易滿成，王波，蘇海博，楊鵬，顧春暉

(廣州供電局電力試驗研究院，廣東廣州510000)

開關(guān)柜TEV局放檢測裝置校驗評價方法的研究

易滿成，王波，蘇海博，楊鵬，顧春暉

(廣州供電局電力試驗研究院，廣東廣州510000)

基于地電波(TEV)原理的10kV開關(guān)柜的局部放電檢測裝置被廣泛用于國內(nèi)外各大電力公司，但各廠家的裝置在測量準確度、靈敏度等方面都存在較大差異。本文針對10kV開關(guān)柜的工作環(huán)境，設(shè)計開發(fā)了一套TEV局放檢測的校驗裝置，裝置輸出信號幅值、頻率、衰減度等性能誤差小于5%。通過該校驗裝置可對TEV傳感器和TEV局放檢測裝置的靈敏度和準確性進行測量，最后提出頻帶、靈敏度、線性度、脈沖計數(shù)及量值標定的方法，為提升各類監(jiān)測裝置的準確性、穩(wěn)定性和可靠性提供了重要的技術(shù)保證。

局放;TEV;信號源;靈敏度;校驗

1 引言

開關(guān)柜普遍應(yīng)用于電網(wǎng)中，局部放電是其絕緣缺陷的主要表現(xiàn)形式之一［1］，局放檢測［2，3］也是評估開關(guān)柜內(nèi)設(shè)備絕緣狀況的有效手段?；赥EV原理的局部放電檢測設(shè)備具有傳播過程衰減較小，能夠?qū)崿F(xiàn)良好的檢測靈敏度;可根據(jù)電磁脈沖信號的衰減和時差對開關(guān)柜的局部放電源進行定位;可分析出開關(guān)柜局部放電類型等優(yōu)點，在開關(guān)柜的局部放電檢測中獲得了廣泛的應(yīng)用。

然而，在實際運用中發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)基于TEV的檢測設(shè)備均存在靈敏度不高、重復性差、不能可靠定位等問題，因而有必要研制TEV局放檢測校驗裝置，從而保證TEV局放檢測裝置的精度和準確性［4－9］。

本文基于TEV產(chǎn)生原理及開關(guān)柜的工作環(huán)境，設(shè)計了一套TEV局放檢測的校驗裝置，該裝置輸出信號幅值、頻率、衰減度等性能誤差小于5%，通過校驗裝置可檢測TEV局放儀的頻帶、靈敏度、線性度、脈沖計數(shù)等參數(shù)，并提出了具體的裝置性能評價方法，為提升各類監(jiān)測裝置的準確性、穩(wěn)定性和可靠性提供了重要的技術(shù)保證。

2 TEV局放檢測裝置系統(tǒng)組成

根據(jù)TEV產(chǎn)生和TEV局放檢測原理，結(jié)合高壓開關(guān)柜設(shè)備現(xiàn)場情況，本文設(shè)計了一套TEV局放檢測的校驗裝置［10］，該整體裝置包括TEV信號源、TEV信號回路及外箱三部分組成，如圖1所示。

圖1 TEV局放校驗系統(tǒng)原理圖

TEV信號源為正弦信號發(fā)生器，模擬電磁波在金屬板表面產(chǎn)生的TEV，以50Ω同軸電纜連接正弦發(fā)生器和金屬板，并通過50Ω匹配電阻接地。TEV傳感器在金屬板上測量，同時金屬板上接標準電容至頻譜儀，通過頻譜儀可獲得TEV信號的幅值、頻率等。

3 信號源準確性

對TEV暫態(tài)地電壓校驗裝置信號源及信號回路進行整體性能測試，包括輸出幅值、頻率以及衰減度測試，選取兩個測試點，測試點1位于信號發(fā)生器輸出端，測試點2位于金屬板表面，如圖2所示。

圖2 信號源測試

測試點1和測試點2測試值與信號源電壓幅值間的關(guān)系如圖3所示。信號源輸出幅值與信號回路測試幅值兩者之間的變化不大，誤差最大為2.58%，最小為0.48%;信號源頻率與實測頻率兩者之間的變化不大，誤差最大為1%，最小為0，TEV校驗裝置的信號源輸出頻率誤差小于5%。綜上所述，TEV校驗裝置的信號源輸出幅值、頻率等性能誤差小于5%，滿足性能要求，并且整體衰減度小于5%，滿足TEV校驗裝置需求。

