便携式电力设备局部放电检测仪.pdf

凳 4 0卷 2 0 0 3 第 3朋 V o l .4 0 Mar c n N o . 3 2 沙J 3 压 3月 多 左 才 夕 i 2 兑倪 FG姆妇见R 便携式电力设备局部放电检测仪 陈 哲，李福棋 ( 清华大学，北京 1 0 0 0 8 4 ) 摘要: 介绍了 便携式局部放电4} t N I 装里的设计思想及软 洒;又 的可靠性 关键词: 电力设备;局部放电;检测仪 中国分类号: T M7 3 4文献标识码 ; A 、 硬件结构， 并通过测t实例证明了该便携式局放检 A/D采样卡 1 引言 局部放电( P D ) 量是反映电力设备绝缘状况的 一个重要特征， 很多故障都可以 从电力设备的放电 量和放电模式的变化中得到反映。 因此， 对P D信号 进行采集、 处理及分析， 可以判定设备的可靠性水 平 为电力运行部门掌握电力设备绝缘状况， 及时 调整运行状态提供有力的依据。 电力设备局部放电的检测装置通常分固定式 和便携式两种。固定式装置能够长时间、 连续地监 测电力设备的绝缘状态， 但系统复杂， 设备成本和 维护费用比 较高。 考虑到实际的电力设备绝缘劣化 是 一 个长期的渐变过程， 一般不需要监测设备持续 不断地工作， 因此具有固定式系统主要功能的便携 式装置， 也完全能够胜任电力设备局部放电的检测 和跟踪任务， 这种装置能够有效地降低开发成本， 并具有灵活多变的工作方式。 本文主要介绍便携式局部放电检测装置的设 计思想及软、 硬件结构。根据采集单元和主机位置 的不同， 系统可采用上、 下位机运行模式或单机运 行模式， 用户可以方便地在程序中进行设定。如果 处于上、 下位机运行模式， 它们之间通过网络进行 传输， 下位机主要负责数据采集。 而上位机负责控 制、 数据管理、 数据处理和显示等工作。单机运行模 式为 所有工作都在同一台计算机上完成。 2 硬件结构 系统硬件的总体结构框图， 如图1 所示。 硬件的设计目标是尽可能不失真地采集信号。 早期开发的设备， 采用窄带传感器抑制干扰， 信号 经峰值保持后由低速数据采集器进行采样。由于只 I it 算 机日* R EM} } 外 u k t { 圈1 系统的硬件总体结构框圈 记录了放电的幅值和相位信息， 限制了信号的后续 处理。 为了能够更深人地分析局部放电， 要求硬件电 路对放电信号的原始信息损失尽可能小。因此， 电 流传感器、超声传感器以及放大器的带宽设计为 l O M H z , 以 确保尽可能多地覆盖局放信号频谱。 而由 此引入的干扰， 将在后续软件环节中加以处理。 为了能够准确地获得放电数据的相位信息， 设 计了同步过零脉冲外触发电路来产生采集卡的触 发信号。该电路的触发信号则取自 安装在变压器高 压套管末屏的专用电流互感器。 3 软件结构 软件整体结构框图， 如图2 所示。 软件结构分为上、 中、 下三层。 底层负责硬件控 制和数据传输。考虑到效率和运行方面的需要， 单 独由一个采集程序来实现。中层是数据管理器。上 层负责数据处理、 图形显示以及绝缘诊断等数据分 析和应用， 这些功能是通过主程序实现的。数据管 理器是软件的调度中心， 同时也是所有数据的汇集 点， 在本程序中 工作台 就是其具体的实现方法。 万方数据 刃活 二N图形显小 二 维图形显示 共维谱图数据 嵘始数铭 I I 幅颧特Y k 数据 软件采样数m I !二维谱图数据 Y l v叶变换 潜图数据统计 数字滤波 卜 叫软件峰值保持 工作台 数据 文件 采集程序 采集系统硬件 第 t o 卷 -.. .. .. . .. .. .. .门 示Q - (D . N - 4)二 维谱图和N 一 Q 一 小三 维谱图。 二维图 谱显示采用自 动分度、 数据提 示、图 形缩 放等 技术来 提供直 观详尽的放电信息。三维谱图 采用优 化的峰值线法绘制， 并有斜二 侧投影 和正轴侧投影两种显示方式。在完成 图形显示的同时，程序自动计算并向 窗口中添加最大放电量、平均电流等 统计信息。 在分析数据时经常需要显示多种 不同的图形。