开关柜TEV局放检测装置校验评价方法的研究

易满成，王波，苏海博，杨鹏，顾春晖

(广州供电局电力试验研究院，广东广州510000)

开关柜TEV局放检测装置校验评价方法的研究

易满成，王波，苏海博，杨鹏，顾春晖

(广州供电局电力试验研究院，广东广州510000)

基于地电波(TEV)原理的10kV开关柜的局部放电检测装置被广泛用于国内外各大电力公司，但各厂家的装置在测量准确度、灵敏度等方面都存在较大差异。本文针对10kV开关柜的工作环境，设计开发了一套TEV局放检测的校验装置，装置输出信号幅值、频率、衰减度等性能误差小于5%。通过该校验装置可对TEV传感器和TEV局放检测装置的灵敏度和准确性进行测量，最后提出频带、灵敏度、线性度、脉冲计数及量值标定的方法，为提升各类监测装置的准确性、稳定性和可靠性提供了重要的技术保证。

局放;TEV;信号源;灵敏度;校验

1 引言

开关柜普遍应用于电网中，局部放电是其绝缘缺陷的主要表现形式之一［1］，局放检测［2，3］也是评估开关柜内设备绝缘状况的有效手段。基于TEV原理的局部放电检测设备具有传播过程衰减较小，能够实现良好的检测灵敏度;可根据电磁脉冲信号的衰减和时差对开关柜的局部放电源进行定位;可分析出开关柜局部放电类型等优点，在开关柜的局部放电检测中获得了广泛的应用。

然而，在实际运用中发现，大多数基于TEV的检测设备均存在灵敏度不高、重复性差、不能可靠定位等问题，因而有必要研制TEV局放检测校验装置，从而保证TEV局放检测装置的精度和准确性［4－9］。

本文基于TEV产生原理及开关柜的工作环境，设计了一套TEV局放检测的校验装置，该装置输出信号幅值、频率、衰减度等性能误差小于5%，通过校验装置可检测TEV局放仪的频带、灵敏度、线性度、脉冲计数等参数，并提出了具体的装置性能评价方法，为提升各类监测装置的准确性、稳定性和可靠性提供了重要的技术保证。

2 TEV局放检测装置系统组成

根据TEV产生和TEV局放检测原理，结合高压开关柜设备现场情况，本文设计了一套TEV局放检测的校验装置［10］，该整体装置包括TEV信号源、TEV信号回路及外箱三部分组成，如图1所示。

图1 TEV局放校验系统原理图

TEV信号源为正弦信号发生器，模拟电磁波在金属板表面产生的TEV，以50Ω同轴电缆连接正弦发生器和金属板，并通过50Ω匹配电阻接地。TEV传感器在金属板上测量，同时金属板上接标准电容至频谱仪，通过频谱仪可获得TEV信号的幅值、频率等。

3 信号源准确性

对TEV暂态地电压校验装置信号源及信号回路进行整体性能测试，包括输出幅值、频率以及衰减度测试，选取两个测试点，测试点1位于信号发生器输出端，测试点2位于金属板表面，如图2所示。

图2 信号源测试

测试点1和测试点2测试值与信号源电压幅值间的关系如图3所示。信号源输出幅值与信号回路测试幅值两者之间的变化不大，误差最大为2.58%，最小为0.48%;信号源频率与实测频率两者之间的变化不大，误差最大为1%，最小为0，TEV校验装置的信号源输出频率误差小于5%。综上所述，TEV校验装置的信号源输出幅值、频率等性能误差小于5%，满足性能要求，并且整体衰减度小于5%，满足TEV校验装置需求。

图3 TEV测试仪器测试值与电压幅值

4 TEV传感器灵敏度测试

按照图2的TEV局放校验系统原理图进行接线，信号发生器输出频率3～100MHz的高频信号，将TEV传感器与频谱仪连接，观察频谱仪接收到信号的频率和幅值。如果TEV传感器接收的信号同信号发生器输出信号(标准信号)的频谱一致性较好，则表示该TEV传感器灵敏度较好;反之，则表示该TEV传感器灵敏度较差。

传感器的上下限频率为左右相对下降3dB边频点，理想的传感器应该是在检测频带之间信号无损通过，一般来说传感器和标准信号源的线性相对误差应该保持在10%以内，一致性越好的相对灵敏度越高。1号和2号传感器接收到的频谱如图4和图5。1号传感器接收的信号和标准信号一致性较差，2号传感器接收的信号和标准信号一致性较好，由此可以得出2号较1号传感器灵敏度更高。

图4 1号TEV传感器频谱图

图5 2号TEV传感器频谱图

5 TEV局放检测仪灵敏度测试

基于TEV传感器灵敏度较好的情况下，进行局放检测仪的灵敏度测试，方法如下:

步骤1:信号发生器输出3～100MHz的高频信号，观察频谱仪接收信号的幅值，得到幅值最大点处的频率。

步骤2:以步骤1中得到的幅值最大点处的频率为信号发生器的输出信号频率，调节信号发生器输出信号的幅值，观察局放检测仪检测到的信号，找出局放检测仪在该频率下能检测到的最小信号值，即该频率下局放检测仪灵敏度。

