地電波法在開關(guān)柜局部放電中的應(yīng)用范文

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《電氣技術(shù)雜志》2014年第七期

1放電源的定位

采用地電波法可以對開關(guān)柜內(nèi)局部放電的放電源進(jìn)行定位，但現(xiàn)場測試時此功能常常不能得到合理充分運(yùn)用。在粗略判斷放電源位置時，可根據(jù)單一的信號檢測強(qiáng)度進(jìn)行多點(diǎn)移動測量，也可比較不同探頭的信號檢測強(qiáng)度，所測得放電幅值大的探頭一般距離放電源較近，但由于信號衰減和折反射的影響，這種方法誤差較大，不能用于精細(xì)定位。如果需要對放電源的空間位置準(zhǔn)確獲取，則要采用四個檢測探頭，根據(jù)不同探頭檢測信號的響應(yīng)時間差，計(jì)算放電源的空間位置，為故障源排查和設(shè)備檢修提供參考。如圖3所示，分別定義四個檢測探頭和放電源的空間坐標(biāo)為（x1,y1,z1），（x2,y2,z2），（x3,y3,z3），（x4,y4,z4），（x0,y0,z0），探頭1和探頭2的信號響應(yīng)時間差為t1，探頭2和探頭3的信號響應(yīng)時間差為t2，探頭3和探頭4信號響應(yīng)時間差為t3，電流脈沖的傳播速度為v，則可列方程組如式（1），通過該方程組可以計(jì)算得到放電源的空間坐標(biāo)。值得注意的是，傳播速度v并不是光速c，而是c/，為導(dǎo)體的介電常數(shù)。

2現(xiàn)場干擾排除

2.1現(xiàn)場干擾及簡單處理措施現(xiàn)場檢測金屬封閉式開關(guān)柜內(nèi)的局部放電信號時，干擾常常會影響測試效果，進(jìn)而影響工作人員的分析和判斷，因此需要對干擾進(jìn)行排除。然而在不同地區(qū)開關(guān)柜的運(yùn)行環(huán)境可能千差萬別，現(xiàn)場干擾也會有所差異，這就給干擾的抑制和甄別帶來了困難。根據(jù)電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和理論研究可知[8-10]，局部放電檢測的干擾源，主要可以分為連續(xù)性干擾、脈沖性干擾和白噪聲（背景噪聲）。而地電波為高頻電磁信號，主要干擾源為其他放電信號的高頻分量及高頻波，例如無線基站、軌道交通、飛機(jī)噪聲、照明燈具、氖泡有電顯示器、陰雨天架空線產(chǎn)生的電暈、在電纜頭上安裝的耦合器等，如圖4所示。這些干擾會造成數(shù)據(jù)超標(biāo)，儀器報警，給試驗(yàn)人員的判斷帶來誤導(dǎo)，因此，在現(xiàn)場測試前要盡量規(guī)避這些干擾源，具體的規(guī)避措施下面加以簡要介紹。1）無線電干擾防止無線電干擾對檢測儀器的影響，可以將檢測儀器放入特質(zhì)的電磁屏蔽盒中，數(shù)據(jù)傳輸線路盡量短，或采用光纖傳輸線等。2）大功率電力設(shè)備電動機(jī)、電鉆、繼電器、電梯等設(shè)備通斷產(chǎn)生的電流劇變及伴隨的電火花產(chǎn)生的干擾，不屬于連續(xù)干擾，可以通過地電波探頭和跟蹤示波器提取有效特征進(jìn)行甄別，如果是上述干擾（在開關(guān)柜內(nèi)部無局放產(chǎn)生的情況下），得到的信號相位必然是隨機(jī)的。對于電力系統(tǒng)中的非線性負(fù)載（如電弧爐等）、不間斷電源（UPS）等同態(tài)電源轉(zhuǎn)換設(shè)備產(chǎn)生的干擾，主要是由于負(fù)載切換纏上大量諧波涌入電網(wǎng)所造成，這可以通過對電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的同期監(jiān)測予以去除。3）電暈干擾如果發(fā)現(xiàn)有較為固定的電暈干擾情況，應(yīng)該對測量環(huán)境周圍的設(shè)備金屬連接處，高壓線路端頭、桿塔以及其他一些可能引起強(qiáng)烈電暈的地方予以檢查，保證其緊密連接，減少電暈，也可采取加裝屏蔽盒、采用較短測量傳輸線或采用光纖傳輸手段抑制電暈干擾的傳輸途徑。4）天氣濕度的影響根據(jù)長期檢測的歷史數(shù)據(jù)可以建立放電強(qiáng)度與大氣濕度等關(guān)系的數(shù)據(jù)庫，如果是在陰雨或潮濕天氣下測得的數(shù)據(jù)，可以對當(dāng)前測量值與歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，分析出現(xiàn)的異常數(shù)據(jù)。如果沒有大量的歷史數(shù)據(jù)，就必須在相近大氣濕度或確定在晴天進(jìn)行測量，保證條件一致性。