为了实现在图形之间快 捷地切换，设计了不同的标签页面对 应不同的图形，而每一标签都有一个 反映其图形类型的名称， 做到“ 见名知 意” ， 用户通过点击不同的页面来获取 不同的图形， 方便了用户的使用 4 数据处理与故障诊断 望一丝亚-阴 图2 软件结构框图 随着硬件技术的发展， 市场上不断有更高性能 的元部件出现，如可选用更高性能的模数转换卡 为了保证软件的扩展性和复用性， 一个好的应用软 件应具备二次开发的能力， 即采集硬件的变化不会 影响到整个软件的运行，从而缩短产品的开发周 期 采用目 前广泛使用的C O M ( C o m p o n e n t O b j e c t M o d e l ) 组件技术可满足这一要求。按照整个数据的 采集流程， 将其中具有共性的环节提取出来并抽象 为组件中的接口， 如硬件设置接口、 数据采集接口、 数据保存接口 等。根据设定的接口规范来开发工作 台组件， 可以给软件的后续开发者以很大的便利来 专注于特定硬件和数据的控制与处理工作， 而对于 软件的使用者而言， 只要获得了相应硬件的工作台 组件， 就能够让整个装置基于不同的硬件设备进行 上作 程序提供了一个实时追踪采集过程的功能， 可 帮助用户正确地设定采集参数， 并了解采集过程中 可能产生的各种错误信息， 从而有效地帮助用户解 决采集过程中产生的问题。 程序厂泛采用了上下文相关的右键触发局部 菜单 用户一旦选中了某一种类型数据， 在右键菜 单中 就出现与 该数据类型相关的可用命令， 避免频 繁移动鼠标到各个菜单中寻找相应的命令。 装置具有多种图形的显示功能，如时域图、 频 域图和莉萨域图等。在提取统计特征信息后， 可显 在获取放电数据后需要进行数据 处理， 以便去除原始数据中的干扰量， 提取出我们 需要的放电信息。为此， 在程序中提供了多种数字 信号处理方法， 如F F T滤波和多通带滤波等。考虑 到信号处理算法的不断改进和更新， 我们同样也将 其包装为组件形式， 从而可以迅速地将新的信号处 理方法扩充进来。 通过对多种图形的分析比较， 结合给出的最大 放电量、 平均电流等统计信息， 用户可准确判断被 试设备的局部放电水平。装置具有初步的故障诊断 功能。根据实际电力设备中获得的经验数据并结合 实验室中不同放电模型提供的统计信息， 用户可以 比较准确地判断出故障的类别和程度 图3 一 图6 显示的波形和谱图来自 本装置在实 验室中变压器油中沿面放电模型的实测数据。该数 据的采样率为 I O M S a / s ,数据长度为5 0个工频周 期。 图3 显示的是该数据原始波形的第一个工频 周期部分， 图4 是对该数据作频谱分析得到的频谱 特性图。图5 是由经过低速转化后所形成的放电量 图中的第一个工频周期部分， 图6 是利用所采集的 5 0 个工 频周期数据经过低转化作出的Q - N - P三 维 统计谱图， 采用斜二侧投影， 沿Q轴和中轴两个方 向进行绘制。 从图3 一 图6 可以看出，放电现象比较典型， 说 明该便携式局放检测仪能够比较准确的测量局放 信号并给出相应的数据分析。 万方数据 第 3 A 陈哲、 李福祺 便携式电力设备局部放电检测仪 咖黔 套 : 5 00050 采样数率5 0 H } 采样频率5 0 H } 妙画﹃呵12on呻姗姗姗姗。 川入己 ( )2 4 6 8 1 0 1 2 1 4 1 6 1 8 2 00 0 20 . 4 0 . 6 0 . 8 t / n } s 图3 高速采样数据波形 、 L 0U m o 1 . 2 1 . 4 1 石1 名2 . 0 图 5 低速转化数据棒圈 ,1 6 0 0 0 , } 0 0 04 圈4 幅组特性 5 现场试验结果 对某电厂主变压器进行了局部放电的在线测 试 测试 结果图 形如图7 所示( 采样频率为5 0 H z ) a 由超声定位确定该放电位置可能位于B相高 压出线端， 并且与同步采集的电信号相比有较好的 相关性。通常如果能够测得比较明显的超声信号， 就有较大可能产生了局部放电现象。针对该变压器 所做的油色谱试验进一步验证了这一点。该变压器 的油中溶解气体分析结果如表 1 所示。 可见其氢气、 乙炔和总烃的含量已远远超过国 圈6 三雄谱图( Q - N - ( D ) 衰 1 变压器油色谱检测值 w L / L H i } C H , CO C O :一} C ,H , C , H , C , H, 8 2 0 0 4 4 6一 4 5 83 5 5 33 11 0 5 3 8 家标准[11) ， 计算三比值编码为 1 1 0 ， 相应故障类型为 高能量密度局部放电。产生该故障的原因可能是绝 缘材料气隙未完全浸演， 存在气泡或受潮等， 导致 固体绝缘产生放电痕迹或穿孔。目 前该变压器已退 出运行 。 