基于超高频电磁波和超声波精确定位局部放电的方法

基于超高频电磁波和超声波精确定位局部放电的方法　Ｖｏ１．１６　Ｎｏ．３　基于超高频电磁波和超声波精确定位　局部放电的方法　Ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　Ｌｏｃａｔｉｎｇ　Ｐａｒｔｉａｌ　Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ　Ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ　Ｂａｓｅｄ　０ｎ　ＵＨＦ　Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｗａｖｅｓ　ａｎｄ　Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ　郑　波靳海军　山西阳泉供电公司　山西　阳泉０４５０００　【摘要】局部放电的测量和诊断已成为评估高压电力设备运行状态的重要方法之一。超高频电　磁波和超声波相配合的局部放电带电检测和定位技术（简称“声一电信号联合定位”）在查找电　力设备缺陷方面优点显著，具有很好的应用发展前景。本文介绍了基于超高频电磁波和超声　波原理的局部放电检测方法和定位原理。对手持局部放电检测仪ＰＤＳ１００的应用拓展作了介　绍，提供了具有一定参考价值的精确定位局部放电的方法。　【关键词】局部放电　超高频　超声波　【中图分类号】ＴＭ８５５　【文献标识码】Ａ　０　引言　一定的缺陷，如推荐的射频干扰信号搜索范围５０一　电力设备内部存在的缺陷是发生局部放电　ＩＯ００ＭＨｚ不能完全覆盖超高频（Ｕｌｔｒａ　Ｈｉｇｈ　Ｆｒｅ．　（Ｐａｒｔｉａｌ　Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ，ＰＤ）的主要原因。局部放电检测　ｑｕｅｎｃｙ，ＵＨＦ）的频率范围（３００ＭＨｚ一３ＧＨｚ）；另一方　是及时发现这些内部的绝缘缺陷，避免绝缘击穿故　面更重要的是该设备不支持局部放电的精确定位，　障及进而可能发生的大面积电网停电事故的最有　只能使用一种简易定位法大致判断局部放电源的　效手段。针对大型电力设备的局部放电，不仅要检　位置，即按照一定的秩序不断移动手持局放检测仪　测其视在放电量，以诊断其故障的严重程度，而且　ＰＤＳＩＯ０的位置，使获得的信号幅度最强、时延最　希望尽量检测出局部放电的具体部位。精确的局部　短，此时局部放电源离手持局放检测仪ＰＤＳ１００最　放电定位方法便于制订最具针对性的检修处理方　近。再结合变压器的具体结构和运行、维修经验，确　案，可减少设备离线时间．有效提高检修效率，节省　定大致区域。　出班检修费用。　在三种常见的局部放电定位方法中。电气参数　阳泉供电公司检修公司试验专业目前拥有的　定位法操作复杂、通用性差、受现场电磁干扰的影　局部放电检测设备包括国电迪扬出品的手持局放　响较大，因而不适合用于在线检测；超声波定位法　检测仪ＰＤＳ１００。该设备的工作原理是超高频电磁　只适用于几十厘米内的小范围准确定位．因为超声　波侦测法，此方法的优点是非离线测试、便携、友好　波在空间衰减快。在不同的介质中的传播速度迥　用户界面及可设置基线（２０～５０ｍ），有效减少外部　异：超高频电磁波侦测法可以有效地避开常规局部　干扰带来的影响。但是该设备在实际工作中．也有　放电测量中的电晕、开关操作等多种电气干扰，但　收稿日期：２０１３—０４—０４　是超高频电磁波传播速度（ｖ＝３．０ｘｌ０　ｍ／ｓ）极快，对　作者简介：郑波（１９８７一），男，硕士研究生，主要研究方向为电　时延误差极为敏感．微小的时延误差将导致定位失　力设备状态检测及故障诊断技术、电力市场。　败．时延误差在现场试验中的准确获取仍然是一个　山东电力高等专科学校学报　第１６卷第３期　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｓｈａｎｄｏｎｇ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｃｏｌｌｅｇｅ　２７　难题。因此本文选用了手持局放检测仪ＰＤＳ１００所　式（１）（２）中，　为局部放电信号源到第ｎ个超　声波检测设备位置的距离。由于电磁波传播速度极　快，可近似认为电信号从局部放电源传至手持局部　放电检测仪ＰＤＳ１００的过程没有时延，因此　一ｄ。可　支持的超高频电磁波定位法首先确定局部放电的　视在放电量，其次确定局部放电大致区域，然后使　用超声波定位法的小范围精确定位优势，在初步确　定的局部放电区域附近选取三个或更多超声波检　约等于ｄ　。ｃ为声波在介质中的传播速度。