圖3 TEV測試儀器測試值與電壓幅值

4 TEV傳感器靈敏度測試

按照圖2的TEV局放校驗系統(tǒng)原理圖進行接線，信號發(fā)生器輸出頻率3～100MHz的高頻信號，將TEV傳感器與頻譜儀連接，觀察頻譜儀接收到信號的頻率和幅值。如果TEV傳感器接收的信號同信號發(fā)生器輸出信號(標準信號)的頻譜一致性較好，則表示該TEV傳感器靈敏度較好;反之，則表示該TEV傳感器靈敏度較差。

傳感器的上下限頻率為左右相對下降3dB邊頻點，理想的傳感器應(yīng)該是在檢測頻帶之間信號無損通過，一般來說傳感器和標準信號源的線性相對誤差應(yīng)該保持在10%以內(nèi)，一致性越好的相對靈敏度越高。1號和2號傳感器接收到的頻譜如圖4和圖5。1號傳感器接收的信號和標準信號一致性較差，2號傳感器接收的信號和標準信號一致性較好，由此可以得出2號較1號傳感器靈敏度更高。

圖4 1號TEV傳感器頻譜圖

圖5 2號TEV傳感器頻譜圖

5 TEV局放檢測儀靈敏度測試

基于TEV傳感器靈敏度較好的情況下，進行局放檢測儀的靈敏度測試，方法如下:

步驟1:信號發(fā)生器輸出3～100MHz的高頻信號，觀察頻譜儀接收信號的幅值，得到幅值最大點處的頻率。

步驟2:以步驟1中得到的幅值最大點處的頻率為信號發(fā)生器的輸出信號頻率，調(diào)節(jié)信號發(fā)生器輸出信號的幅值，觀察局放檢測儀檢測到的信號，找出局放檢測儀在該頻率下能檢測到的最小信號值，即該頻率下局放檢測儀靈敏度。

基于對傳感器1和傳感器2的靈敏度測試結(jié)果，可得到2號傳感器頻譜圖，找出幅值最大點處的頻率為16.6MHz，如圖6所示。

將信號發(fā)生器的輸出頻率設(shè)置為16.6MHz，調(diào)節(jié)信號發(fā)生器輸出信號的幅值，觀察局放檢測儀檢測到的信號，找出局放檢測儀在該頻率下能檢測到的最小信號值，如圖7所示。

圖6 3號TEV傳感器幅值最大點處頻譜圖

圖7 局放圖譜

觀察局放檢測儀放電圖譜，可以得出，在頻率為16.6MHz時，該局放檢測儀靈敏度為58.2dBuV。

6 TEV局放檢測裝置校驗方法

6.1 檢測頻帶校驗

將正弦信號發(fā)生器輸出信號幅值調(diào)至適當大小，在規(guī)定的上下截止頻率之間改變正弦波的頻率，找出待測儀器輸出信號基本恒定區(qū)域中的頻率，以此作為基準頻率。

逐漸降低正弦波信號的頻率，保證輸出電壓幅值不變，找出被測儀器歸一化輸出降到0.501時的頻率點(－6dB點)，此點即為實測的下限截止頻率。同理找出實測的上限頻率，計算上、下限截止頻率的誤差。計算包絡(luò)面積。

6.2 檢測靈敏度校驗

在頻率范圍內(nèi)，將信號發(fā)生器輸出信號的頻率調(diào)節(jié)至適當大小，調(diào)節(jié)信號發(fā)生器輸出信號幅值，觀察局放檢測儀檢測到的信號，找出局放儀在該頻率下能檢測到的最小信號值，即該頻率下的靈敏度。

6.3 線性度誤差試驗

測試時設(shè)置信號發(fā)生器輸出正弦信號的頻率固定為3～100MHz之間的某一頻率值，調(diào)節(jié)信號幅值使局放儀輸出大于等于30dB，記錄頻譜儀測量值和局放儀測量值;按比例降低信號幅值，記錄局放儀輸出的相應(yīng)示值，即可計算其線性度誤差。

6.4 脈沖計數(shù)校驗

設(shè)置信號發(fā)生器輸出脈沖信號，改變信號發(fā)生器輸出的電壓幅值，使被測儀器的讀數(shù)大于等于20dB，調(diào)節(jié)脈沖重復頻率為0.5～10kHz中的某一值或若干可選值，同時觀察并記錄被測儀器2s脈沖讀數(shù)和設(shè)置的實際脈沖數(shù)，即可計算脈沖計數(shù)的測量誤差。

