超高频电磁波检测在变电站局部放电定位中的应用

1、超高频电磁波检测在变电站局部放电定位中的应用摘要：局部放电是电气设备绝缘化的主要征兆和表现形式，定期的对电气设备进行局部放电检测可及时的发现电气设备的绝缘缺陷和位置，并采取有针对性的解决方法，避免绝缘缺陷引起电气故障，提高供电的可靠性。现阶段常用的局部放电检测定位方法有：电气参数测量、超声波和超高频电磁波等。其中超高频电磁波检测可有效的排除电气设备的电磁干扰，具有较强的灵敏度，已逐渐成为常用的电磁设备局部放电检测方法。本文简要分析超高频电磁波检测技术应用于变电站局部放电的定位原理与检测系统的构成，并分析其在变电站局部放电电源定位的实际应用，以期为我国变电站局部放电检测工作提供参考，提高变电站设

2、备运行的可靠性。关键词：超高频；电磁波检测；变电站；局部放电；定位随着我国经济的快速发展，社会和人民对电能的需求量不断增加，对供电可靠性的要求越来越高。变电站作为连接发电厂和用户的重要环节，其电力设备的安全运行对于提高电力系统的可靠性具有重要的意义。如果变电站电气设备的绝缘材料遭到破坏就会造成电气设备发生局部放电，虽然局部放电不会造成电气设备绝缘材料被击穿，但是如果长时间存在将会导致电气设备的绝缘材料的电气强度降低，造成绝缘破坏的进一步恶化，影响电气设备的运行可靠性。因此对电气设备的局部放电的检测定位对于避免电气设备绝缘故障和提高电气设备运行的可靠性具有非常重要的意义，目前常用的局部放电电源定

3、位方法主要有：电气参数测量、超声波和超高频电磁波等。其中超高频电磁波检测可有效的排除电气设备的电磁干扰，具有较强的灵敏度，已逐渐成为常用的电磁设备局部放电检测方法。一、基于超高频电磁波的变电站局部放电定位原理（一）超高频电磁波的局部放电定位原理超高频电磁波检测是通过外置的天线传感器接收局部放电过程中辐射的超高频电磁波，通过时间差计算局部放电电源的位置。超高频电磁波检测具有：检测波段高，可有效的避开局部放电过程中开关、电晕等电气干扰；灵敏度高，可以有效的检出电气设备之间存在的所有放电类型。超高频电磁破在传播的过程中如果遇到障碍物或者与波形大小相同的孔时就会发生明显的衍射，由于电磁波发生衍射，其会

4、绕开障碍物或者孔在其背后继续传播。如果变电站的电磁设备发生局部放电就会激发出多种波长不相同的超高频电磁波，当这些超高频电磁波在传播的过程中通过电力设备的绝缘夹缝时，电磁波信号就会发生衍射，传播到外部的空气中。电磁波的传播速度与光速接近，当内部局部放电产生的超高频电磁波通过在电气设备外设置的超高频天线接收器时，由于天线位置的不同，接收时间也会存在不同，这样就可以根据天线之间接收信号的时间来对局部放电电源进行定位。（二）变电站局部放电电源定位计算方法本文采用积累能量曲线对天线接受的超高频电磁波信号进行处理，根据信号的电压和能量之前的关系，可将信号的波形转换成为积累能量曲线，积累能量的公式为 （1）

5、式中为采样信号在k点的电压值。积累能量曲线如图1所示。图1 积累能量曲线通过能量曲线可以分别获得四个天线各自的能量曲线，在能量曲线上获取各个天线上超高频电磁波的拐点值，该值就是接收超高频电磁破的初始时间，则对角天线的时间差为 （2）在实际的测量中，四个天线距离电力设备的距离较远，导致矩形天线阵列与脉冲所在的平面相差较小，因此可将实际的三维空间计算看做成二维空间进行计算。因此，假如系统中只有两个天线时，例如天线1和天线2，则两者之间接收信号的时间差为，则可以根据时间和余弦三角函数得到位置夹角b的值，从而可知PD存在两个解，因此位置无法确定，如图2所示。图2 局部放电方向定位计算方法本文采用的定位