2.2干擾信號消減策略干擾信號進(jìn)入檢測系統(tǒng)的途徑有空間耦合、地線、電源以及通過測量點(diǎn)四種。前三種主要通過增強(qiáng)屏蔽、電源濾波、單獨(dú)接地等方法可以將干擾抑制到足夠小的水平。干擾及其進(jìn)入試驗(yàn)回路的途徑如圖5所示，M為鄰近試驗(yàn)回路的金屬物件；UA為電源干擾；UB為接地干擾；UC為經(jīng)試驗(yàn)回路雜散電容C耦合產(chǎn)生的干擾；UD為懸浮電位放電產(chǎn)生的干擾；UE為高壓各端部電暈放電的干擾；UF為試驗(yàn)變壓器的放電干擾；IB為經(jīng)試驗(yàn)回路雜散電感M耦合產(chǎn)生的輻射；IC為耦合電容器放電的干擾。對于干擾信號的消除，主要從干擾源、干擾途徑、信號后處理三個方面來考慮。直接消除干擾源和切斷干擾路徑是最有效最根本的方法，例如改進(jìn)結(jié)構(gòu)，合理設(shè)計(jì)電路，增強(qiáng)屏蔽，保證連接處緊密穩(wěn)定和清除現(xiàn)場孤立導(dǎo)體，而對于各種耦合進(jìn)入監(jiān)測系統(tǒng)的干擾，除了加裝濾波器等硬件外，數(shù)字處理方面則可通過信號處理的辦法解決，可以建立一個分層式綜合模型，如圖6所示。

2.3干擾甄別技術(shù)1）現(xiàn)場測試前，先評估周圍環(huán)境的噪聲水平，多次檢測背景噪聲波形，然后檢測開關(guān)柜局部放電信號，兩次檢測相隔時間不能太長，在后期的數(shù)據(jù)分析中再將放電信號與噪聲信號進(jìn)行比較。2）采用局部放電檢測對開關(guān)柜絕緣狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測和診斷，可根據(jù)測量數(shù)據(jù)的歷史變化來推測絕緣狀態(tài)的發(fā)展趨勢（縱向比較）。另外，同一變電站的高壓室內(nèi)通常都安裝有多面開關(guān)柜，有的甚至為同一型號，在短期內(nèi)可對一個變電站普測完畢后通過比較多面開關(guān)柜的測量結(jié)果可有效揭示異常情況（橫向比較），如圖7所示。3）在電磁噪聲比較強(qiáng)的環(huán)境中，充分運(yùn)用地電波儀器的雙通道響應(yīng)功能，第一個通道Ch1測量薄鋼板上的噪聲水平，另外一個通道Ch2測量開關(guān)柜上信號，若Ch1先于Ch2觸發(fā)，則可以認(rèn)為是干擾。4）結(jié)合其他檢測手段綜合測量，比如超聲波檢測法和超高頻檢測法。超聲探頭的檢測頻段在幾十kHz到幾百kHz之間，超高頻天線的檢測頻段在300MHz到3GHz之間，都與地電波探頭的檢測頻段不同，聯(lián)合使用可以有效避開周期性干擾和脈沖性干擾。另外，將地電波傳感器和高頻電流互感器（HFCT）、數(shù)字示波器組合，可有效測得局部放電波形，再采用窄帶濾波、小波去噪等處理方法，也能達(dá)到較好的放電波形提取的效果。

2.4干擾處理效果在現(xiàn)場檢測開關(guān)柜局部放電信號時，分別采用加裝屏蔽盒、模擬濾波和小波降噪的方法處理干擾。圖8為在檢測儀器外面加裝屏蔽盒的干擾處理效果，在裝屏蔽盒前，由于外部電磁信號的影響，放電脈沖序列的背景噪聲帶較寬，信噪比較低，不利于放電信號的提取和分析，加裝屏蔽盒后，背景噪聲明顯減弱。圖9為在傳感器后端裝模擬濾波器后，對放電脈沖波形的處理效果，濾波前，放電脈沖下降沿有較大幅度的過沖和振蕩，濾波后，過沖和振蕩都得到了有效的削減，有助于脈沖波形的特征提取。圖10為利用小波降噪算法，對檢測信號處理的效果，在降噪前，現(xiàn)場噪聲很大，幾乎淹沒了放電信號，通過多層小波分解后，噪聲信號被有效的消減，清晰的脈沖序列得到提取。

3結(jié)論

本文通過對地電波法帶電檢測開關(guān)柜局部放電的原理、定位方法和現(xiàn)場干擾排除等問題進(jìn)行討論，為現(xiàn)場工作提供了參考。1）雖然都是檢測局部放電的電磁波信號，但地電波法的檢測原理與超高頻天線的檢測原理不同，地電波法采用電容耦合方式提取暫態(tài)對地電壓，測試時傳感器需要緊貼接地柜體。2）采用地電波法粗略定位放電源時，可根據(jù)傳感器的信號響應(yīng)幅值判斷，但要精細(xì)定位放電源的空間位置時則需四個傳感器，并根據(jù)傳感器的響應(yīng)時間差計(jì)算得到。3）開關(guān)柜局部放電檢測的現(xiàn)場干擾抑制可根據(jù)干擾源靈活采用應(yīng)對措施，并采用縱向比較法、橫向比較法和多種檢測方法聯(lián)合測量等技術(shù)有效甄別干擾，提取放電信號。

作者：任重單位：深圳供電局有限公司