便携式智能局部放电检测仪的开发技术分析

周晓峰，景建锋，周晓磊，郑才伟，王洪晓

（国网河南省电力公司 登封市供电公司，河南 登封 452470）

0 引 言

开展局部放电检测是电力设备绝缘缺陷检测和诊断的重要手段。目前，局部放电检测装置存在建设不同步、厂家型号众多、精度与可靠性偏差、检测数据碎片化、共享能力不足、重复投资大、人工分析数据效率及数据利用率低等一系列问题。为解决存在的问题，本文设计开发了便携式智能局部放电检测仪[1]。便携式智能局部放电检测仪应用了智能无线局部放电传感器、局部放电智能诊断仪以及局部放电数据分析诊断软件中心等，能够实现对变电站现场的多场景局部放电数据的在线监测、人工巡检带电检测以及远方局部放电分析系统的实时在线交互，极大地提高了变电站局部放电检测效率。

1 局部放电的原理及检测方法分析

1.1 局部放电的原理分析

局部放电指电气设备的部分绝缘区域受到电场作用而出现的放电现象，但此时绝缘系统并没有出现击穿。电气设备出现局部放电现象的主要原因是电介质不均匀，导致绝缘系统各个区域承受的电场强度不同。当某个承受电场强度较弱的区域出现击穿现象时，电气设备就会出现放电现象，但是其他未击穿区域依然保持着绝缘状态[2,3]。电气设备的电介质出现不均匀的原因有很多，如电介质中存在杂质、气泡或者水分等。

1.2 局部放电的检测方法分析

电气设备局部放电的检测方法包括超声波法、高频电流法以及特高频法等，这些检测方法在实际应用中取得了良好效果。超声波法是当电缆发生局部放电时，借助超声波传感器采集局部放电行为并发出超声波[4]。但是，超声波容易衰减，检测范围较小。高频电流局部放电检测方法是当电气设备发生局部放电时出现脉冲电流信号，借助高频电流传感器实现对脉冲电流的检测。传感器在电流检测过程中容易受到外界电磁干扰的影响，导致检测结果不准确。高频电流局部放电检测方法的原理如图1所示。

图1 高频电流局部放电检测法

特高频法是当出现局部放电现象时，脉冲电流在较短的时间内快速增加，产生高频电磁波，通过传感器来检测高频电磁波检测局部放电现象[5,6]。便携式智能局部放电检测仪的开发可以设置切换开关，综合利用这些方法开展局部放电的检测。

2 便携式智能局部放电检测仪的开发

2.1 便携式智能局部放电检测仪的硬件结构

便携式智能局部放电检测仪由信号采集功能模块、信号处理模块以及便携式主机等部分组成。便携式主机设置局部放电检测软件系统。便携式智能局部放电检测仪的结构如图2所示。

图2 便携式智能局部放电检测仪结构

便携式智能局部放电检测仪结构共设置4个数据采集通道，包括2个高频脉冲电流传感器（High Frequency Current Transformer，HFCT）、1个超高频（Ultra High Frequency，UHF）处理单元和1个AE通道等，能提高数据传输的可靠性。无线局部放电传感器可以借助4个通道中任意1个进行数据采集。首先，将采集的数据传输给前置处理单元，可以对数据进行放大和滤波处理[7]。其次，将处理完的数据传输到主板和采集卡进行模数转换。最后，将信号传输到便携式局部放电测试主机，得到局部放电的检测结果。便携式智能局部放电检测仪中可以通过切换设备开关切换不同的局部放电检测方法。

2.2 便携式智能局部放电检测仪中的分析诊断软件

便携式智能局部放电检测仪中的分析诊断软件能够处理采集卡发送的信号，并将检测结果展示给操作人员。分析诊断软件的界面包括工具栏、图形展示区域和系统信息展示区域等。软件的运行模式包括实时诊断和连续采样2种类型。

便携式智能局部放电检测仪在连续采样的模式下运行，能够采集电力设备中的原始信号，并在时域内展示波形，而操作人员可以在观测窗口直观查看信号。便携式智能局部放电检测仪在实时诊断模式运行时，需要采集某一段时间内的信号，通过分析这段时间采集的信号，得到信号特征图谱和检测结果[8,9]。在信号的特征图谱中，可以看出电气设备的放电次数、放电幅值、放电量以及相位等信息，将生成的局部放电检测文档储存在便携式主机。

3 便携式智能局部放电检测仪的应用

便携式智能局部放电检测仪对变电站电气设备的维护具有重要作用。地理信息系统（Geographic Information System，GIS）设备容易出现局部放电情况，下面将以GIS设备局部放电检测为例进行分析。便携式智能局部放电检测仪在实际检测应用中，GIS设备、检测仪和传感器之间的接线如图3所示。

图3 便携式智能局部放电检测仪在应用中的接线

从图3可以看出，传感器设备和绝缘子相连，感知来自绝缘子的局部放电信号。检测装置利用同轴电缆和传感器设备相连，将局部放电信号传输到检测装置。在便携式智能局部放电检测装置中，可以采取超声波和超高频相结合的检测方法。这种检测方法电磁波的传播速度大于超声波的传播速度，所以可以以超高频电磁波信号作为参考标准。移动超声波传感器的位置，使信号的时延最短，此时超声波传感器与局部放电源头距离最近[10]。根据局部放电信号到超高频和超声波传感器的时间差，结合超声波的传播速度，可以得出局部放电源头和传感器之间的距离。超声波信号的时延如图4所示。

图4 超声波信号的时延

图4中，t表示电信号和声信号的时间差。由于电信号的传播时间短，故t可用于表示声信号的传播时间。局部放电源头和传感器之间的距离为

式中：v1和v2分别为电信号和声信号的传播速度。通过计算局部放电源头和传感器之间的距离s，实现对GIS设备局部放电点的检测。

4 结 论

文章对便携式智能局部放电检测仪的开发技术进行分析和介绍。通过局部放电检测仪在实际电力设备的应用发现，它能有效提高电力设备的专业分析技术与管理水平，减少人为因素对局部放电检测结果的影响，避免检测过程出现数据统计分析错误，有效提高电力企业的供电可靠性和服务水平。