TEV局放仪性能测评研究

闫江宝， 周 雷， 张长胜， 谭向宇

(1. 昆明理工大学 信息工程与自动化学院，云南 昆明 650504； 2. 华北电力大学 控制与计算机工程学院，河北 保定 071003； 3. 云南电网责任有限公司 电力科学研究院 云南 昆明 650217)

0 前言

电力设备的绝缘劣化对电力系统的安全可靠运行带来隐患。使用局放仪对局部放电进行检测能够及时有效地发现电力设备绝缘的固有缺陷，避免发生突发性绝缘故障，对电力设备的安全可靠运行具有十分重要的意义[1]。TEV检测技术已经广泛应用于电力设备局部放电检测方面，TEV局放仪具有便携式携带，操作简单等优点。然而由于缺乏统一生产标准，TEV局放仪质量则会有很大差异，购买和验收需要一套测评方案以选择性能较好的设备。

1 TEV局放仪工作原理

对于电气设备内部放电，放电电量聚集在接地屏蔽的内表面，因此，如果屏蔽层是连续时无法在外部检测到放电信号。但屏蔽层通常在绝缘部位、垫圈连接处、电缆绝缘终端等部位出现破损，这样高频信号就会传输到设备外层，形成暂态对地电压(TEV)[2]。TEV检测示意图如图1所示。

图1 TEV检测法原理图

2 TEV局放仪的性能及测评参数

对于不同厂家生产的TEV局放仪需要统一的测评标准，通过设置模拟信号缺陷进行测评。首先对TEV局放仪进行基本功能检测，当局放仪基本检测全部合格之后进行静态特性的测评，测评参数如下所示[3-4]：

(1)频率特性：可以测出此局放仪所能测量的工作频率范围；(2)信号线性度：当输入信号在进行线性变化时，能够得到局放仪的输出响应特性；(3)灵敏度：反映了局放仪能够测量信号的灵敏程度；(4)脉冲计数：能够得出局放仪脉冲计数是否精准和有效；(5)放电源定位性能：针对有定位功能的局放仪进行定位能力测评。

本文对两台不同厂家生产的TEV局放仪进行测评，从而验证此套测评方式的可行性和有效性。

3 信号模拟测评

3.1 总体测评方案

测评装置系统主要包含高性能示波器、待测评局放仪、可控脉冲信号发生器、金属板、绝缘板和工作台[5]，如图2所示。

图2 TEV局放仪性能测评平台示意图

将两台局放仪放在金属板上进行检测，可控脉冲信号发生器产生信号并通过天线将信号辐射到金属板上，让脉冲电磁波沿金属面进行传播，通过示波器采集的信号，与局放仪采集的信号进行对比分析即可评判局放仪的性能，同时，使用电磁波脉冲辐射器进行噪声模拟，使得测评更加接近实际情况[6-7]。局放仪型号及参数如表1所示。

表1 局放仪型号参数

3.2 频率特性测评

信号发生器输出的正弦信号的幅值固定为 10 V，发生信号的频率初始值设置为1 MHz，从1 MHz按步长1 MHz依次增加到80 MHz，两个局放仪的幅频特性曲线[8]如图3所示。

图3 TEV局放仪频率特性曲线

由图3可以看出，TEV局放仪I和局放仪II的起始频率都在1 MHz，局放仪Ⅰ、Ⅱ的截止频率分别为83 MHz，120 MHz。由表1可知，局放仪II截止频率大于说明书上所述，局放仪I的频率特性符合说明书。工作频带过大会导致抗干扰能力降低，从图3中可看出局放仪I的曲线相对于局放仪II比较光滑，说明局放仪I性能优于局放仪II。

3.3 信号线性度测评

使用信号发生器输出频率为主谐振频率的正弦波信号，并加载到金属板上。然后将检测设备的传感器直接放置在金属板上中央位置测量不同放电量下检测设备读数，通过检测能力(不同放电量下，是否能检测到暂态对地电压幅值)和增长趋势(放电量增加，检测到的暂态对地电压幅值是否同步增加)，对暂态对地电压检测的线性度进行测评。由频率特性测评可知，局放仪I和局放仪II的固定频率分别为55 MHz和56 MHz。正弦波信号的起始幅值为0.1 V，以步长0.1 V依次增加到 10.0 V，记录局放仪对应显示的TEV值，重复进行两次测评，结果如图4所示。

