高压设备强电局部放电在线监测技术研究
摘要：为了提高高压设备强电局部放电维护的有效性，对高压电气设备实施在线监测，可以实现对高压设备运行状态及放电情况的实时在线监测，可及时有效的对高压设备出现的异常放电或故障进行及时的处理，保障供电部门供电的可靠性，有效降低电力故障的发生。本文对有关内容进行分析，可供参考。
关键词：高压设备；强电；局部放电；在线监测技术
一、局部放电在线监测技术的基本含义
局部放电是指高压设备表面出现绝缘层老化的现象，使设备的内部存在缝隙，在电压传输的过程中设备表面很容易出现电荷集聚的情况，从而导致电气设备出现局部放电的现象。一般的电力企业电气设备日常传输的电压均为高压，所以其表面积聚的电荷往往非常巨大，所形成的局部放电也多为强电。一旦电气设备发生局部高压放电，就很可能会给设备自身及其他设备的工作性能、运行状态、使用寿命等带来不利影响，既增加了电力企业的生产成本，又造成了设备维修与更换费用的不必要浪费，因此，必须加强对电力设备的维护与控制。在线监测则能够利用故障探测技术对电力设备进行实时的监控，确保电力运输的安全性。
二、电力高压设备局部放电的原因
电力高压设备的电极系统在高强度电场的作用下会引发局部放电现象，如针板、油楔等金属部件，将电荷集中到这些部件的尖角位置，导致金属部件的不同部位承受的电场强度有所不同，加之高压设备内部电极系统不对称，便会引发放电现象；在高强度电场作用下，如果高压设备的接地部件存在虚焊、缝隙，以及电气连接性能不良的情况，会导致高压设备局部发电；在交变电场环境下，若高压设备内部复合绝缘介质存在不均匀问题，则绝缘介质中的气体电场强度与介电常数成反比，而气体一般在绝缘体的内部，所以使得绝缘体面临着被击穿的危险，进而引发放电现象；在高压设备生产制造中，若绝缘系统中掺入灰尘、纸末、金属粉等微尘，则在高强度电、磁、热相互作用下会引发局部放电问题，严重时会损害高压设备。
三、高压设备强电局部放电在线监测技术基本内容
3.1局部放电在线监测技术的基本原理与方案设计
高压设备强电局部放电在线监测实现的基本原理是局部放电的原理与特点。当高压电气设备发生强电局部放电时，变压器内部就会产生超声波、电辐射、光、电脉冲等，容易造成变压器内部温度过高，导致变压器烧毁现象发生。如果局部放电是发生在油中，那么放电的同时还会伴随有气体的产生，从而增加能量损耗。为实现对局部放电全方位准确的监测，超声波测量、电辐射测量、声光信号检测、电脉冲测量、红外线测量、超高频测量等许多与局部放电有关的检测方法应运而生。
3.2局部放电在线监测基本步骤
采用超声波定位技术进行监测的步骤如下：首先，利用传感器对高压设备发出的超声波信号进行采集，再利用双转换器对模拟出的超声波信号转换为数字信号。其次，利用监测仪器对数字信号进行识别，判断出放电设备的型号与电量大小等，同时，对模拟超声波到达其他转换器的时间与距离进行计算并求解，在此基础上，利用计算机、图像解析工具对放电位置构建三维模拟图形，将图形应用于实际中，最终完成对高压设备局部放电的在线监测。
3.3干扰信号的抑制
要想有效防止干扰信号对高压设备强电局部放电在线监测的干扰，首先就需要对干扰信号的类型进行区别，然后在此基础上制定有针对性的抑制措施。目前，较为有效的一种抑制方法就是提高试验人员对局部放电干扰信号波形及其之间的区别能力，并相对全面准确的掌握高压设备局部放电的特征与电压电流和时间规律等有关内容，尤其是局部放电的电压相位特征和电气设备局部放电效应。局部放电电压相位特征是指造成高压设备局部放电电荷的趋向性。通常而言，许多高压设备绝缘层发生局部放电时，放电电压的相位与零位都具有一定的特征，而许多局部放电在线监测系统就是利用这一特征来实现对高壓设备局部放电位置的监测与定位。
四、局部放电在线监测系统的设计开发
4.1系统的硬件设计
变压器局放监测系统按照功能分类可划分为传感装置、信息调整以及信息分析等模块。系统内部不同传感器线路内配置相应的信息调节模块，主要包括预先处理和现场调控等功能模块。其中，AE传感器电路能起到收集信号的作用，在传感器装置、转换线路和信息收集卡等模块作用下，能保证模块功能的实现。UHF为高频传感器电路，考虑到变压器放电过程中将产生脉冲能量，在进行这一线路设计时，需要利用宽频监测法加强传感器的灵活性。分析变压器实际运行状况时，可发现环境噪音和空气中电晕将对变压器运行造成电磁波干扰。因此通常采用配置高频天线的解决方法，保证信号收集的精准度。当传感器装置接收电磁波后，将其转换为电压信号，之后借助通信线路进入信号调节模块，并由检波线路作滤除处理。完成上述环节后，可实现对信息的有效收集和整理分析，从而发挥监测系统效能。
4.2软件设计
（1）数据采集模块。该模块具备采集数据功能，包括采集速率、垂直分辨率、动态调节范围、A/D信号等相关数据。采用DMA组数据传送方式，在采集放电信号时，由DMA控制器执行存储器与外部设备之间的信息交换，无需增加CPU的运行负荷，有利于提高数据的传输效率。在采集模式中，预先设置一段缓冲区，根据缓冲区的容量确定数据采集的可行性，以免出现数据丢失。当数据采集满后，系统会自动进行数据处理和存储等操作。
（2）数据处理模块。为了提高放电信息分析处理的准确性，可在数据处理模块中按照10个工频周期数据进行设置，使一次采集数据量达到400M字节。在该模块中，要对原始数据进行过滤剔除，消除数据冗余，为数据传输和存储提供便利条件。
（3）驱动软件。在变压器局部放电在线检测系统中，采用动态链接库实现硬件驱动。在硬件参数配置方面，选择与放电数据采集系统相适应的特性参数，实现参数配置最优化，确保软件系统能够可靠运行。在检测中，软件系统可选择多种检测模式，检测人员可手动设定特性参数，选择检测量程。
五、结语
局部放电在线监测技术在电力企业高压电气设备日常运行过程中发挥着极其重要的作用，它可以对设备的局部高压放电类型与大小进行及时准确的监测、定位与识别，从而保障电气设备正常稳定运行，保障整个电力系统安全可靠运行。
参考文献：
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[2]欧阳文辉.金属材质高压设备强电局部放电在线监测技术微探[J].世界有色金属，2016，（21）.
（作者单位：国网北京市电力公司昌平供电公司）
作者简介：雷鸣（1993.6-），男，北京人，北京石油化工学院学士，助理工程师，研究方向：电气工程及其自动化。