声－电联合局部放电监测系统应用设计

周志新

(云南电网公司楚雄供电局，云南 楚雄 675000)

1 前言

GIS是全封闭组合电力设备，一旦出现事故，造成的后果比分离式敞开设备严重得多，故障修复时间也较长。针对GIS局放常见的监测方法有脉冲电流法、无线电干扰法、介质损耗分析法等等。常规的放电周期分析方法由于数据量大，不利于远程传输，也难以大量保存，因此针对远程监测的GIS应用，以下介绍声电联合的方法和简易特征数据传输的方式。

2 声－电联合监测

2.1 声－电联合监测方法

超声检测法和电磁能量检测法是针对局放测量、特征识别的两种主要分析手段，但两种检测方法各有优缺点、根据局放发生的两种不同能量形式，结合超声检测法和电磁能量检测法的优点，既不会影响测试的准确性，又可提高测试的抗干扰性并确保在线监测不发生误判。该方法的应用能够对重点关注的变压器、互感器或GIS设备的状态提供健康状态信息，发现早期的绝缘缺陷或故障。

2.2 声电联合检测基本实现原理

超声波主要用于检测GIS设备平面的微振动信号，选用30－300 kHz带磁性吸附头的芬兰产超声波传感器，灵敏度可达0.1 mV。电磁脉冲采用荷兰产高频电流钳形传感器RFCT，频率范围0.5～15 MH，灵敏度0.25 V/A。硬件采用采样率100M高速AD，采用高精度对时脉冲严格保证两路信号的实时采集。

同时该采集模块采用高度集成与多应用扩展的硬件架构，不仅可以实现远程传输，还可以实现本地显示，通过本地计算机进行调试和分析。这对于嵌入式系统升级较为方便。同时内部采用了相互独立的滤波设计，超声波采用20～400 k范围的带通滤波器，而电磁脉冲通道采用0.5～20 M范围。

由以上硬件架构可见，每个独立双通道声电联合模块也是独立的局部放电仪，因为采用峰值检测技术，远程监测只需传输峰值数据或超限数据，极大的提高了数据传输效率。同时还可以设置峰值触发，即只有信号幅度达到某个规定门限时，模块的采集单元才开始工作，其他时间均处于休眠低功耗状态，这样最大程度减少了电量损耗。

2.3 声电联合技术特点

由于采用高速采集捕捉局部放电信号，在线监测模块的耗电较大，给现场供电带来压力。同时由于数据量大，远程数据通信时存在较大的传输负荷。因此本项目采用了峰值捕捉设计理念，可以较大程度减少数据负荷。同时为保证现场安装应用的灵活性，采用433 M无线通信技术，将各监测点信号通过本地无线终端收集，从而在站内进行数据汇总，最后通过以太网或其他通信方式传输到远程管理后台，再经后台进行趋势分析、统计计算和相关图谱展示。

2.4 声电联合的检测应用绩效

通过现场应用，发现超声波和电磁脉冲确实有较好的互补效果，超声波的电磁干扰抑制能力强，但是主要用于检测较为明显的局部放电信号，如内部放电，表面放电等，同时也包括端子松动带来的异常振动信号。电磁脉冲能够较灵敏的发现系统异常频率信号，当然由于系统噪音比较明显，一般仍需技术处理后将本底噪音滤除后才能进行判断。但是通过试验发现也存在明显局部放电信号的特征图谱具备较明显的周期性，如表现为5～20 Hz的条纹信号。由于本篇主要对声电联合的功能模块架构进行分析，对于特征图谱的分析研究这里不做详细分析。

3 声电联合监测技术的拓展应用

峰值检波技术在射频信号检测中有较成熟的技术架构，具备响应快速、灵敏度高、检波后数据负荷小的特点。因此配置峰值检波模块后，可以将特高频UHF频段的信号压缩为20 M以内的峰值信号，可以直接接入HFCT端口进行采集。

供电是现场模块需要重点考虑的问题。另外管理后台针对数据的发展趋势和声电信号的关联特征进行计算以实现故障类别的识别是必要的。通过多通道的局部放电信号监测，可以对故障发生的区域以及区域局部放电信号的严重程度进行定位判断。同时为准确分析噪音与放电周期的关系，可以结合工频周期相位的监测对比，即对幅度－相位曲线进行分析，但是对放电周期的分析通常数据量大，不适合远程长期监测，建议通过远程监测发现可疑局放后再安排便携式局放试验设备进行细致分析。最后，考虑到现场环境的不稳定性，辅以温湿度监测功能能够在一定程度上起到较好的补充作用。

4 结束语

采用超声波和电磁波两种检测方法可以对GIS的局放现象实施在线不停电监测，重点通过关键参数的发展趋势和异常累计数据分析故障、潜在故障、故障严重程度及故障的位置等，具有重大意义及推广价值。

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