开关柜局部放电检测与定位系统的研究

摘要

开关柜作为配电网中重要的电力设备，其在生产或运行过程中的一些绝缘缺陷很容易引起局部放电的发生，经一定阶段短间隙局部放电发展到长间隙击穿，将影响到开关柜的正常运行，带来巨大的经济损失。因此，若能对正常运行的开关柜进行局部放电在线检测，及时发现开关柜中的绝缘隐患，并对其做到准确定位，将有效提高电网运行的稳定性。本文基于各种检测方法的优缺点，提出了采用TEV（暂态地电压）法对开关柜局部放电进行检测，并利用HFCT（高频电流传感器）与超声波传感器声电联合法对检测到的局部放电源进行准确定位。鉴于现阶段的一些局部放电检测装置对采集传感器单一性的约束，而示波器对传感器兼容效果良好的特点，本文提出了基于示波器与LabVIEW串口通信的方式采集局部放电信号，并设计出局部放电检测与定位装置。
　　首先，本文从局部放电理论出发，阐述了开关柜内部发生典型局部放电的原因及特征。针对局部放电产生机理与局部放电检测理论，研制出一种电场耦合式TEV传感器，并在实验室条件下对研制的TEV传感器进行幅频特性验证，得出该试制的传感器具有宽频带、高灵敏度的特点。采用相似的验证方法，对HFCT传感器的特性进行分析，得出HFCT传感器的有效检测频段远大于超声波的中心频率，HFCT能灵敏地检测到快速传播的高频电流信号，即验证了声电联合定位方法的有效性。利用有限元差分法(FDTD)，在三维电磁仿真软件XFDTD7.0中对开关柜内部局部放电引起的电磁波分布规律和感应电压大小进行了仿真分析，该仿真从理论上对局部放电的检测实验有很重要的指导意义。
　　其次，基于本文所研究的内容，在上位机LabVIEW中完成了局部放电检测与定位装置的软件设计。该软件的核心程序为:LabVIEW通过VISA连接方式实现示波器与上位机的USB串口通信，并实时采集两路信号;对采集的TEV局部放电信号进行数字滤波与小波降噪，分析局部放电的单次脉冲波形、单次脉冲频谱与PRPD谱图;编写声电联合定位程序，提取超声波相对HFCT的延迟时间，嵌入改进Levenberg-Marquardt(LM)算法实现定位。
　　最后，在实验室的条件下，设计开关柜典型局部放电模型并搭建试验平台，利用检测装置对三种局部放电进行检测分析，并针对电晕放电精确定位。结果表明开关柜局部放电检测装置在实验环境下能有效识别出不同放电类型，并能实现准确地定位，因此该检测装置基本满足设计要求与检测需要。

目录

声明

致谢

摘要

1．1 课题研究背景与意义

1．2 开关柜局部放电检测技术研究现状

1．3 本文的主要研究内容

2 开关柜局部放电与检测理论

2．1 开关柜局部放电理论

2．2 传感器的选择与制备

2．2．1 TEV传感器

2．2．2 超声波传感器

2．2．3 高频电流传感器

2．3 本章小结

3 开关柜局部放电电磁波仿真分析

3．1 电磁波传播特性理论

3．1．1 局部放电电磁波传播理论

3．1．2 开关柜表面感应电压机理

3．2 仿真原理与设计计算

3．2．1 FDTD仿真原理

3．2．2 仿真方案设计

3．3 仿真结果分析

3．3．1 电场强度传播规律分析

3．3．2 开关柜不同观测点处的电场强度分析

3．3．3 检测距离对检测电压影响

3．4 本章小结

4 局部放电检测装置及软件设计

4．1 软件设计的整体思路

4．2 示波器与上位机通信设计

4．2．1 示波器选型

4．2．2 示波器与LabVIEW串口通信

4．3 连续采集两路子程序

4．4 TEV信号检测与分析子程序

4．4．1 显示界面

4．4．2 波形拆分滤波模块

4．4．3 初相角提取模块

4．4．4 放电特征提取模块

4．5 局部放电声电联合定位子程序

4．5．1 显示界面

4．5．2 人机交互切换

4．5．3 提取延迟时间子模块

4．5．4 定位计算子模块

4．6 本章小结

5 开关柜局部放电检测与定位实验

5．1 开关柜局部放电检测与定位平台搭建

5．1．1 局部放电模型设计

5．1．2 实验平台搭建与实施

5．2 TEV局部放电检测结果分析

5．2．1 电晕放电检测

5．2．2 沿面放电检测

5．2．3 气缝放电检测

5．3 声电联合局部放电定位实验

5．3．1 超声波时延测量

5．3．2 定位结果分析

5．4 本章小结

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

作者简历及攻读硕士／博士学位期间取得的研究成果

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