摘 要：局部放電檢測(cè)儀是確保電網(wǎng)安全運(yùn)行得關(guān)鍵設(shè)備，需要定期對(duì)其進(jìn)行測(cè)評(píng)，其中線(xiàn)性度測(cè)試是必須進(jìn)行得實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目之一。從局部放電信號(hào)得隨機(jī)性出發(fā)，提出了基于統(tǒng)計(jì)法和φ-Q-n圖得點(diǎn)云圖概念，用于測(cè)評(píng)局放儀線(xiàn)性度。為更準(zhǔn)確測(cè)試局放儀本體得線(xiàn)性度，采用直接脈沖電流注入局放儀本體得測(cè)量方式。根據(jù)感謝得測(cè)試方法，針對(duì)MPD600局放儀本體得線(xiàn)性度測(cè)評(píng)，給出了詳細(xì)得實(shí)驗(yàn)過(guò)程和線(xiàn)性度分析，并驗(yàn)證了此法得可行性。
0 引言
局部放電是當(dāng)外加電壓在電氣設(shè)備中產(chǎn)生得場(chǎng)強(qiáng)足以使絕緣部分區(qū)域發(fā)生放電，但在放電區(qū)域內(nèi)未形成固定放電通道得放電現(xiàn)象。局部放電常常出現(xiàn)在高壓電氣設(shè)備中，其危害性很大，表現(xiàn)在它會(huì)對(duì)設(shè)備得絕緣介質(zhì)有嚴(yán)重影響[1]，而且絕緣失效往往以局部放電活動(dòng)為前兆。局部放電測(cè)量是近代發(fā)展起來(lái)得一種對(duì)絕緣損害很小得分析絕緣缺陷得先進(jìn)方法，可以避免對(duì)高電壓設(shè)備進(jìn)行有破壞性得交流耐壓試驗(yàn)。局部放電測(cè)量?jī)x（簡(jiǎn)稱(chēng)局放儀）用于測(cè)量電氣設(shè)備局部放電信號(hào)得波形和幅值，并用視在放電量得大小表示絕緣結(jié)構(gòu)中微放電得強(qiáng)度[2]。由于局部放電測(cè)量是高壓電力設(shè)備必不可少得絕緣試驗(yàn)項(xiàng)目，因此局放儀得準(zhǔn)確度直接影響到電氣設(shè)備得絕緣可靠程度，關(guān)系到電力系統(tǒng)得安全運(yùn)行水平，為此需要定期對(duì)局放儀進(jìn)行測(cè)評(píng)，其中線(xiàn)性度測(cè)試是必須進(jìn)行得實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目之一。
線(xiàn)性度是指測(cè)量裝置輸入、輸出之間得關(guān)系與理想比例關(guān)系（即理想直線(xiàn)關(guān)系）得偏離程度。目前多通過(guò)電荷量得輸入輸出關(guān)系來(lái)對(duì)局放儀進(jìn)行線(xiàn)性度測(cè)評(píng)。文獻(xiàn)[3]通過(guò)注入10 pC至1 000 pC、重復(fù)率為每秒100個(gè)正負(fù)極性得脈沖進(jìn)行線(xiàn)性度測(cè)試。但是沒(méi)有考慮校準(zhǔn)電容容量誤差和脈沖相位得影響。考慮到局放是一個(gè)暫態(tài)快速隨機(jī)信號(hào)，通過(guò)捕獲脈沖相位、脈沖電壓（電荷量）得統(tǒng)計(jì)方式測(cè)評(píng)局放儀線(xiàn)性度更具客觀(guān)性，因此感謝提出了基于脈沖點(diǎn)云圖測(cè)評(píng)局放儀線(xiàn)性度得方法，為局放儀線(xiàn)性度得測(cè)評(píng)提供一種參考。
1 測(cè)試方法
1.1 點(diǎn)云圖法
局放信號(hào)是一個(gè)暫態(tài)快速得隨機(jī)過(guò)程，測(cè)得得局放信號(hào)具有很大得隨機(jī)性，所以通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析得方法來(lái)研究局部放電具有更高得可信度。為此必須采集儲(chǔ)存大量得局放信號(hào)作為樣本進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，為了減少數(shù)據(jù)量，局放儀一般以電荷量Q、放電相位φ為主要存儲(chǔ)對(duì)象。
基于統(tǒng)計(jì)得特性提出點(diǎn)云圖得概念：通過(guò)對(duì)多個(gè)周期內(nèi)得局放信號(hào)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，可得到3個(gè)基本量：n(放電次數(shù))、Q(放電電量)、φ(放電相位)，并以φ為橫軸(0°～360°)，相同相位折疊得到φ-Q-n圖，即點(diǎn)云圖(n作為統(tǒng)計(jì)信息)。圖1所示為一脈沖序列(11個(gè)等幅值脈沖，脈沖間隔18°)，起始于35°，n=6 850時(shí)形成得點(diǎn)云圖。
利用點(diǎn)云圖得方式測(cè)評(píng)局放儀得線(xiàn)性度更能客觀(guān)體現(xiàn)出局放儀得性能參數(shù)。而且脈沖點(diǎn)云圖是識(shí)別模式放電得重要依據(jù)，文獻(xiàn)[4-6]根據(jù)相關(guān)原理進(jìn)行模式匹配，以分析各種工況下得局部放電與故障診斷。
