断路器局部放电测试系统开发 国网杭州供电公司 钱少锋 浙江省电力公司 王 文 【摘要】传统局部放电检测方法由于其检测信号频率低、易受外界干扰、且需停电，难以应用于现场带电检测。结合现场情况，开发了一套局部放电测试及数据管理系统，为带电设备运行状况提供了一种准确、有效的检测手段。经局部放电检测实验表明系统的实用性，大大提高断路器测试和管理的自动化水平。
【关键词】断路器；测试；管理系统；开发
1.引言
断路器在电力系统中承担切断故障电流的重要作用，六氟化硫（SF6）气体为绝缘介质的断路器在电力系统中的大量应用，大大提高了电力系统运行可靠性。然而由于运行环境恶劣以及随着运行时间的变化，SF6断路器难免出现以局部放电为主要特征的绝缘性能劣化问题。对断路器进行局部放电在线监测是一种重要技术保障手段，近年来出现的超高频（UHF）法，由于其具有抗干扰能力强、灵敏度高等优点，在局部放电监测中的得到广泛应用[1-3]。英国、德国等许多欧洲国家均已采用超高频（UHF）检测局部放电的方法，2000年新修订的IEC60270及IEC605l7标准中[4-7]，已将这种方法作为断路器和GIS设备局放检测的主要方法之一。本文在基于超高频法的电气设备局部放电监测系统的基础上，对SF6断路器进行了现场带电监测，并利用DELPHI和SQLserver2000开发了数据分析管理软件，实现了对局部放电数据的有效管理。
2.电气设备的局部放电特点
局部放电所产生电磁波的频谱特性与放电源的几何形状及放电间隙的绝缘强度有关。SF6气体或绝缘油所产生的脉冲电流波形，则具有纳秒级的脉冲陡度，脉冲持续时间也介于1ns～100ns之间，因此可产生大量的频率在300MHz以上的超高频电磁波信号。而UHF检测技术，则是在300MHz～1500MHz宽频带内接收局部放电所产生的超高频（UHF）电磁脉冲信号[8-9]。由于UHF信号传播时衰减很快，故被测设备外部的UHF电磁干扰信号（如空气中的电晕放电）不仅频带比设备内部的局部放电信号窄，其强度也会随频率增加而迅速下降，到达被测设备附近或内部的UHF分量相对较少，从而可避开绝大多数的空气放电脉冲干扰[10]。
3.UHF局部放电测试系统构成
计算机与示波器GPIB接口相连，按照通信协议可以接收采集到的数据，进一步进行综合分析和管理。软件系统功能框图如图2所示。
图1 软件系统功能框图
整个系统功能上可分为两部分：
（1）数据综合分析功能：包括采集到数据预处理、放电位置确定、放电特征提取和放电结果分析等。
（2）数据管理功能：包括分析结果存储、修改、查询和删除等，并可以将数据（包括图像）以报表和Excel的形式输出，输出文件的路径由用户自己设置。
系统在中文Windows操作平台下构建，人机交互界面友好，主程序采用Delphi可视化编程，后台关系数据库选择SQL Server2000。
4.断路器局部放电测试及分析管理
4.1 现场测试试验
在现场进行了检测，如图2所示：
图2 异常部位图
4.2 局部放电的特征
在测试过程中发现，所测信号图谱基本一致，并具有以下特征：
图3 现场测试示意图
图4 信号图谱
由操作示波器初步确定有放电信号后，测试结束后由GPIB通信卡通信，主动传到计算机中，计算机软件进一步对数据处理和管理。
4.3 放电类型分析
超高频测试发现存在明显放电信号，通过软件处理发现，幅值最大2.27mV，折算成放电信号约为2308pC，放电明显分布在1、3象限，3象限数据明显较大，分析认为是尖端放电。如图5和图6所示。
图5 放电相位特征图
超高频测试多处发现144处也存在明显放电信号，幅值最大0.7mV，折算成放电信号约为700pC，放电明显分布在1、3象限，3象限数据明显较大。经软件分析认为是尖端放电，如图10所示。
图6 尖端放电
测试员通过现场分析认为：GIS侧靠近101Ⅱ母处存在明显放电信号，分析为尖端放电，建议尽早处理。
4.4 分析结果及建议
在试验电压达到53kV时，局放现象重现，当试验电压达到64kV时，局放信号幅值大于200pC。当电压达到48kV时，局放现象重现，当试验电压达到64kV时，局放信号幅值大于300pC，故建议对此部分的进行停电检修。
4.5 数据管理的实现
利用SQL SERVER管理分析结果，在数据库中管理高压断路器的各种信息数据库，除基本操作外还增加数据分析统计功能，以报表和Excel表格方式输出功能。
（1）数据库的构建
数据库设计是系统设计的核心，数据库由数据表组成，主要数据表如下：
1）断路器基本信息数据表
记录高压断路器的基本信息，表的结构和主要字段为：断路器编号、类型、制造厂、型号、电压等级、出厂时间和投运时间。在软件开发的时候统一了字段类型，如规定断路器编号格式为“FH-0001”，各种时间格式都设置为“年-月-日”的标准格式，比如“2010-02-03”，这样既减少了操作人员的工作量又统一了格式，方便数据对比。
2）断路器信息数据表
每次对运行的断路器进行监测后，都要将大量的信息录入到该数据表中，将“断路器编号”设置为主键，数据字段包括原始数据分析结果、主要频谱含量、放电类型、处理建议。此外数据表字段加入测试日期、测试人员、天气情况。由主键建立其与“断路器基本信息数据表”的联系，实现数据表的联合管理。 （2）数据库操作
对数据库的操作主要包括与数据库的连接、信息的录入、修改、查询等操作，Delphi采用ADO方式操作数据库，主要涉及到数据集、数据源和数据感知控件3大类。可直接调用ADOQuery或ADOTable组件相应的“方法”，也可编写ADOQuery组件的SQL查询命令，本系统在历史数据查询界面设置了5个查询选项：变电站名、断路器类型、测试人员、测试时间段。在程序中执行这些查询条件的SQL查询语句，然后将查综合询到的结果显示到DBgrid数据组件中，最后得到数据的查询结果。
（3）数据库的安全性
数据导出功能可以对于管理系统的安全机制，系统设置了用户管理权限模块，系统使用的用户权限分为：管理员、操作员和公共用户。公共用户权限最低，只有查看、打印输出的权限；操作员进行断路器数据的维护和试验数据的录入操作；管理员具有最高的权限，可以执行所有操作。用户表结构为：用户名、密码、权限级别。所有模块由后台的数据库有机的结合在一起，实现对数据的管理。
5.结论
超高频局放测量技术弥补了目前GIS设备预防性试验方法的不足，使得对断路器的局部放电检测更加的方便快捷。结合变电站实际情况和现有的测试设备，开发了一套断路器局部放电数据分析管理系统，并通过利用超高频对SF6断路器的现场带电局部放电检测，证明了整个测试系统满足测试现场需求，大大提高了断路器局部放电测试和数据管理的效率。
参考文献
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作者简介：钱少锋（1980—），男，硕士，工程师，现供职于国网杭州供电公司，主要从事电力系统运维工作。