式（１）中　任意三个方程联立即可确定局部放电信号源的具　测设备位置，利用测得的电、声信号的时差和声传　播的速度去求解，按照声发射传播距离和时差的关　系设计的球面方程组，即可求出局部放电源的准确　体位置，多个方程可以有效提高检测精准度。　将式（２）中的ｄ　值代人式（１）中的前三个方程，　位置。　本文提出的声一电信号联合定位方法充分利用　了公司原有的超声波局部放电检测设备，有效地拓　展了手持局部放电检测仪ＰＤＳ１００的应用范围，弥　补了其不能实现精确定位的缺憾。　１　精确定位算法原理　局部放电信号从输变电设备某一点传播到超　声波检测设备的第ｎ个位置的时刻记为ｔ　，ｎ＝　１．２…．，ｎ，设第ｎ个超声波检测设备位置的三维坐　标为（Ｘｎ　Ｙ　，　），局部放电信号源的三维坐标为（纸，　，　），如图１所示，手持局部放电检测仪ＰＤＳ１００接　收到局部放电电信号的时间和第ｎ个超声波检测设　备位置接收到局部放电信号的时间差为ｔ　。　图１　三点定位示意图　按照声波直线传播的原则．由空间几何分析可　得：　ｃｔ０ｌ：ｄ１一ｄｏ≈ｄｌ；　Ｃｔｏｚ＝ｄ２一ｄｏ≈ｄ２；　ｃｔ０３　ｄ３一ｄｏ≈ｄ３；　Ｃｔｏｎ＝ｄ　一ｄｏ≈　。　ｄｎ＝、／（Ｘｓ—　）ｚ＋（　—，　ｎ）　＋（ｚ　—ｚ　）　（２）　可得球面方程组如下：　ｌｃ２ｔｏ１　＝（　一　１）　＋（　—　１）　＋（　—彳１）　｛Ｃ２ｔ０２２＝（Ｘ　２）２＋（　—ｙ２）　＋（　＿ｚ２）　（３）　ｉｃ２ｔ０３２＝（Ｘ　——　３）　＋（　一　）　＋（Ｚｓ——ｚ３）　解此球面方程组可得局部放电源的精确三维　坐标为：　　ｌ　Ｉｚ—　ｌ　一　ｒ　１　兰！　２—　４１　————————　—————一　业　（Ｌ４）斗　　Ｉ　ＣＤ（ｘｚ－ｘ１）＋ＡＤ（　ｒ　２）　口Ｅ（　ｒ　１）＋ＡＥ（ｘｒ－ｘ３）　Ｉ　Ｄ（ｚｒ－ｚ２）（　１）　１）（　２）坷０　３）（　１）犯０　１）（ｘｒ－ｘ１）　其中，式（４）中的代入符号Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ和Ｅ的值　分别为：　Ａ：！　二！　ｉ±　二　兰　！　２　Ｒ—ｃ２　ｏ２２　２　２　２２１２一　∞３１　３　１　３　｝　ｉＪ一一　ｃ：！　二！　塑：　±　二　兰　＝＝兰　（５）　２　Ｄ＝（　３－ｙ１）（　２　１）一（弦＿），１）（Ｘ３－Ｘ１）　Ｅ＝（　一ｙ１）（￣３－Ｘ２）＋（　ｙ２＿＿　）（Ｘ２－Ｘ１）　２变电站巡检及精确定位方法　首先，运用手持局部放电检测仪ＰＤＳ１００确定　局部放电的视在放电量，并确定局部放电大致区　域。现场测试的过程中，应全程严格按照提前制定　好的局部放电测试计划开展工作。开启手持局放检　测仪ＰＤＳ１００后，激活测量模式，在变电站外２０～５０　米附近测试生成基线；存储基线，显示基线并开始　巡检变电站，按照图２所示路线漫步穿过变电站；如　果读数与基线不同，那么停下来进行一个完整的扫　测：寻找最强的信号源，观察哪个部件或哪一相有　基于超高频电磁波和超声波精确定位局部放电的方法　Ｖｏ１．１６　Ｎｏ．３　最强的信号；判断出最强的信号源位置，保存测量　结果，记录视在放电量，初步确定好大致的局部放　电区域。　．．．．ｏ设置基线位置　３０￣￣Ｏｍ　图２变电站巡检图　其次，在初步确定好的局部放电区域附近选取　三个或更多超声波检测设备位置。在测试现场空间　内，选取原点，并测量出拟定的超声波检测设备位　置的三维坐标，记为（　，　，ｚ　），ｎ＝ｌ，２…．，凡。迅速在　测量好的指定位置依次测量超声波检测设备接收　到局部放电信号的准确时间，记为ｔ　，ｎ＝ｌ，２…．，凡。　将所测得的数据代入式（４），即可测算出局部放电　源的三维坐标。将多组测得数据代人球面方程组，　可有效提高局部放电源三维坐标的精度．从而实现　局部放电的精确定位。　最后，需要注意的是，在整个巡检及精确定位　的过程中，测试仪器的任何部分包括天线都要注意　不超过安全距离。在变电站现场的检测工作。工作　人员必须严格遵守相关的安全工作规范。　３　结语　本文主要应用时差法计算局部放电点准确位　置，并给出了求解基于时差的，以局部放电点位置　三维坐标为未知数的球面方程组，得到如下结论：　１）超高频电磁波局部放电检测法具有灵敏度　高，且电磁波波速稳定、信号信噪比高的特点，受其　他部位放电的干扰可以辨识，该定位方法能较好较　快找到局部放电大致区域。　２）在实际工作中，有时会较难确定局部放电超　高频电磁波信号出现的时刻，从而影响局部放电视　在放电量的测定和定位的准确性。　３）超高频电磁波和超声波相配合的局部放电　带电检测和定位技术能满足变电站站域局部放电　精确定位的要求。　参考文献　［１］侯慧娟，盛戈嗥，苗培青等．