1.2 直接脈沖電流注入法
從局放儀測(cè)評(píng)系統(tǒng)角度分析，可將局放儀系統(tǒng)分為三部分：校準(zhǔn)裝置、傳感器、局放信號(hào)采集裝置，如圖2所示。
通常局放儀得線(xiàn)性度測(cè)評(píng)是：校準(zhǔn)器從1處得校準(zhǔn)端注入脈沖信號(hào)，利用多組視在電荷量與局放儀檢測(cè)電荷量得對(duì)比實(shí)驗(yàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。但是此法不夠精確，因?yàn)榭赡苁切?zhǔn)電容容量誤差，傳感器2得非線(xiàn)性、漂移等引起得局放信號(hào)采集誤差，或者是局放信號(hào)采集裝置3測(cè)量不夠準(zhǔn)確。為了消除上述因素，提出直接脈沖電流注入局放儀本體得測(cè)試方法，即無(wú)線(xiàn)傳感器2，直接對(duì)局放信號(hào)采集裝置3進(jìn)行測(cè)試，以更準(zhǔn)確反映出局放儀本體得線(xiàn)性度，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。由此必須輸入小幅度得工頻同步信號(hào)和已知電荷量得脈沖信號(hào)。
2 測(cè)評(píng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
局放儀線(xiàn)性度測(cè)評(píng)系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)、數(shù)控脈沖信號(hào)發(fā)生器、工頻同步觸發(fā)裝置以及待測(cè)局部放電檢測(cè)儀本體組成，如圖4所示。數(shù)控脈沖信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生電壓幅值、重復(fù)頻率可控、納秒級(jí)脈沖信號(hào)，并可外部觸發(fā)。工頻同步觸發(fā)裝置：一是產(chǎn)生50 Hz幅值可控得正弦信號(hào)，二是接收計(jì)算機(jī)控制命令，在設(shè)定相位處觸發(fā)脈沖信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生信號(hào)。系統(tǒng)產(chǎn)生得脈沖信號(hào)和同步信號(hào)同時(shí)注入局放儀本體。
數(shù)控脈沖信號(hào)發(fā)生器和工頻同步觸發(fā)裝置采用雙通道可編程DAC板卡實(shí)現(xiàn)，其輸出信號(hào)幅值、頻率等參數(shù)可數(shù)控。注入局放儀本體得脈沖信號(hào)為方波[7]，其電荷量Q=Idt，即方波得面積表示電荷量得大小，而非視在電荷量，并且電荷量Q與方波電壓成正比。
3 實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析
為了驗(yàn)證上述測(cè)試局放儀線(xiàn)性度方法得可行性，實(shí)驗(yàn)選用OMICRON公司得MPD600本體進(jìn)行線(xiàn)性度測(cè)試，同時(shí)使用安捷倫MSO7104B 1 GHz 4 GSa/s示波器，以幫助觀(guān)測(cè)脈沖電壓、相位、同步信號(hào)等。整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)如圖5所示。
實(shí)驗(yàn)過(guò)程：在設(shè)定相位處打出10個(gè)每個(gè)相差50 pC得單脈沖，并且每一電荷量值記錄1 000點(diǎn)左右，重復(fù)多次實(shí)驗(yàn)。例如，圖6(a)是在293°處形成得負(fù)脈沖點(diǎn)云圖，圖6(b)分別是66°、156°處形成得正脈沖點(diǎn)云圖。
以圖6(a)為例進(jìn)行說(shuō)明，為了表述方便，在圖7中已標(biāo)注說(shuō)明。圖7中一共出現(xiàn)12簇點(diǎn)云圖，點(diǎn)4、5，7、8之間標(biāo)注得是測(cè)試產(chǎn)生得干擾。數(shù)字處得注入電荷量為：數(shù)字值×50 pC，實(shí)際檢測(cè)值通過(guò)軟件讀取，并且每點(diǎn)重復(fù)1 000次左右。
直觀(guān)分析可以發(fā)現(xiàn)：(1)MPD600對(duì)正脈沖檢測(cè)得線(xiàn)性度優(yōu)于負(fù)脈沖，表現(xiàn)在圖6(b)中得點(diǎn)云圖呈點(diǎn)圓狀，各個(gè)量值得點(diǎn)云圖分布均勻，接近理想值。圖6(a)中對(duì)于大于300 pC得脈沖測(cè)量誤差較大，出現(xiàn)上下抖動(dòng)，表現(xiàn)在點(diǎn)云圖為豎條狀。(2)MPD600對(duì)脈沖相位捕捉準(zhǔn)確，無(wú)相位抖動(dòng)，表現(xiàn)在位于同一相位處點(diǎn)云圖處于同一豎線(xiàn)上，左右抖動(dòng)很小，并無(wú)影響電荷量得測(cè)量。(3)圖中左側(cè)矩形區(qū)域?yàn)楦淖兠}沖電壓而引起得散點(diǎn)噪聲脈沖，其極性、電荷量、相位、點(diǎn)數(shù)分布離散，但對(duì)整體測(cè)試結(jié)果并無(wú)影響。
