTU

显示模式：    单色液晶屏幕

传感器类型：  可兼容带电显示装置的电容传感器

局放报警方式：继电器输出

特殊功能：    设备自检及报警、后台软件局放图谱分析

脉冲分辨率：    < 40us

四、该科技创新技术特点、关键技术和关键工艺

4.1首次使用脉冲电流法对开关柜设备进行局放在线监测

该技术选用了基于脉冲电流法对高压开关柜设备进行局部放电在线监测的产品。脉冲电流法是唯一能够直接、准确测算出被监测设备局部放电视在放电量的方法，相对其他厂商使用特高频、地电压、超声波等方法，此种方法可以精确地得到视在放电量数值，以此为依据，我们可以直接判断出设备绝缘的损坏和老化程度，此种方法已被应用在变压器、发电机组、电缆接头等大型电气设备的局部放电在线监测上，但尚无在开关柜上使用的在线监测设备。

4.2在开关柜的监测中使用绝缘子式电容传感器

其他同类产品在开关柜在线监测上未有使用绝缘子式电容传感器，使用该传感器有以下优点：①现存开关柜普遍配置了该类型传感器作为带电显示装置的传感器。我们对现存开关柜加装此项目产品的实施改造的过程中无需对开关柜进行加装新的传感器，十分方便;②更换方便，易于后期设备的维护及修理。

4.3特殊的局部放电信号放大器

该系统所使用的局部放电信号放大器与传统的信号发生器有本质的不同，使用该放大器能够显著提升系统整体的抗干扰能力，进一步提高测量值的准确性。

4.4高频信号采集

使用传统的脉冲电流法检测设备所能采集到的局部放电信号的带宽在100kHz左右，在此频段进行数据采集经常会受到来自设备开断、外部空间的噪声干扰，所以，传统的使用脉冲电流法的检测设备往往只能在实验室的条件下使用。此项目产品使用高速采集的方式，有效的避开外部干扰，具有很强的抗噪声能力。

4.5工频同步及故障定位

该系统不仅可以测量局放视在放电量的大小，还可以与被监测设备进行工频同步，可以检测出局部放电具体发生的相位区间，并由此可以进行局放类型识别与故障定位。

4.6通用数据访问接口

分析主机自带SD卡、以太网口、RS485接口和USB接口，提供对一体化存储数据资源的访问服务。

4.7通用数据管理平台

后台科提供强大的管理及分析功能，可以直观的管理每台分析器及每个通道的数据，并可将特定通道数据进行调取分析，并通过实时显示的方式，看到该通道下采集到的局放信号。依靠此平台，管理人员可以方便的查询、分析每台设备健康状况。

4.8远程数据传输

设计使用GPRS通信功能，可以与移动设备进行连接，方便相关人员及时得到设备状态信息。

该项目可利用6KV开关柜的带电显示装置的电容传感器进行局部放电在线监测、在线校准符合IEC60270-2000及GB/T7354-2003标准。

4.9通用性

该项目采集传感器体积小，安装方便，可在现有的设备上改造安装本系统。例如励磁变压器、高压电动机等设备更换母线或电缆终端的支撑绝缘子为电容式支撑绝缘子即可实现局部放电的长期在线监测，改造简单，运行稳定可靠。

五、项目实施的具体内容和技术路线

5.1系統抗噪技术的研究

我们在研发的过程中选择软硬件相结合的方式来提高信噪比。具体开发内容如下：团队在设计该系统的放大器时全面的考虑了功能、易用性等方面的问题，选择了开关柜中普遍配置的绝缘子式电容传感器。团队在设计放大器时将带宽设计为10mHz以上，并在信号处理的过程中基本滤除了三个信号接口中的共模信号，以达到降低背景噪声的目的。

5.2故障定位

多数时刻，我们不仅希望实时监控电气设备的局部放电视在放电量，而且希望在设备出现较为严重的局部放电时，我们能对故障进行大致的定位，以方便后续的检修工作。该项目产品通过判断局部放电出现的相位位置，实现了基本的故障定位功能。

5.3局放分析主机与后台的通讯

局放分析主机配有SD卡、以太网口、RS485接口和USB接口，可以以160kbps的速度直接向后台实时传输监测到的局部放电数据。

5.4成果效益分析

本系统实时监测到的数据传输到电力综合数据网，使用户实时了解到高压电气设备的工作状态。正逐渐成为衡量电网智能化和可靠运行的重要指标之一。

本技术在局部放电技术方向是国内领先的，在这一点上我们结合多年的运行现场检测经验及经过大量对比分析得出来的结论，同时该科技创新技术面对发电厂众多电气设备可以从基础配置的角度实现局放在线监测，便于运行人员和设备管理人员提前安排计划检修，及时消除设备的潜在绝缘隐患，很大程度的提高了设备的安全稳定性、有效的控制了故障的进一步扩大化。

通过给设备配置局部放电在线监测系统，可以减少设备的故障率，使设备安全运行，减少了供电部门的维护费用。

参  考  文  献

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