图4 TEV局放仪信号线性度测评结果

由图4可看出，在固定频率为主谐振频率时，局放仪I的测评曲线明显比局放仪II的曲线光滑，说明局放仪I的线性度性能比局放仪Ⅱ更好。

3.4 灵敏度测评

使用信号发生器输出最低幅值的基于频率特性测评幅频特性给出的灵敏度高的频率点的固定频率正弦波信号，并加载到金属板上。基于固定幅值的测试数据，调节输出信号幅值测试数据发生变化的差异，来确定局放仪灵敏度(V/dB)的数据。本次测评正弦信号的频率固定值为主谐振频率，检测幅值在2.0 V，5.0 V，8.0 V的灵敏度，根据局放仪读数每增加1 dB所需要改变的幅值与固定幅值之差即为灵敏度。连续测评两次，结果如表2所示：

表2 灵敏度测评结果

(b)局放仪II灵敏度

从表2可以看出，局放仪I和II的灵敏度都随输入信号值的增大而减小，尤其是局放仪II的灵敏度下降表现地更为明显。

3.5 脉冲计数测评

使用信号发生器输出指数上升沿脉冲信号，并加载到金属板上。在1 kHz～80 kHz内按照步长为1 kHz依次增加调节输出信号的频率，记录检测设备的脉冲数读数，当输出信号的脉冲数有变化时，观察各设备的脉冲数趋势和准确度是否正确，从而实现对脉冲数进行测评。脉冲计数如图5所示。

图5 脉冲计数测评结果

从图5中可以看出，局放仪I在40 kHz之前和理论值很接近，而且呈线性增长，40 kHz之后逐渐在脉冲次数35 000个附近趋于平稳，传感器接收不到更多的脉冲信号；局放仪II在11 kHz之前和理论值接近，11 kHz之后逐渐偏离理论值，特别在47 kHz之后略有下降。

3.6 放电源定位测评

针对有定位功能的局放仪进行定位能力测评。测试时设置信号发生器输出脉冲信号，然后加载到长200 cm，宽15 cm，厚0.2 cm金属板的中心，将被测装置的两个传感器贴在金属板表面，分别在距离信号施加位置30 cm和60 cm进行测试，观察检查设备距离近的通道是否先到达，从而实现对检测设备的定位功能进行测评。定位能力测评原理图如图6所示。

图6 定位能力测评原理图

使用标准脉冲信号发生器输出为幅值10 V的脉冲信号加载到金属板内，在金属板左右两侧分别放置局放仪Ⅰ和局放仪Ⅱ(远的与金属板中央距离60 cm，近的距离金属板中央30 cm)，记录多次不同位置的传感器位置分布情况下的定位准确率，对检测定位的准确率进行测评。两个传感器进行一次测量之后交换位置再进行一次测评。定位测评结果如表3所示。由表3可知，局放仪Ⅰ的准确率为55%，局放仪Ⅱ的准确率为30%，局放仪I定位准确率高于局放仪Ⅱ。

表3 放电源定位测评准确率

(b)局放仪Ⅱ准确率

4 实测

将上面两台局放仪带到现场220 kV高压开关柜进行现场实测，结果如表4所示。

表4 局放仪实测结果

如表4所示，在相同环境背景下，局放仪Ⅱ比局放仪Ⅰ的灵敏度要高，可知局放仪Ⅰ的抗干扰性能要优于局放仪Ⅱ。当电压升高到10 kV时，在开关柜上、中、下3个检测点，局放仪Ⅰ检测值与局放仪Ⅱ检测值都明显高于未加电压时背景值，说明均已经检测到放电信号。电压继续升高，当试品电压达到55 kV时，局放仪Ⅰ检测到最大值为43 dB，局放仪Ⅱ检测到最大值为51 dB(最大量程为51 dB)，局放仪Ⅰ3个检测位置中，下部检测点值明显大于上部和中部。综合以上表明局放仪Ⅰ的性能优于局放仪Ⅱ。由此实测表明，以上测评方法可以运用于现场测试以选出最优性能的局放仪，同样也适用于其它TEV局放仪的性能测评。

5 结论

通过分析TEV局放仪在现场应用的工作原理，提出了一种信号模拟测评法对TEV局放仪性能进行测评的试验方法：

(1)对于TEV局放仪的基本特性和静态特性进行测评具有很强的有效性和实用性，对于TEV局放仪能够有一个全面的认识，特别在局放仪采购验收阶段有很高的使用价值，该方法也适用于其它TEV局放仪的性能测评。

(2)使用信号模拟测评方法可以很精准的测量出TEV局放仪的频率特性、信号线性度、灵敏度、脉冲计数和放电源定位等参数。建议对局放仪进行定期测评，避免局放仪在使用过程中的出现检测出错和报警失误等情况。