斷路器局部放電測試系統(tǒng)開發(fā)

1.引言

斷路器在電力系統(tǒng)中承擔(dān)切斷故障電流的重要作用，六氟化硫(SF6)氣體為絕緣介質(zhì)的斷路器在電力系統(tǒng)中的大量應(yīng)用，大大提高了電力系統(tǒng)運(yùn)行可靠性。然而由于運(yùn)行環(huán)境惡劣以及隨著運(yùn)行時(shí)間的變化，SF6斷路器難免出現(xiàn)以局部放電為主要特征的絕緣性能劣化問題。對(duì)斷路器進(jìn)行局部放電在線監(jiān)測是一種重要技術(shù)保障手段，近年來出現(xiàn)的超高頻(UHF)法，由于其具有抗干擾能力強(qiáng)、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，在局部放電監(jiān)測中的得到廣泛應(yīng)用。英國、德國等許多歐洲國家均已采用超高頻(UHF)檢測局部放電的方法，2000年新修訂的IEC60270及IEC605l7標(biāo)準(zhǔn)中，已將這種方法作為斷路器和GIS設(shè)備局放檢測的主要方法之一。本文在基于超高頻法的電氣設(shè)備局部放電監(jiān)測系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，對(duì)SF6斷路器進(jìn)行了現(xiàn)場帶電監(jiān)測，并利用DELPHI和SQLserver2000開發(fā)了數(shù)據(jù)分析管理軟件，實(shí)現(xiàn)了對(duì)局部放電數(shù)據(jù)的有效管理。

2.電氣設(shè)備的局部放電特點(diǎn)

局部放電所產(chǎn)生電磁波的頻譜特性與放電源的幾何形狀及放電間隙的絕緣強(qiáng)度有關(guān)。SF6氣體或絕緣油所產(chǎn)生的脈沖電流波形，則具有納秒級(jí)的脈沖陡度，脈沖持續(xù)時(shí)間也介于1ns~100ns之間，因此可產(chǎn)生大量的頻率在300MHz以上的超高頻電磁波信號(hào)。

而UHF檢測技術(shù)，則是在300MHz~1500MHz寬頻帶內(nèi)接收局部放電所產(chǎn)生的超高頻(UHF)電磁脈沖信號(hào)。由于UHF信號(hào)傳播時(shí)衰減很快，故被測設(shè)備外部的UHF電磁干擾信號(hào)(如空氣中的電暈放電)不僅頻帶比設(shè)備內(nèi)部的局部放電信號(hào)窄，其強(qiáng)度也會(huì)隨頻率增加而迅速下降，到達(dá)被測設(shè)備附近或內(nèi)部的UHF分量相對(duì)較少，從而可避開絕大多數(shù)的空氣放電脈沖干擾。

3.UHF局部放電測試系統(tǒng)構(gòu)成

計(jì)算機(jī)與示波器GPIB接口相連，按照通信協(xié)議可以接收采集到的數(shù)據(jù)，進(jìn)一步進(jìn)行綜合分析和管理。軟件系統(tǒng)功能框圖如圖2所示。

整個(gè)系統(tǒng)功能上可分為兩部分：

(1)數(shù)據(jù)綜合分析功能：包括采集到數(shù)據(jù)預(yù)處理、放電位置確定、放電特征提取和放電結(jié)果分析等。

(2)數(shù)據(jù)管理功能：包括分析結(jié)果存儲(chǔ)、修改、查詢和刪除等，并可以將數(shù)據(jù)(包括圖像)以報(bào)表和Excel的形式輸出，輸出文件的路徑由用戶自己設(shè)置。

系統(tǒng)在中文Windows操作平臺(tái)下構(gòu)建，人機(jī)交互界面友好，主程序采用D e l p h i可視化編程， 后臺(tái)關(guān)系數(shù)據(jù)庫選擇S Q LServer2000.

4.斷路器局部放電測試及分析管理

4.1 現(xiàn)場測試試驗(yàn)

在現(xiàn)場進(jìn)行了檢測，如圖2所示：

4.2 局部放電的特征

在測試過程中發(fā)現(xiàn)，所測信號(hào)圖譜基本一致，并具有以下特征：

由操作示波器初步確定有放電信號(hào)后，測試結(jié)束后由GPIB通信卡通信，主動(dòng)傳到計(jì)算機(jī)中，計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)一步對(duì)數(shù)據(jù)處理和管理。4.3 放電類型分析

超高頻測試發(fā)現(xiàn)存在明顯放電信號(hào)，通過軟件處理發(fā)現(xiàn)，幅值最大2.27mV,折算成放電信號(hào)約為2308pC,放電明顯分布在1、3象限，3象限數(shù)據(jù)明顯較大，分析認(rèn)為是尖端放電。如圖5和圖6所示。

超高頻測試多處發(fā)現(xiàn)144處也存在明顯放電信號(hào)，幅值最大0.7mV,折算成放電信號(hào)約為700pC,放電明顯分布在1、3象限，3象限數(shù)據(jù)明顯較大。經(jīng)軟件分析認(rèn)為是尖端放電，如圖6所示。

