《在线局放分析仪》解析和详细介绍

在山东1000千伏昌乐变电站，一组基于声学回波原理的油枕油位监测传感器完成安装调试。这是国网山东省电力公司第1次在特高压变电站应用声学回波式装置监测油位。

油枕油位是反映变压器运行状态的重要指标，直接影响设备保障。目前，变电站普遍采用的机械式和浮球式液位计存在测量精度有限、依赖人工巡检等问题，难以及时发出低油位预警，且在安装维护方面存在一定局限。

为满足特高压变电站对可靠性的严苛要求，国网山东电力研发团队自24年6月起开展新型监测技术研究，借鉴蝙蝠回声定位原理，研发出基于声学回波原理的油枕油位监测传感器。该传感器集定向发声、界面反射、精准收音等功能于一体，可实现不停电非接触式安装，对特高压主设备零干扰，而且数据采集精准、实时在线。

“这套传感器实时采集特高压变压器的油位、油温等关键参数，并自动上传至监控系统。就像给变压器戴了一款‘智能健康手环’，运维人员通过主控室终端即可掌握设备运行状态，实现了变压器油位数据的远程监测。”

一、概述（SZPCD-4000《在线局放分析仪》解析和详细介绍）

1.1 系统介绍

SZPCD-4000局部放电检测仪可配合使用特高频传感器、TEV传感器、声电组合传感器、超声传感器和宽频带电流互感器（HFCT）在线检测变压器、高压开关柜、GIS、电缆接头等高压设备的局部放电情况。携带方便、测量快速，抗干扰能力强，便于现场使用。

其配置软件具有实时波形图、很大峰值显示、定位等功能，软件也可以详查分析某个相位波形，窗口随意放大和缩小，也可以对该段数据进行频谱分析，分析放电波形的频谱含量，使放电波形之间更具可比性，统计分析试验数据，减少试验中非稳定性因素对试验结果的影响。

本仪器采用自动或手动记录保存试验数据和瞬态放电波形，提供后期数据分析参考。

1.2 技术参数（SZPCD-4000《在线局放分析仪》解析和详细介绍）

1.3 引用标准

高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求 DL/T 593

3.6kV～～40.5kV 交流金属封闭开关设备和控制设备 DL/T 404

3.6kV～～40.5kV 交流金属封闭开关设备和控制设备 GB 3906

局部放电测量GB/T 7354

电力设备局部放电现场测量导则 DL/T 417

高电压试验技术 第1部分：一般试验要求 GB/T 16927.1

高电压试验技术 第2部分：测量系统 GB/T 16927.2

高电压试验技术 第3 部分: 现场试验的定义及要求 GB/T 16927.3

2、各种高压设备测量（SZPCD-4000《在线局放分析仪》解析和详细介绍）

2.1 变压器测量

1、超声波法检测原理

当变压器内部产生放电信号时，除产生放电脉冲电流沿容性回路传输外，同时还会激发出机械波（超声波）信号通过变压器油向四周辐射传播。虽然电力变压器的结构较为复杂，但是变压器的整个器身内充满了变压器油，而绕组、绝缘材料、支撑、夹件、引线等部件均浸在油中，由于变压器油为超声波的良好传播媒介，这为在箱壁外侧检测局放产生的超声信号提供了有力条件。所以，在变压器的箱壁外侧安放超声波传感器可以接收到内部较大的放电信号。

2、 脉冲电流法检测原理(HFCT)

由电力变压器的结构所决定，其绕组除匝间电容外还与铁心之间存在几百甚至几千皮法的分布电容，同时绕组与油箱间也存在上百皮法的分布电容。当变压器的绕组等主绝缘回路中发生局部放电时，其产生的高频信号覆盖了从几十千赫兹到几十兆赫兹，甚至到千兆赫兹，由于几百皮法电容对于几百千赫兹以上的高频信号相当于通路，所以放电信号就会向所有与放电点有容性关系的回路中传播，其中一条回路必然包括铁心接地回路。所以在铁心接地线上安装高频电流互感器可有效接收变压器内放电信号。

2.2 开关柜测量

1、开关柜超声波法检测原理

局部放电现象存在多样性特征，发生放电时，不仅辐射出电磁波信号，也会出现声波发射现象，局部放电部分能量会以声波的形式向周围传播。利用超声波传感器即可测试这些声脉冲，从而也可反映局部放电的状况。通过测试局部放电信号中声波特征的方法称为超声波法。开关柜内部放电过程中会产生声波。放电产生的声波的频谱很宽，可以从几十赫兹到几十兆赫兹，其中频率低于20 kHz 的信号能够被人耳听到，而高于这一频率的超声波信号必须用超声波传感器才能接收到。