6 结论 翻40加0080 ，山，一，1，一1 3 6 7 2 1 0 8 1 4 4 1 8 0 2 1 6 2 6 2 p h i ( a ) 中性电电信号 圈 7 2 8 8 3 2 4 3 6 0 3 9 6 4 0 0 3 8 0 3 6 0 - 3 4 0 11 M160 一} }狐1 0 8 1 4 4 1 8 0 2 1 6 2 6 2 2 8 8 3 2 4 3 6 1 厂3 9 6 ooL8000[耐朴叭。 p h i ( 6 ) B 相高 压出 线处的 超声信号 电伯号与声位号的波形圈 及其0 -- n圈 万方数据 第 4 0卷 2 0 0 3 第 3斯 汪 3月 多 r ff 2 祀峨 NS FD 2 . 山西省自动化研究所， 山西 太原 0 3 0 0 1 2 ) 摘要: 提出了曲折移相调压的 论点， 介绍了曲 折补偿型变压器的羞本结构和移相调压方式。 分析了曲折移相 习压技术 关键词: 变压器; 六边形接线; 曲折; 移相调压 中图分类号: T M 4 0 2文献标识码: B文章编号: 1 0 0 1 - 8 4 2 5 ( 2 0 0 3 ) 0 3 - 0 0 1 6 - 0 5 飞引言 对于广泛应用于I O k V农村电网的配电变压器 和3 8 0 V低压电网的电力稳压器，目前主要的调压 方式及装置是:配电变压器采用配有分接选择开关 的有载调压装置:电力稳压器采用配有滑动接触器 件的补偿调压装置;现行的基本调压方式是用一种 改变绕组匝数变比的方式而使其输出电压量发生线 性变化。 在此线性变化的电压量的调节过程中， 为减 小其高压绕组分接位置切换时的开闭容量， 必须用 由操动机构、 快速机构、 切换开关和选择开关构成的 有载分接装置。对低压电压调节则须用滑动接触调 ~ 奋 ~. . 琦‘ ‘个 _叫日 卜‘ 州 卜，闷 卜.刊 卜. 十 ，刊 卜 一 卜~ ~ 十 .斗 ，十 ， ~ 卜 .确」 ~卜， 啼 ~ ~ 一卜一 峥呵十 . ~ 卜 ”小 ， 州卜， 叫卜. 一卜~ ~ 去 科闷 冲.斗 ，刁 ‘，， 峥 ~ ~ 一卜一 咔” 币 .州 卜‘ 人 本 ”叫 卜~~ 卜月 咔一 门 .叫 卜. 冲 .一 卜 川 本文所述便携式局部放电检测仪， 能够对 多种电力设备进行局部放电测量， 该装置具有轻便 易携、 工作方式灵活多变的特点。 ( 2 ) 硬件采用宽带电路、 高速采样的设计原则， 具有采样率高、 数据量大、 放电信息完整等特点， 为 进一步的信号处理打下了基础。 ( 3 ) 软件设计上采用组件对象模型， 建立了不 依赖于具体采集硬件的运行框架， 具备良好的可扩 充性和可伸缩性， 为扩充新的采集硬件到应用中提 供了基础。 参考文献: [ 1 1 G B P Y 7 2 5 2 -2 0 0 1 , 变压器油中溶解气体分析与判断导 则[ S l P o r t a b l e P D D e t e c t o r f o r E l e c t r i c E q u i p me n t C H E N Z h e , L I F u - q i ( T s i n g h u a U n i v e r s i t y , B e ij i n g 1 0 0 0 8 4 , C h i n a ) A b s t r a c t : T h e s c h e m e , s o f t w a r e a n d h a r d w a r e o f a p o rt a b l e P D d e t e c t o r a re i n t r o d u c e d . I t s r e l i a b i l i t y i s c o n fi r m e d b y t e s t i n g e x a m p l e s . K e y w o r d s : E l e c t r i c e q u ip m e n t ,, P a r t ia l d i s c h a r g e ; 收稿日期: 2 0 0 2 - 0 5 - 0 9 作者简介: 陈哲( 1 9 7 7 - ) 研究 ; 李福棋( 1 9 4 5 - ) 研究。 男， 湖北武汉人， 清华大学电机工程与应用电子技术系硕士研究生， 从事局部放电 监测技术的 男， 上海人， 清华大学电机工程与应用电子技术系高工， 从事高电压设备绝缘在线监测技术的 万方数据