聂龙杰

（深圳供电局有限公司，广东 深圳 518000）

1 局部放电问题与研究现状

21世纪以来，变电站局部放电（Partial Discharge，PD）检测所面临的信号环境愈发恶劣，针对这种情况，研究人员在局部放电检测干扰防范方面引进了多种新型的技术手段，主要包括小波分析、自适应滤波以及噪声传感器同步降噪等。实践中，这些手段都在一定程度上提升了局部放电检测干扰防范的途径丰富性以及局部放电检测干扰抑制的质量，但却无法从根本上屏蔽电磁干扰对于局部放电检测装置造成的影响[1,2]。

基于这一研究现状，笔者从全新的研究视角出发，基于环形拓扑结构提出一种全新的变电站局部放电监测及定位方法，希望能够为变电站局部放电问题提出全新的解决思路。

2 研究理论

2.1 研究预期

本文希望提出一个基于环形拓扑结构的变电站局放监测以及定位方法。具体思路为在变电站不同设备的位置安装特高频（Ultra High Frequency，UHF）监测终端，并采用无损线对这些终端进行连接，形成独特的局放监测系统。在这种硬件基础上，技术人员仅仅使用一个双通道的数据采集卡就可以实现对整个变电站系统不同设备局放现象的初步定位。

2.2 局部放电信号检测的主要影响因素

局部放电信号检测的影响因素主要包括以下几点。（1）变电站自身信号对局部放电信号检测所产生的干扰，具体内容包括手机通信基站通信信号、碎铁块等杂质附着在高压导体设备外部所产生的沿面类放电干扰信号、由于设备自身接触不良等原因导致的放电干扰信号、电晕信号以及整流脉冲信号等。（2）地理因素对信号检测造成的影响，具体内容包括以下4点。一是在环境温度上升的背景下，包括信号幅值、信号能量在内的信号强度因素均会发生比较明显的增强；二是信号脉冲间隔会随着温度的升高而减小；三是在所处环境空气湿度增大的背景下，信号强度会随之减小，而脉冲间隔会随之增大[3]；四是在电压等级升高时，各种干扰性信号出现的概率与频率均会明显上升。

2.3 局部放电信号在同轴电缆上的衰减特性

基于环形拓扑结构的变电站局放监测系统在产生局部放电信号之后，信号本身是双向传输的，系统通过信号两边设置的监测设备对信号进行收集，再由计算机设备对信号收集的时间差进行计算，就可以进一步得出局部放电信号的大概位置。基于上述原理可知，对局部放电信号在同轴线上的衰减特性进行研究是非常必要的[4]。

在实践中，电缆在传输信号时会不断产生损耗，当信号到达终点时，其信号强度必然会相对减小，甚至在一定情况下，该信号的强度会降低到检测设备信号识别的最小标准以下。

在电缆运行时，局部放电信号产生的高频信号在其中具备一定的特性，笔者采用PSCAD/EMTDC软件对局部放电信号在同轴电缆中的特性进行仿真分析，并完成了相关模型的建立，具体如图1所示。

图1 同轴电缆试验系统仿真模型

笔者以图1中的仿真模型为研究基础，假设一个局部脉冲电流在零时刻进入到同轴电缆中，通过软件计算就能够进一步得出同轴电缆仿真脉冲波形，具体内容如图2所示。

图2 同轴电缆仿真脉冲波形

在图2中，笔者充分考量了局部放电信号本身在线路运行过程中所产生的损耗以及脉冲折返的情况。在这一模型的基础上，笔者对线缆的具体长度进行改变，就可以得出不同的衰减幅度。根据计算结果显示，当电缆长度增加时，局部放电信号的衰减幅度也会随之增强，当电缆长度超过了2 km时，局部放电信号的强度将会达到原有信号强度的10%以下，对这一强度范围的信号进行检测将会受到放电站设备的严重干扰，识别放电信号的难度明显增加。因此，为了提升放电站局部放电信号监测的有效性，笔者所提出基于环形拓扑结构的局放监测系统的同轴电缆长度应该控制在 2 km 以下[5]。

3 基于环形拓扑结构的局放监测系统

变电站中往往存在数量较多的电气设备，使用传统方式需要对单个设备进行局部放电监测，这种方式不仅会消耗相当多的经济成本，而且在测量过程中也很容易受到外部环境信号的干扰，效率相对比较低下[6]。