6、计算方法是选择四个天线接收信号的时间差进行定位，其中一对对角线上的天线的接收时间差作为参照，另一对角线上的天线接收时间差进行信号的定位。正常测量的过程中电磁波的传播速度是确定的，而四个天线所处的位置不同，因此接收到信号的时间不同。由图2（b）可知，夹角b的计算公式为 （3）式中c为光速，为天线1和天线3之间的距离。此公式还存在一定的误差，需要对对角线天线的时间差进行修正就可以得到准确的夹角公式 （4）此时根据公式还无法得到准确的局部放电电源位置，还需要变换天线的位置进行多次的测量，当所指的方向交于一点时，该点即为局部放电电源的位置。二、变电站超高频电磁波局部放电监测定位系统的构成本次研究采用的

7、局部放电监测定位系统是由4个超高频的天线传感器组成的天线矩阵实现对变电站局部放电超高频信号的接收，所采用的超高频接收天线均为全向的标准天线可实现360°信号的接收，且增益一致。经过天线接收的超高频电磁波信号经长度相同的同轴电缆传输至含有滤波模块、超高频信号放大模块和数字采集模块组成的数据采集单元，采集单元将处理过的信号传输至装有局部放电监测定位计算软件的电脑进行位置的计算，并准确的显示出局部放电电源的位置。结构示意图如图3。图3 超高频局部放电检测定位系统构成三、变电站超高频电磁波局部放电监测系统的现场实验分析本文选取某220kV的变电站进行系统的测试，将4个超高频天线放置在经过专门

8、改装的汽车上，汽车在变电站内缓慢的行驶，如果监测定位系统出现超高频信号时，则停止汽车进行超高频信号的接收和局部放电电源位置的计算，首先计算出一个方向角，然后移动汽车进行另一方向角的计算，最后对放电设备的位置进行准确的定位。本次实验中，在变电站的3号变压器附近检测到了超高频信号，通过置于车顶的4个超高频电磁波接收天线以及两次的变换车辆的停放位置，对发生局部放电的电源进行定位，其中检测到最大的放电电压为800mV，定位监测系统采集到的信号波形和频谱特性如图4和图5所示。图4 检测信号波形图图5 检测信号频谱图通过监测系统对接收信号的分析处理并经过定位计算软件进行定位计算，得到了局部放电电源的具体位

9、置，如图6所示。图6 局部放电电源位置判定示意图图7 疑为局部放电电源位置经过超高频变电站局部放电电源定位监测系统的计算，最终确定的疑似放电电源点如图7所示，为了对结果进行验证，采用DMS特高频局部放电检测仪器，对该点进行检测并对检测到的超高频信号进行分析，发现该点的超高频电磁信号具有明显的相位特征，幅值也较高，具有放电信号的特征。通过采用超高频变电站局部放电电源定位监测系统对本次检测到的超高频信号进行定位计算，确定疑似局部放电的电源点，并采用DMS检测设备对该点的超高频信号进行分析最终确定为污秽放电，定位监测系统检测到此放电信号为连续超高频信号，建议变电站采取停电措施，以对该变压器进行检修。

10、变电站负责电能的分配、电压的变换和调整，是电力系统的关键环节，采用超高频电磁波检测技术对局部放电电源位置的定位，可以准确的确定电源的位置，避免变电站内的电磁干扰，灵敏度和准确度较高，对于及时的排除变电站电力设备的绝缘故障，保证电力设备的安全运行，提高电力系统的供电可靠性具有重要的意义。参考文献：1侯慧娟,盛戈皞,苗培青,李秀卫,胡岳,江秀臣. 基于超高频电磁波的变电站局部放电空间定位J. 高电压技术,2012,06:1334-1340.2侯慧娟. 基于电磁波天线阵列的变电站局部放电信号处理及定位方法D.上海交通大学,2014.3黄琮鉴. 基于超高频法的高压开关柜局部放电在线监测的研究D.重庆大学,2013.4周电波. 基于超高频