高压电气设备局部放电监测系统设计

高压电气设备局部放电监测系统设计

焦伟

国网山东省电力公司临沂供电公司山东临沂276000

摘要：随着现代高压电气设备的应用和局部放电给供电系统带来的危害，提出一种局部放电在线监测系统。智能高压开关柜作为智能电网运行的重要设备，对保证智能电网的安全运行起着非常重要的作用!在智能电网中，绝缘故障通常被认为是导致智能高压开关柜和其他设备出现故障的一个非常重要的原因。而智能高压开关柜局部放电作为评价开关柜绝缘性能的重要指标，一旦局部放电到一定程度，将给整个电网运行带来极大的危害。因此，加强对高压开关柜局部放电问题的监测，并及时发现设备中存在的绝缘故障，对防止事故的发生，提高电网运行的可靠性等具有很大的价值和意义。对此，本文提出一种在线监测系统，并对该系统的实现进行详细的阐述。

关键词：高压电气设备；局部放电；监测系统；设计

引言

随着国家经济的发展和相关产业政策对电力行业的支持，电力行业成为保障保障国民经济运行的重要支柱，而随着电力行业的发展，对电力系统运行的稳定性和可靠性要求也越来越高，而普通电网的弊端也逐步暴露出来。因此，在传统电网运行问题的情况下，智能电网正在进入到人们的视野，并开始逐步成为现代城市电网输送的主力军。智能电网是在融合现代先进技术的基础上所衍生而来，如智能决策技术、集成技术、现代测控技术等。通过智能电网对电力的输送，大大提高了电力输送的高效性和可靠性，从而满足了现代社会对电量的需求，避免了电力资源的浪费，并减少了对环境的污染。

1局部放电检测技术原理

1.1超声波检测原理

超声波检测是目前局部放电检测中应用比较广泛的一种技术。当线路中出现局部放电的时候，会直接影响到机械应力、电厂应力等的平衡性，从而产生电路振荡。而当其中的机械应力与粒子力在出现快速振荡变阿虎的时候，就会使得周边的介质也产生振动，以此出现声波信号。而研究认为，电路中释放出的能量和声波信号的能量是成正比的，如闫立伟(2015)在其文中指出，在不考虑声速和空气密度的情况下，声压平方与声能量之间是成正比关系。因此，根据这种研究结果，我们可以将其具体释放的能量变化情况通过声波信号声压的变化来表示出来。

1.2UHF检测法

研究认为，当高压开关柜中出现局部放电的情况下，会产生陡峭的电流脉冲，并向其周围敷设高频电磁波!由此，正是因为上述的情况，人们提出了UHF方法。该方法是通过传感器对开关柜中的因为局部放电中产生的超高频电磁波信号进行监测，然后对监测到的信号进行分析。该方法的检测范围在0.3一3GHz。而人们将该方法应用在高压开关柜局部放电的监测中，其主要的原因还是在于这种方法可有效的避开现场电晕干扰，从而提高检测的灵敏度和抗干扰能力，以此提高检测的精度。