2、 地电波法检测原理（开关柜专用）

当开关柜的对地绝缘部分发生局部放电时，高压带电导体对接地金属壳之间就有少量电容性放电电量，这种电容性放电电量的特点是电量很小（几兆分之一库伦），持续时间很短（几纳秒）。由于放电点在开关柜内部，电磁波产生的电压脉冲在金属外壳内表面传播，被金属外壳所屏蔽。如果屏蔽层是连续的，则无法在外部检测到放电信号。实际上，屏蔽层通常在金属箱体的接缝处、气体开关的绝缘衬垫、垫圈的连接处、电缆绝缘终端等部位因破损而导致不连续。当电压脉冲通过这些不连续处时，将通过这些通道传播出去，然后沿着金属壳外表传到大地，同时在开关柜的金属箱体上产生一个暂态对地电压（一般在几十毫伏到几伏，而且时间只能维持几纳秒），可以在运行中的开关柜金属外箱壳上放置电容耦合式传感器来检测这个信号。

暂态对地电压法检测部位主要是母排（连接处、穿墙套管，支撑绝缘件等）、断路器，CT、PT、电缆接头等部件所对应到开关柜柜壁的位置，这些部件大部分位于开关柜前面板中部及下部，后面板上部、中部及下部、侧面板的上部、中部及下部。开关柜暂态对地电压法检测部位可参考图 5进行测试。

2.3 电缆及附件测量

1、声电组合探测器检测原理

电缆发生局部放电时产生超声波和电磁波，并以故障点为中心向四周辐射，其中电磁波传播速度远大于超声波，在距离故障点一定距离测量时，电磁波信号与超声波信号有时间差，根据时间差计算放电位置，组合探测器利用这一原理，同时测量电磁波信号和超声波信号，根据信号时间差计算当前故障点所处位置。

2、脉冲电流法检测原理(HFCT) 

在电缆中，导线和金属屏蔽之间由绝缘材料隔开形成分布电容，该电容只有几百皮法，对高频信号为良导体。因此，高频的局放信号由分布电容对接地引线构成回路传输，在电缆接头屏蔽接地线上安装宽频带电流互感器（HFCT）可检测到放电脉冲信号，并能够确定局部放电的量值。

2.4 GIS测量

1、UHF检测原理

UHF检测法的下限频率在300MHz以上，上限频率在1000MHz或以上，因而可把电晕放电引起的干扰排除掉，其抗干扰性能是很**的。UHF测量将UHF传感器（超高频传感器）凹面部分紧贴在GIS盆式绝缘子上，有的GIS盆式绝缘子有屏蔽层，但是开有测量窗口，将UHF传感器对准测量窗口，就能取出GIS内部放电信号。

GIS巡检部位一般取GIS内部容易放电位置，例如断路器、高压套管下侧等，母线可以间隔一段距离检测一个点。

2、超声波检测原理

超声波法就是在GIS外部安放传感器，传感器的灵敏范围为20KHz-100KHz。用该方法可以检测、识别和定位GIS中的故障，而不需要预先在GIS上安装内部耦合器和传感器。提高频率可降低环境噪声的影响，这种方法的灵敏度对于绝大多数常见故障是比较高的。对于移动中的颗粒，这个方法比传统的局放测量法和UHF、VHF更**。对检测来自位于绝缘子上的颗粒引起的放电时，这个方法还存在一些问题，由于在环氧树脂绝缘中超声波信号衰减很大，所以这种方法不能测量环氧树脂绝缘中的缺陷（例如气泡)。

使用超声波测量法测量GIS局部放电时，需将超声波传感器探头部分涂抹超声耦合剂，然后将超声波传感器贴到GIS金属外壳上，在测量期间不能震动传感器，以免造成测量数据的不准确。

中国电力科学研究院有限公司牵头，联合国网西藏电力有限公司、国网新疆电力有限公司、国网黑龙江省电力有限公司等单位，完成了多种**环境条件下输变电设备典型空气间隙的放电特性试验，为高海拔输变电工程、千万千瓦级新能源基地送出工程的外绝缘空气间隙设计提供了有力保证。

据介绍，间隙放电特性是换流阀、套管等关键设备外绝缘设计的重要依据，直接影响设备的可靠运行。该特性受空气密度、温度、湿度等多种因素影响，因此，设备选型需结合工程地自然条件与气候条件进行调整。而现有的放电电压气象修正标准难以覆盖高海拔、**温湿度等复杂环境。研究**环境下间隙放电特性及其修正方法，对支撑输变电设备外绝缘设计具有重要意义。

依托“川渝特高压交流工程高海拔空气间隙放电特性和间隙距离选择研究”等国家电网有限公司科技项目，科研团队从21年开始在漠河、吐鲁番以及羊八井等地，完成了高海拔（海拔4300米）、高温（很高温度47.5摄氏度）、低温（很低温度零下45摄氏度）条件下输变电设备典型空气间隙的放电特性试验。团队设计了10余种电极布置形式，覆盖多种电压类型，累计完成万余次放电试验，获取了不同环境下的放电特性曲线，为完善**环境下间隙放电特性数据库、支撑关键设备选型提供了重要数据支撑，对提升**运行环境下设备可靠性及工程可靠性具有重要意义。

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