基于对传感器1和传感器2的灵敏度测试结果，可得到2号传感器频谱图，找出幅值最大点处的频率为16.6MHz，如图6所示。

将信号发生器的输出频率设置为16.6MHz，调节信号发生器输出信号的幅值，观察局放检测仪检测到的信号，找出局放检测仪在该频率下能检测到的最小信号值，如图7所示。

图6 3号TEV传感器幅值最大点处频谱图

图7 局放图谱

观察局放检测仪放电图谱，可以得出，在频率为16.6MHz时，该局放检测仪灵敏度为58.2dBuV。

6 TEV局放检测装置校验方法

6.1 检测频带校验

将正弦信号发生器输出信号幅值调至适当大小，在规定的上下截止频率之间改变正弦波的频率，找出待测仪器输出信号基本恒定区域中的频率，以此作为基准频率。

逐渐降低正弦波信号的频率，保证输出电压幅值不变，找出被测仪器归一化输出降到0.501时的频率点(－6dB点)，此点即为实测的下限截止频率。同理找出实测的上限频率，计算上、下限截止频率的误差。计算包络面积。

6.2 检测灵敏度校验

在频率范围内，将信号发生器输出信号的频率调节至适当大小，调节信号发生器输出信号幅值，观察局放检测仪检测到的信号，找出局放仪在该频率下能检测到的最小信号值，即该频率下的灵敏度。

6.3 线性度误差试验

测试时设置信号发生器输出正弦信号的频率固定为3～100MHz之间的某一频率值，调节信号幅值使局放仪输出大于等于30dB，记录频谱仪测量值和局放仪测量值;按比例降低信号幅值，记录局放仪输出的相应示值，即可计算其线性度误差。

6.4 脉冲计数校验

设置信号发生器输出脉冲信号，改变信号发生器输出的电压幅值，使被测仪器的读数大于等于20dB，调节脉冲重复频率为0.5～10kHz中的某一值或若干可选值，同时观察并记录被测仪器2s脉冲读数和设置的实际脉冲数，即可计算脉冲计数的测量误差。

6.5 量值标定

调节高频信号发生器的输出频率，使幅值达到最高并维持频率不变，调节输出信号幅值至适当大小，即可用高频信号发生器上的输出幅值来标定被测仪器在该点所测的量值。

7 结论

本文根据TEV产生和TEV局放检测原理，结合高压开关柜设备现场情况，设计了一套TEV局放检测的校验装置，该整体装置包括TEV信号源、TEV信号回路及外箱三部分组成，并对TEV信号源和信号回路进行了多次试验，验证了该装置的可靠性和精度。通过校验装置可检测TEV局放仪的频带、灵敏度、线性度、脉冲计数等参数，为提升各类监测装置的准确性、稳定性和可靠性提供了重要的技术保证。

［1］宋杲，崔景春，袁大陆.2004年高压开关设备运行统计分析［J］.电力设备，2006，7(2):10－14.

［2］葛景滂.局放测量［M］.北京市:机械工业出版社，1984:31－34.

［3］IEC Standard 60270:High-voltage Test Techniques-Partial discharge measurements.2003.

［4］骆洁艺.基于TEV和超声波测试的10kV开关柜绝缘状态评估技术的研究［D］.广州:华南理工大学，2010.

［5］王有元，李寅伟，陆国俊，等.开关柜局放暂态对地电压传播特性的仿真分析［J］.高电压技术，2011，37(7):1683－1688.

［6］陈庆祺，张伟平，刘勤锋，等.开关柜局放暂态对地电压的分布特性研究［J］.高压电器，2012(10):88－93.

［7］刘诣，马双，张鸿平，等.用于局放检测的暂态对地电压传感器设计［J］.电测与仪表，2013(5):115－119.

［8］张宝金，王永强，何平，等.基于暂态对地电压技术的局部放电传感器的研制［J］.传感器世界，2013(4):14－18.

［9］任明，彭华东，陈晓清.采用暂态对地电波法综合检测开关柜局放［J］.高压电技术，2010，36(10):2460－2466.

［10］袁帅，阎春雨，毕建刚，等.一种测试局放TEV检测仪性能的系统和方法［P］.中国专利:CN201310084623.7，2013－7－10.

The Calibration and Evaluation Method Research of TEV Partial Discharge Detection Device

YI Man-cheng，WANG Bo，SU Hai-bo，YANG Peng，GU Chun-hui
(Electric Power Test and Research Institute of Guangzhou Power Supply Bureau，Guangzhou 510000，China)

The partial discharge detection device for 10kV switchgear is widely used in major domestic and international power companies，the device is based on the thesis of transient earth voltage，but the manufacturers of the devices are quite different in the measurement accuracy，sensitivity and other aspects.In this paper，For detecting and calibrating the working environment of 10kV switchgear，a set of partial discharge detection TEV calibration device was designed and developed，the signal output error of the device is less than 5%in the amplitude，frequency，attenuation and other properties.The calibration system can check the sensitivity of TEV sensor and partial discharge device，and guarantee accuracy and veracity for partial discharge testing.At the end，this paper presents frequency band，sensitivity，linearity，pulse count and measure calibration method which provides important technical assurance to enhance the accuracy，stability and reliability of various types of monitoring devices.

partial discharge;TEV;signal source;sensitivity;calibration

TM59

B

1004－289X(2016)04－0013－04

2015－10－23

易满成(1985－)，男，广东广州人，硕士，工程师，主要从事电力设备材料的入网质量检验研究工作。

新型状态监测装置技术性能验证平台及评价体系研究与应用(K－GZM2013－005)