2高压电气设备局部放电在线监测系统的功能模块

第一，站点管理模块。作为高压电气设备局部放电在线监测系统正常运行的基础条件，站点管理模块主要负责对采集通道参数和采集设备进行管理。本系统中的1个采集设备可以采集16路传感器的数据，而如果想要更改采集通道参数，那么可以发送UDP等配置数据包到采集设备中。第二，局放数据采集处理模块。在对高压电气设备局部放电数据进行采集时，要求每秒采集量应大于5条，并且局放数据处理时间要控制在0.2s以内，这样才能够确保系统拥有足够的吞吐量。第三，局放数据输出模块。根据相位、报警等级等局放信号，局部数据分析子模块经过一定运算后将得到报警信息和局放分析结果。此外，局放数据存储子模块包含的数据由如下两个方面组成：①历史局放数据。历史局放数据包含的主要是当日内局放数据的脉冲平均值、最大值，局放缺陷的结果等；②实时局放数据。实时局放数据包含的主要是50组最近及最新的局放数据。第四，局放数据查询模块。局放数据查询模块提供单通道放电曲线、多通道放电曲线、警报数据（不同警报等级下，对具体日期的警报数据进行查询）、历史数据（在具体采集设备及一定时间范围内，查询三维放电图谱、24h趋势图、俯视图及右视图等）的查询，确保操作人员能够根据实际需求来查询所需数据。第五，局放数据导出模块。对于已经存储到数据库中的局放数据，系统能够通过相应操作将它们导入到Excel表格中（具体操作时，操作人员先选取指定的采集设备及采集通道，找出合理的时间范围，然后将相应局放数据导出到Excel表格中）。第六，系统设置模块。系统设置模块的主要功能是对用户的权限进行管理，通常用户包括管理用户和匿名用户两类。其中管理用户的权限包括局放采集、查询、修改、增加及删除等，匿名用户的权限包括局放采集及查询。通过对用户权限进行管理，能够极大降低站点的操作错误率，提高系统的整体安全性。

3高压电气设备局部放电监测系统设计

3.1高压电气设备局部放电在线监测系统的硬件结构

为了抑制噪声干扰需要采用硬件滤波技术。根据滤波器的频率阻抗特性，滤波器可以分为带阻滤波器、带通滤波器、高通滤波器及低通滤波器等四大类。在具体选用时要注意：滤波电容要求耐高压、绝缘好、温度系数小、自谐振频率高；滤波电感要求温度系数小、直流阻抗低、在负载电流范围内不饱和；滤波器最好采用对称结构，以保证线路平衡，这样有利于抑制共模干扰。在本系统中，由于高压电气设备局部放电在线监测系统安装现场的干扰源多在200MHz以内，因此最终从成本和安装简便等角度综合考虑，选用了LC微波滤波器。

3.2高压电气设备局部放电在线监测系统的软件结构

软件部分设计分为上机位和下机位部分，其中下机位主要负责对信号的采集、处理和显示;上机位负责对监测数据的实时显示和人机交互。上机位主要负责对放电信息进行接收，并对搜集到的信号进行处理和运算!同时，通过交互界面显示放电信息的各个参数值，便于工作人员掌握放电情况。另外，通过上机位对故障进行诊断，判别接收到的信息是否属于放电信号，如果属于放电信号，那么系统会自动启动报警功能，并提供相关的电力工作人员对高压开关柜进行维修。

结束语

总之，局部放电作为目前智能电网故障研究和解决的重点，本文只是对局部放电问题进行了初步设计和解决。由此，通过本文的设计，让广大的电力管理人员通过监控界而即可完成开关柜故障的监测、报警等。而本文的创新在于，联合超声波和UHF方法对信号进行采集，以此保证信号采集的有效性，更好的实现对信号的采集。同时，通过该系统，还可以对功能进行适当拓展，如引入TEV法暂态电压进行检测，从而大大提高了该系统的实用性。但是，本文的设计主要从软件和硬件的角度进行了初步设计，而对于其中的放电信号识别和处理方面研究还显得比较少，还需要对问题进行进一步的深入研究和探讨。

参考文献：

[1]豆艳举.基于DSP的开关柜局部放电在线监测系统的研究与开发[D].兰州理工大学，2016.

[2]犹然.高压电气设备局部放电检测算法研究及系统实现[D].电子科技大学，2016.

[3]任学龙.高压电缆放电监测系统软件设计与实现[D].电子科技大学，2016.

[4]刘达伟，乔亚兴，刘剑青，黄文焘.基于超声波传感器的局部放电无线监测系统设计[J].电力科学与技术学报，2016，04:161-167.

[5]朱小波，曲鸿，付英杰.高压GIS局部放电智能监测系统设计[J].工业仪表与自动化装置，2016，05:44-48.