智能配电房用特高频局放传感器环境适应性试验研究

庞莹

（上海市质量监督检验技术研究院，上海 201114）

引言

随着配电网的快速发展，电网企业对供电可靠性的要求越来越高，建设智能配电网已经成为大势所趋。其中，智能配电房作为智能配电网系统中的关键节点[1]，担负着为用户分配电力的重担。智能配电房通过智能传感器对各种监测及报警数据进行分析，实时反映现场运行情况，防止因环境改变、非授权活动、设备状态变化等引起的事故，满足对远程运维的可靠管控。目前，智能传感器行业的标准仍是空白，生产厂家繁杂，产品集成度低、功耗高、寿命低、信息隔阂，因而其性能在很多方面不能满足技术要求，不适合用于开展智能配电房建设，严重阻碍配电房智能化改造成效。因此，为保证智能配电网的方向性，推进配电网建设，亟待开展对智能配电房传感器的标准体系和关键技术研究。本文对智能配电房用特高频局放传感器的环境适应性试验进行了研究。

1 智能配电房环境监测系统组成

监测系统由各类智能传感器（温湿度传感器、位移传感器、烟雾传感器、水浸传感器等）、终端和后台等部分组成。传感器自身带有的感应元件，可以和与其配对的终端模块通信，用于感知配电房内设备运行状态、环境状态、安防状态等信息。信号到达终端模块后，终端服务器通过GPRS网络与云端服务器连接，并把数据打包发至数据中心，数据中心对数据进行存储并做实时分析。最后应用端通过与云端服务器连接对数据进行展示和报警。其中，智能传感器在配电房监测中起着重要作用。

2 特高频局放传感器

变压器随着时间的推移会逐渐老化产生故障，并伴随着局部放电现象。通过对变压器局部放电进行测试和监测，可以获得电介质的绝缘状况并推测出电气设备的绝缘寿命[2]。因此，对变压器的局部放电进行监测有着重要意义。特高频法近年来被广泛应用于电力设备的局部放电监测，其检测频段较高，具有抗干扰能力强、灵敏度高等优点。特高局放频传感器作为特高频法的重要组成部分，在变压器局部放电监测中越来越被广泛应用[3-5]。目前常用的特高频局放传感器有阿基米德螺旋天线、平面螺旋天线、盘锥天线、Hilbert分形天线、套筒天线和屏蔽谐振式环天线等[6]，采用特高频传感方式对电力、冶金、铁路等系统GIS设备的局部放电进行监测。

3 特高频局放传感器环境适应性试验验证

3.1 测试项目和试验设备

本文测试的项目包括高温试验、低温试验、振动耐久试验和冲击耐受试验。使用到的仪器设备有温度试验箱、计时器、振动试验装置和冲击试验装置。每个测试项目参与试验的样品50个，型号XD5-3，样品外观良好，无破损、铭牌齐全。

3.2 高、低温试验

高、低温试验是环境试验的常规测试项目。安装于智能配电房的特高频局放传感器环境温度条件见表1。试验所用设备如图1所示。

表1 环境温度条件

3.2.1 低温试验

1）试验目的：验证产品在低温条件下的适应性。

2）依据GB/T 2423.1-2008中的规定，按试验Ad进行。试验过程见表2。

表2 低温试验

3）试验结果

经测试，在低温试验后仍能正常工作的传感器数量如图1所示。

图1 温度试验箱

由图2可以看出，经过-30 ℃、-40 ℃、-50 ℃的低温试验后，仍能正常工作的传感器样品数量分别为50、49、10。因此，可以得出该传感器能承受的最低温度为-40 ℃。

图2 低温试验结果

3.2.2 高温试验

1）试验目的：验证产品在高温条件下的适应性。

2）依据GB/T 2423.2-2008中的规定，按试验Bd进行。试验过程见表3。

表3 高温试验

3）试验结果

经测试，在高温试验后仍能正常工作的传感器数量如图3所示。

由图3可以看出，经过45 ℃、55 ℃和65 ℃高温试验后，仍能正常工作的传感器样品数量分别为50、50、23。因此，可以得出该传感器能承受的最高温度为55 ℃。以上高、低温试验结果可以为特高频局放传感器标准体系中温度的严酷等级制定提供依据。

图3 高温试验结果

3.3 振动耐久试验

振动试验是评定产品在预期的使用环境中耐受振动能力而对受振动的实物或模型进行的试验。

1）试验目的：验证产品在运行过程中对振动环境的适应性。

2）试验过程：按照GB/T 11287规定的试验要求和方法，将样品放置在振动台上，加速度峰值依次设置为5 m.s-2、10 m.s-2和15 m.s-2，每一轴线方向的扫频循环数为20。试验过程如图4所示。

图4 振动耐久试验

3）实验结果

由图5可以看到，经过加速度峰值分别为5 m.s-2、10 m.s-2和15 m.s-2的振动耐久试验，试验后样品未发生紧固件松动、机械损坏且仍可正常工作的样品数量分别为50、50和38。因此，特高频局放传感器进行振动耐久试验能承受的最大加速度峰值为10 m.s-2。

图5 振动耐久试验结果

3.4 冲击耐受试验

1）试验目的：验证产品在运行过程中对冲击环境的适应性。

2）试验过程：按照GB/T 14537规定的试验要求和方法，将样品放置在冲击试验台上，加速度峰值依次设置为140 m.s-2、150 m.s-2、160 m.s-2，脉冲的持续时间为11 ms，每个方向上的脉冲数为3个。试验过程如图6所示。

图6 冲击耐久试验

3）实验结果

由图7可以看到，经过加速度峰值分别为140 m.s-2、150 m.s-2和160 m.s-2的冲击耐受试验，试验后样品未发生紧固件松动、机械损坏且仍可正常工作的样品数量分别为50、50和31。因此，特高频局放传感器冲击耐受试验能承受的最大加速度峰值为150 m.s-2。

图7 冲击耐久试验结果

4 总结

本文对智能配电房用特高频局放传感器环境适应性进行了研究。开展了高温试验、低温试验、振动耐久试验和冲击耐受试验。该传感器可以承受的最高温度为55 ℃，最低温度为-40 ℃，振动耐久试验可以承受的最大加速度峰值为10 m.s-2，冲击耐受试验可以承受的最大加速度峰值为150 m.s-2。本文的研究不仅为智能配电房用特高频局放传感器的标准体系建立提供数据支撑，对产品的研制和广泛应用也有一定的指导意义。有利于规范智能传感器生产技术和市场秩序，提高产品质量，进而推动智能配电网的建设质量和运行可靠性。