电力系统高压设备带电在线检测技术的研究

翁宇晗　黄帅飞

摘 要：高压设备作为电力系统的主要的组成部分，是调节电力系统电能供给，以及保护电力系统运行安全和稳定的重要设备，加上高压设备作为城市发展及群众生活的基本保证设施，高压设备需要长期处于运行状态，进而高压设备的稳定性及安全性检测尤为重要。因此，文章首先对高压电气设备的在线检测技术进行分析，为本次研究提供理论支撑；其次介绍介质损耗测量方法，为研究提供技术支持，此外还会阐述该方法的注意事项，强化该方法的可实施性；最后提出高压设备带电在线检测技术的系统设计。

关键词：电力系统 高压设备 带电在线监测 技术研究

电力系统在搭建过程中，由于受到社会经济发展的影响，该系统中运行的设备越来越多，即系统设备容量增大，从而导致电力系统的电压增大，需要利用高压设备调节电能的供给，方可保证电力系统各设备的稳定性与安全性[1-2]。因此，高压设备运行的检测技术，不但要保证具备在线检测的能力，还要体现出较强的科学性和可操作性，进一步配合电力系统，实时掌握高压设备的运行状态。

1 高压电气设备在线检测技术

1.1 电容性高压电气装置

针对电容性高压电气装置的设备在线检测技术，是指对高压设备中的耦合电容器、电流互感设备、套管以及测量CVT等容性介质设备进行检测，从而掌握设备是否存在受潮的风险[3]。首先通过计算出绝缘损失的热切至，检测介质损耗的变化情况；其次对部分局部绝缘层放电的现象，利用测量分析的方式，将其介质的损耗情况反应出来；再者通过测量设备温度的变化，了解绝缘劣化温度系数的灵敏度变化，甚至还可以通过查看温度的非线性波动情况，知晓设备是否出现异常。

1.2 变压器装置

该装置被广泛的应用到电力系统当中，在高压设备当中，高压变电器利用油浸设备对其进行放电处理，同时对变压器的绝缘情况，开展有目的性的检测与分析，及时掌握变电器电流运行状态，例如：局部出现的放电反应，或放电反应出现在局部位置。

1.3 设计在线检测装置

在线检测装置主要由：控制显示单元、传感设备、前置放大单元以及信号处理单元等多个部单元组成。因此，按照其设计原则，可将高频带电磁耦合线圈作为该装置的传感器，收集相关电信号，并在计算机的帮助下，处理好电信号，以可视化数据的形式呈现出来，帮助检测人员分析检测设备的副值、频谱、放电强度、持续时间、出现时刻等参数。

1.4 数据诊断与分析方法

数据诊断主要是利用精度较高的传感器所收集的数据信息，完成高精度的检验，并将数字传输的形式作为检测分析主要内容。但是在数据检测工作开始前，需要具备较为完整且健全的检测方案，将需要的数据进行科学的处理后，分析数据的内在含义，同时确保所需要处理的检测数据，来源可靠、真实、准确，从而组建出运行状态良好、检测效率高的系统。

1.5 注意事项

1）注意高压设备绝缘介质的损耗；绝缘介质中出现损耗情况时，损耗值会有所增长，同时在其他因素的影响下，也会出现一个热量值，从而出现绝缘被击穿的情况。

2）注意高压设备绝缘过程中局部放电评率，预防在线检测数据出现较大差异性。

3）注意高压设备的绝缘温度系数。

4）保证实际检测环境处于安全的状态，充分发挥在线检测技术的实用性。

5）根据不同高压设备不同电压等级，检测时需要保持一定的安全距离，如表1所示。

2 介质损耗测量方法

2.1 基本概念

介质损耗量是指，在电场或电压的影响下，电流传播的介质都会存在不同程度的损害，常见的介质损耗有电导损耗、局部损耗等。进而介质损耗的因素（tanδ），主要用于衡量绝缘介质的绝缘性能，想要准确得到该因素，就必须在交变电压的作用下测得[4]。此外，对介质损耗因素策略的，能够直接反应出介质是否出现受潮、变质、被污染等情况，检测的公式表示为：，有公式可知局部缺陷与整体绝缘介质损角大小为正相关，设备的绝缘状况能够直接用介质的损耗角进行分析。

2.2 测量方法

介质损耗测量方法是利用传感器技术，将需要测量的设备电压、泄露电信号收集起来，之后将收集的信号利用数据采集装置转换为离散信号，再将其进行数据化处理，最后计算出两者之间的相位差，从而获得具体的介质损耗因素值。常见的介质损耗测量方法有相关函数法、谐波分析法等，部分场景也会运用到高阶正弦拟合和正弦波参数，两种方法[5]。内容如下。

相关函数法：该方法不仅可以简化相关数值的计算流程，还可以有效降低硬件的抗干扰能力，即为抗干扰能力较弱的传感器也能应用，相关函数法的介质损耗角计算机公式表示为：，Ri（0）为自相关函数；Ru（0）为相关函数；u为电压信号；i为泄露电流信号。