測試員通過現(xiàn)場分析認(rèn)為：GIS側(cè)靠近101Ⅱ母處存在明顯放電信號(hào)，分析為尖端放電，建議盡早處理。

4.4 分析結(jié)果及建議

在試驗(yàn)電壓達(dá)到53kV時(shí)，局放現(xiàn)象重現(xiàn)，當(dāng)試驗(yàn)電壓達(dá)到64kV時(shí)，局放信號(hào)幅值大于200pC.當(dāng)電壓達(dá)到48kV時(shí)，局放現(xiàn)象重現(xiàn)，當(dāng)試驗(yàn)電壓達(dá)到64kV時(shí)，局放信號(hào)幅值大于300pC,故建議對(duì)此部分的進(jìn)行停電檢修。

4.5 數(shù)據(jù)管理的實(shí)現(xiàn)

利用SQL SERVER管理分析結(jié)果，在數(shù)據(jù)庫中管理高壓斷路器的各種信息數(shù)據(jù)庫，除基本操作外還增加數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì)功能，以報(bào)表和Excel表格方式輸出功能。

(1)數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建

數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心，數(shù)據(jù)庫由數(shù)據(jù)表組成，主要數(shù)據(jù)表如下：

1)斷路器基本信息數(shù)據(jù)表

記錄高壓斷路器的基本信息，表的結(jié)構(gòu)和主要字段為：斷路器編號(hào)、類型、制造廠、型號(hào)、電壓等級(jí)、出廠時(shí)間和投運(yùn)時(shí)間。在軟件開發(fā)的時(shí)候統(tǒng)一了字段類型，如規(guī)定斷路器編號(hào)格式為“FH-0001”,各種時(shí)間格式都設(shè)置為“年-月-日”的標(biāo)準(zhǔn)格式，比如“2010-02-03”,這樣既減少了操作人員的工作量又統(tǒng)一了格式，方便數(shù)據(jù)對(duì)比。

2)斷路器信息數(shù)據(jù)表

每次對(duì)運(yùn)行的斷路器進(jìn)行監(jiān)測后，都要將大量的信息錄入到該數(shù)據(jù)表中，將“斷路器編號(hào)”設(shè)置為主鍵，數(shù)據(jù)字段包括原始數(shù)據(jù)分析結(jié)果、主要頻譜含量、放電類型、處理建議。此外數(shù)據(jù)表字段加入測試日期、測試人員、天氣情況。由主鍵建立其與“斷路器基本信息數(shù)據(jù)表”的聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)表的聯(lián)合管理。

(2)數(shù)據(jù)庫操作

對(duì)數(shù)據(jù)庫的操作主要包括與數(shù)據(jù)庫的連接、信息的錄入、修改、查詢等操作，Delphi采用ADO方式操作數(shù)據(jù)庫，主要涉及到數(shù)據(jù)集、數(shù)據(jù)源和數(shù)據(jù)感知控件3大類。

可直接調(diào)用ADOQuery或ADOTable組件相應(yīng)的“方法”,也可編寫ADOQuery組件的SQL查詢命令，本系統(tǒng)在歷史數(shù)據(jù)查詢界面設(shè)置了5個(gè)查詢選項(xiàng)：變電站名、斷路器類型、測試人員、測試時(shí)間段。在程序中執(zhí)行這些查詢條件的SQL查詢語句，然后將查綜合詢到的結(jié)果顯示到DBgrid數(shù)據(jù)組件中，最后得到數(shù)據(jù)的查詢結(jié)果。

(3)數(shù)據(jù)庫的安全性

數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能可以對(duì)于管理系統(tǒng)的安全機(jī)制，系統(tǒng)設(shè)置了用戶管理權(quán)限模塊，系統(tǒng)使用的用戶權(quán)限分為：管理員、操作員和公共用戶。公共用戶權(quán)限最低，只有查看、打印輸出的權(quán)限;操作員進(jìn)行斷路器數(shù)據(jù)的維護(hù)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)的錄入操作;管理員具有最高的權(quán)限，可以執(zhí)行所有操作。用戶表結(jié)構(gòu)為：用戶名、密碼、權(quán)限級(jí)別。所有模塊由后臺(tái)的數(shù)據(jù)庫有機(jī)的結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的管理。

5.結(jié)論

超高頻局放測量技術(shù)彌補(bǔ)了目前GIS設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)方法的不足，使得對(duì)斷路器的局部放電檢測更加的方便快捷。結(jié)合變電站實(shí)際情況和現(xiàn)有的測試設(shè)備，開發(fā)了一套斷路器局部放電數(shù)據(jù)分析管理系統(tǒng)，并通過利用超高頻對(duì)SF6斷路器的現(xiàn)場帶電局部放電檢測，證明了整個(gè)測試系統(tǒng)滿足測試現(xiàn)場需求，大大提高了斷路器局部放電測試和數(shù)據(jù)管理的效率。