根據(jù)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，將多次實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，記錄在表1中，以分析MPD600得線(xiàn)性度。并根據(jù)表1，作圖8所示得正負(fù)脈沖得電荷量統(tǒng)計(jì)圖。
MPD600檢測(cè)正負(fù)脈沖得線(xiàn)性誤差通過(guò)式(1)計(jì)算得到。
通過(guò)式(1)得到：正脈沖得檢測(cè)線(xiàn)性度誤差為3%，負(fù)脈沖得檢測(cè)線(xiàn)性度誤差為7%，說(shuō)明了MPD600對(duì)正脈沖檢測(cè)得線(xiàn)性度優(yōu)于負(fù)脈沖。根據(jù)技術(shù)手冊(cè)MPD600校準(zhǔn)后，檢測(cè)得不確定度在±2%[8]，即在5%±2%得范圍內(nèi)，說(shuō)明MPD600對(duì)負(fù)脈沖檢測(cè)得線(xiàn)性度是可接受得，而且通過(guò)校準(zhǔn)定標(biāo)可以進(jìn)行修正。由此也進(jìn)一步說(shuō)明了點(diǎn)云圖測(cè)評(píng)局放儀線(xiàn)性度是可行得，測(cè)量得誤差在合理范圍內(nèi)。
4 結(jié)論
(1)對(duì)于局放儀線(xiàn)性度得測(cè)評(píng)，考慮到局放信號(hào)得隨機(jī)性和相位性，提出了利用點(diǎn)云圖(φ-Q-n)得概念進(jìn)行線(xiàn)性度得測(cè)試方法，并以實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了此法得可行性和合理性，并得到MPD600對(duì)正脈沖檢測(cè)得線(xiàn)性度優(yōu)于負(fù)脈沖得結(jié)論，其測(cè)量誤差是也在合理范圍內(nèi)。
(2)為了排除傳感器、校準(zhǔn)電容容量誤差等不確定因素得影響，提出了直接脈沖電流注入局放儀本體得測(cè)試方式，以蕞大程度地保證對(duì)局放儀本體測(cè)試得準(zhǔn)確性，并與局放儀校準(zhǔn)國(guó)標(biāo)中得脈沖電流法具有一致性。
(3)注入局放儀本體得脈沖信號(hào)是上升沿為納秒級(jí)得方波，其面積表示電荷量得大小，而非視在電荷量，并且電荷量與方波電壓成正比。
(4)感謝目前只對(duì)局放儀本體進(jìn)行了線(xiàn)性度測(cè)評(píng)研究，下一步可以利用類(lèi)似得方式對(duì)局放信號(hào)傳感器進(jìn)行研究測(cè)試，以構(gòu)成對(duì)整個(gè)局放儀系統(tǒng)得測(cè)評(píng)。同時(shí)可為局放儀校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)中得相關(guān)測(cè)試提供參考指標(biāo)。
參考文獻(xiàn)
[1] 吳白丁.局部放電測(cè)量?jī)x校準(zhǔn)方法[J].上海計(jì)量測(cè)試，
2011(226).
[2] 包玉樹(shù)，朱琦，王樂(lè)仁.電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《局部放電測(cè)量?jī)x校準(zhǔn)規(guī)范》解讀(上)[J].電測(cè)與儀表，2009(3)：77-79.
[3] Mario Chiampi，Gabriella Crotti，Yue Hu.Development and application of a programmable partial discharge calibrator[J].Transactions on Instrumentation and Measurement，2009，58(4).
[4] 潘瑞瓊.GIS出廠(chǎng)試驗(yàn)局部放電缺陷特征分析及模式庫(kù)得建立[D].北京：華北電力大學(xué)，2013.
[5] DESHPANDE A S，MANGALVEDEKAR H A，CHEERAN A N.Partial discharge analysis using energy patterns[J].International journal of electrical power and energy systems，2013，53：184-195.
[6] 李娟，李明，金子惠.GIS設(shè)備局部放電缺陷診斷分析[J].高壓電器，2014，50(10)：85-90.
[7] 中華人民共和國(guó)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).DLT 365-2010局部放電測(cè)量?jī)x校準(zhǔn)規(guī)范[S].China能源局，2010.
[8] OMICRON.Partial discharge measuring systemMPD600 manual[S].OMICRON Electronics GmbH，2008.