6.5 量值標定

調(diào)節(jié)高頻信號發(fā)生器的輸出頻率，使幅值達到最高并維持頻率不變，調(diào)節(jié)輸出信號幅值至適當大小，即可用高頻信號發(fā)生器上的輸出幅值來標定被測儀器在該點所測的量值。

7 結(jié)論

本文根據(jù)TEV產(chǎn)生和TEV局放檢測原理，結(jié)合高壓開關(guān)柜設(shè)備現(xiàn)場情況，設(shè)計了一套TEV局放檢測的校驗裝置，該整體裝置包括TEV信號源、TEV信號回路及外箱三部分組成，并對TEV信號源和信號回路進行了多次試驗，驗證了該裝置的可靠性和精度。通過校驗裝置可檢測TEV局放儀的頻帶、靈敏度、線性度、脈沖計數(shù)等參數(shù)，為提升各類監(jiān)測裝置的準確性、穩(wěn)定性和可靠性提供了重要的技術(shù)保證。

［1］宋杲，崔景春，袁大陸.2004年高壓開關(guān)設(shè)備運行統(tǒng)計分析［J］.電力設(shè)備，2006，7(2):10－14.

［2］葛景滂.局放測量［M］.北京市:機械工業(yè)出版社，1984:31－34.

［3］IEC Standard 60270:High-voltage Test Techniques-Partial discharge measurements.2003.

［4］駱潔藝.基于TEV和超聲波測試的10kV開關(guān)柜絕緣狀態(tài)評估技術(shù)的研究［D］.廣州:華南理工大學，2010.

［5］王有元，李寅偉，陸國俊，等.開關(guān)柜局放暫態(tài)對地電壓傳播特性的仿真分析［J］.高電壓技術(shù)，2011，37(7):1683－1688.

［6］陳慶祺，張偉平，劉勤鋒，等.開關(guān)柜局放暫態(tài)對地電壓的分布特性研究［J］.高壓電器，2012(10):88－93.

［7］劉詣，馬雙，張鴻平，等.用于局放檢測的暫態(tài)對地電壓傳感器設(shè)計［J］.電測與儀表，2013(5):115－119.

［8］張寶金，王永強，何平，等.基于暫態(tài)對地電壓技術(shù)的局部放電傳感器的研制［J］.傳感器世界，2013(4):14－18.

［9］任明，彭華東，陳曉清.采用暫態(tài)對地電波法綜合檢測開關(guān)柜局放［J］.高壓電技術(shù)，2010，36(10):2460－2466.

［10］袁帥，閻春雨，畢建剛，等.一種測試局放TEV檢測儀性能的系統(tǒng)和方法［P］.中國專利:CN201310084623.7，2013－7－10.

The Calibration and Evaluation Method Research of TEV Partial Discharge Detection Device

YI Man-cheng，WANG Bo，SU Hai-bo，YANG Peng，GU Chun-hui
(Electric Power Test and Research Institute of Guangzhou Power Supply Bureau，Guangzhou 510000，China)

The partial discharge detection device for 10kV switchgear is widely used in major domestic and international power companies，the device is based on the thesis of transient earth voltage，but the manufacturers of the devices are quite different in the measurement accuracy，sensitivity and other aspects.In this paper，F(xiàn)or detecting and calibrating the working environment of 10kV switchgear，a set of partial discharge detection TEV calibration device was designed and developed，the signal output error of the device is less than 5%in the amplitude，frequency，attenuation and other properties.The calibration system can check the sensitivity of TEV sensor and partial discharge device，and guarantee accuracy and veracity for partial discharge testing.At the end，this paper presents frequency band，sensitivity，linearity，pulse count and measure calibration method which provides important technical assurance to enhance the accuracy，stability and reliability of various types of monitoring devices.

partial discharge;TEV;signal source;sensitivity;calibration

TM59

B

1004－289X(2016)04－0013－04

2015－10－23

易滿成(1985－)，男，廣東廣州人，碩士，工程師，主要從事電力設(shè)備材料的入網(wǎng)質(zhì)量檢驗研究工作。

新型狀態(tài)監(jiān)測裝置技術(shù)性能驗證平臺及評價體系研究與應(yīng)用(K－GZM2013－005)