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，２０１２，３８（６）：１３３４—　１３４０．　［２］王昌长，李福祺，高胜友．电力设备的在线监测与故障诊　断［Ｍ］．北京：清华大学出版社，２００６．　［３］朱德恒，严璋，谈克雄等．电气设备状态监测与故障诊断　技术［Ｍ］．北京：中国电力出版社，２００９．　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｍｅａｓｕｒｉｎｇ　ａｎｄ　ｄｉａｇｎｏｓｉｓ　ｏｆ　ｐａｒｔｉａｌ　ｄｉｓｃｈａｒｇｅ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｏｎｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｅｖａｌｕａｔｉｎｇ　ｔｈｅ　ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｈｉｇｈ　ｖｏｌｔａｇｅ　ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ｅ—　ｑｕｉｐｍｅｎｔ．Ｏｎｌｉｎｅ　ｐａｒｔｉａｌ　ｄｉｓｃｈａｒｇｅ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｃｏｏｐｅｒａｔｉｎｇ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｕｌｔｒａ　ｈｉｇｈ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　ｗａｖｅｓ　ａｎｄ　ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ　（ｓｈｏｒｔｅｄ　ａｓ“ａｃｏｕｓｉｃ－ｅｌｅｃｔｉｒｃａｌ　ｓｉｇｎａｌ　ｊｏｉｎｔ　ｌｏｃａｌｉｚａ—　ｔｉｏｎ”），ｈａｓ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ　ａｄｖａｎｔａｇｅ　ｉｎ　ｓｅａｒｃｈｉｎｇ　ｅｌｅｃ—　ｔｉｒｃａｌ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ｆｌａｗ　ａｎｄ　ｖｅｒｙ　ｇｏｏｄ　ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ　ｐｒｏｓｐｅｃｔ　ｆｏｒ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ　ｐａｒｔｉａｌ　ｄｉｓｃｈａｒｇｅ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ｌｏｃａｌ—　ｉｚａｔｉｏｎ　ｔｈｅｏｒｙ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｕｌｔｒａ　ｈｉｇｈ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｅｌｅｃ—　ｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　ｗａｖｅｓ　ａｎｄ　ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ．Ｉｔ　ｐｒｅｓｅｎｔｓ　ｔｈｅ　ｅｘｐａｎｄｅｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｈａｎｄ——ｈａｎｄｌｅｄ　ｐａｒｔｉａｌ　ｄｉｓ－－　ｃｈａｒｇｅ　ｄｅｔｅｃｔｏｒ　ＰＤＳＩＯ０，ａｎｄ　ａｌｓｏ　ｐｒｏｖｉｄｅｓ　ａ　ｍｅｔｈｏｄ，ｏｗｎｉｎｇ　ａ　ｃｅｒｔａｉｎ　ｖａｌｕｅ　ｆｏｒ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ，ｏｆ　ｌｏ—　ｃａｒｉｎｇ　ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ　ｐａｒｔｉａｌ　ｄｉｓｃｈａｒｇｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｐａｒｔｉａｌ　ｄｉｓｃｈａｒｇｅ（ＰＤ）；ｕｌｔｒａ　ｈｉｇｈ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　（ＵＨＦ）；ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