基于环形拓扑结构的局放监测系统不需要在整个变电站所有设备附近安装大量的监测终端，只在需要检测的设备附近进行安装即可，而且对于数量的要求也比较低。局放检测终端的组成部分一般可以由传感器、放大器以及隔离器3个构件组成。其中，传感器连接电气设备自身，可以根据设计者的实际需求选择内置式或者外置式，用于对局部放电信号进行接收。放大器在系统中主要起到放大信号的作用，降低系统对于信号识别的难度。隔离器连接环形信号线，其目的是将监测终端与同轴电缆之间进行隔离，保证信号只能从传感器这一途径传导到信号总线处[7]。

在环形信号线也就是同轴电缆中，电缆两端共同接入到同一个数据采集卡中，并通过计算机设备对整个系统不同设备监测终端处所产生的信号进行收集、整理以及分析。数据采集卡能够将同轴电缆所传输的数据进行收集与传递，再由计算机中的Labview软件完成最终的数据处理和分析以及结果显示工作，最终完成局部放电位置的初步测定。

4 实验分析及验证

在基于环形拓扑结构的局放监测系统在理论上设计完成之后，如果想要保证其预期功能能够顺利实现，就必须在模拟平台上对笔者所论述的系统构成进行检验。实验平台结构示意如图3所示。

图3 局部放电实验平台结构示意

在图3中，笔者在局部放电位置产生局部放电信号，该信号在经过UHF传感器之后，强度和频率等信息就会被传感器所收集，经由放大器与隔离器等部件接入环形同轴线，再经由数据采集卡传递到上位机上，采用双通道显示，最终提升整个实验结果的准确性。

在具体的线路运行过程中，可以首先选择单个传感器进行局部放电信号采集实验，具体而言，技术人员可以选择一个监测终端（包括传感器、放大器以及隔离器等部件），将其放置在一个30 m长同轴电缆的中间部位。在实际操作过程中，技术人员一定要对两者之间的距离进行准确把控，保证两端电缆长度完全相等，全部都为15 m，只有这样才能确定传感器的监测质量，防止产生由于传感器质量问题而引发的信号检测失常现象[8]。

在实际操作过程中，技术人员可以采用局部放电模拟装置模拟产生局部放电信号，并在单传感器局部放电采集试验装置中进行传导，同时向30 m长同轴电缆的两端进行信号传输，使用示波器对信号进行采集，最终得出相应的波形。在这一流程结束后，技术人员应该对最终检测到的单传感器实验局部放电波形的状态进行收集与分析。从理论角度讲，由于模拟局部放电信号处于整个同轴电缆的中心部位，因此当两个端口接收到局部放电信号的强度与幅度大小相近时，则表明同轴电缆两端传递局放信号具备较强的一致性。在这一基础上，基于环形拓扑结构的局放监测系统才能够实现较好的效果与功能。

5 综合分析

在单个传感器局部放电信号采集试验以及多个传感器局部放电信号采集试验结束后，笔者对实验结果进行了全面分析。首先，局部放电信号在同轴电缆中传播时，其内部的波形畸变相对较小，能够避免系统受到整个变电站在运行过程中产生的诸多干扰信号的影响[9]。其次，局部放电信号在同轴电缆中的传播速度相当稳定，满足通过信号传递时间差数据进行局部放电位置测算的基础条件。由此可知，使用环形拓扑结构的变电站局部放电检测方法能够完成信号的初步定位，且与传统位置检测技术相比，其在经济性和灵敏度等方面均具备更加明显的优势[10]。

6 结 论

纵观全文，笔者基于环形拓扑结构提出了一种全新的变电站设备局部放电动态监测以及初步定位的方法。与传统技术背景下在整个变电站电力设备上安装监测装置的方式相比，基于环形拓扑结构的局放监测系统具备更强的经济性和可操作性。在实际操作过程中，技术人员只需要在具备监测需求的电力设备上进行监测终端的安装，并采用长度在2 km以下的环形拓扑结构同轴电缆进行连接即可。通过这种手段，技术人员就可以在上位机上获取所有传感器所传递来的相关数据，并且产生局部放电情况时，整个系统能够非常快速地实现对电力设备局部放电现象的初步定位。从效率角度讲，这种方式也比传统测量方式更加优越。由此可见，与传统技术相比，基于环形拓扑结构的局放监测系统在实践中具备更强的操作性，值得相关领域的专家、学者以及企业将其进行进一步的改善与推广，进而改善当前变电站局部放电信号监测效果较差的现状。