谐波分析法：该防范能够有效克服多种干扰因素，从而保证最终在线检测结果的精准度及稳定性。在应用该方法进行介质角损耗因素计算是，要先将所有的测量的设备电压和电流信号，利用傅里叶变换原理进行处理，再进行谐波分析，从基波分量重得到介质损耗的角度。由此可见，谐波分析法采用惨叫函数的正交性原理，相关公式表示为：。

高阶正弦拟合法：该方法主要正对非同步数据收集场景当中，对介质损耗进行测量，当数据收集周期在设定周期内所得到的多点离散序列为yn=f（nTs），n为常数，该方法的计算公式为：。

正弦波参数法：该方法首先需要对场景进行假设，将检测的条件设定为：电流电压信号均为正弦信号，从而在完成模数转化后，对得到的数字型号进行处理，最终得到对应的正弦波参数，其次在获得对应的相位差值，利用相位差值计算出介质损耗，最后以建立线性方程组的方式，求解出介质角损耗因素。公式表示为：。

3 高压设备带电在线检測技术的系统设计

3.1 在线检测系统结构与框架

在线检测系统的结构分为三层，分为被检测的高压设备和标准设备组成的基础层、检测终端组成的检测层，以及计算机、卫星、设备等组成的数据传输分析层[6]，如图2所示。

3.2 系统硬件设计

高压设备带电在线检测技术系统的硬件设计，内容为：传感器、采集传输模块、智能处理单元三项[7]，内容如下。

传感器：高压设备带电在线检测技术在现场环境中，所能检测到的电流信号非常微弱，进而对所测绝缘介质损耗相位精度要求较高。例如：设备周围环境较为复杂，从而导致的检测信号被外界干绕，传感器无法精准检测到对应信号。此外，在使用传感器对被测设备进行检测时，需要与被测设备之间保持一定的距离，避免直接接触产生电气干扰。因此，本次设计的系统，当中的传感器设计，采用精密度较高的泄露电流传感器，方式为差动比较及深度负反馈融合，以坡莫合金为铁芯，使用特征标定法和匝数补偿法，相位误差值小于且不等于1。增大互感公式为：。

采集传输模块：采集传输模块分为信号的采集和数据传输两项，首先是信号采集，本系统采用数字化工频测量法，在对电网频率测量过程中，通过检测模拟工频信号的方式，以数字域中的位置相位为参照，获取的信号对应的位置信息。同采用FFT谱线，使其能够与参考的信号频率保持在同一水平上，防止出现栅栏效应和泄露误差。而信息采集的承载硬件选用FPGA实现，该载体的结构如图2所示。

其次是数据传输，数据传输设计选用的技术为GPRS和Zigdee融合后的技术，该技术不但有效处理高压设备的磁场干扰问题，还能提高数据传输过程的稳定新和实时性，致使系统的智能化与自动化得到较大提升。如图3所示。

智能处理单元：经过传感器的末屏电流信号，最终都会到达终端，并在的PGA204的作用下，将电流信号放大，再由UAF42U对其进行加工，最后传输到FPGA内，就可以计算出该电流信号的频率；同时监控的主机和该单元都拥有较为完善的通信机制，多个终端和上位机的通信稳定性，都能在其作用下得到保证。此外人机交互的操作方式，致使采样具备实时性，并在按照相应操作流程，完成系统的自检，如图4所示。

3.3 系统软件设计

软件作为检测系统的核心内容，软件的完善程度直接影响到在线检测的效果进而系统检测软件的设计应当遵循三项原则：1）高效的程序运行效率，简单明了的操作流程以及较强的实时性；2）高效的控制能力，随时保证的在线检测处于稳定的工作状态；3）软件程序兼容性强、灵活性高，能够实现不同系统移植。

4 結论

综上所述，我国城市化建设速度越来越快，电力系统的容量也会越来越大，从而高压设备数量也会逐渐增加，长期运行状态下的高压设备，必定会出现故障或其他问题，从而影响设备及电能运输稳定性。因此，高压设备带电在线检测技术的研究，不仅为了满足社会发展过程中对能源的需求，同时也是加快我国电力系统的智能化和自动化建设，促使电力系统的设备管理，能够在不影响电能供给的基础上，完成设备运行状态的检测，及时排查故障问题。

参考文献：

[1]张凌迪，李嘉欣，李文涛，等.高压电缆局部放电带电检测技术的应用研究[J]. 建筑工程技术与设计，2020（15）：2217.

[2]易致宏，李权，杨超，等.泛在电力物联网管控下的开关柜内空间环境在线监测系统的研制[J]. 电力系统装备，2019（19）：61-62.

[3]陈凭，王希林，洪骁，等.表面粗糙度对激光诱导击穿光谱信号的影响[J]. 光谱学与光谱分析，2019，39（6）：1929-1934.

[4]杨海涛.电力系统高压设备带电在线检测技术[J].科学与财富，2021，13（22）：16，18.

[5]关志柱. 电力系统高压设备带电在线检测技术思考[J]. 建筑工程技术与设计，2021（11）：197.

[6]王宇星. 关于高压电气设备带电检测信息化管理分析[J]. 电力设备管理，2022（5）：252-254.