带电检测装备线性度误差检测的影响因素研究

何宁辉

（国网宁夏电力公司电力科学研究院，宁夏 银川 750011）

带电检测装备线性度误差检测的影响因素研究

何宁辉

（国网宁夏电力公司电力科学研究院，宁夏 银川 750011）

针对目前局部放电带电检测仪器缺乏统一检验规范的问题，根据超声波和暂态地电位局部放电检测仪检测原理与技术规范要求，结合实验室线性度误差校验结果，综合分析了信号幅值、频率、背景噪声对检测仪器线性度误差的影响,提出了用线性度误差表征超声波和暂态地电位局部放电检测仪器性能的方法。研究结果表明:局部放电带电检测仪器线性度误差检测实验中，选择合适的信号幅值、频率对于检测结果的精度至关重要。

线性度；带电检测；局部放电；幅值；频率

建立高压电气设备检测与诊断综合系统有利于及时发现故障隐患，避免突发事故，有着巨大的经济效益和社会效益。近几年随着物联网技术的发展，带电检测技术受到电力系统的高度重视，带电检测技术可以对电气设备在运行状态下进行连续或随时的检测与判断，能够弥补离线测试的许多不足，带电检测数据已成为设备状态监测中运行资料的重要组成部分。

电力设备在绝缘故障初期，常常伴随着潜伏性的局部放电现象，同时伴随着电脉冲、超声波、电磁辐射、光和化学反应，超声波和暂态地电位检测方法可有效检测到设备内部的局放源向外辐射的超声波和电磁脉冲信号，为及时发现电气设备潜伏性放电缺陷提供了一种重要手段。目前，超声波和暂态地电位局部放电检测在开关柜、GIS、电缆和变压器等设备故障诊断中得到了广泛应用，并成功发现了大量的典型案例，使得超声波和暂态地电位局部放电检测的应用越来越广泛。

但目前有关超声波和暂态地电位局部放电检测仪器性能检测还没有统一技术标准要求，导致各厂家产品质量参差不齐，现场应用效果不尽如人意，严重影响了带电检测工作的实效性。为此，本文根据超声波和暂态地电位局部放电检测仪技术条件，结合现场应用情况，提出了用线性度误差表征超声波和暂态地电位局部放电检测仪性能的方法，并结合实验分析了影响线性度误差的因素。

1 超声波和暂态地电压局部放电检测

1.1 超声波和暂态地电压局部放电检测方法

当电气设备发生局部放电时，不仅会以电的形式向外发射电磁波，而且还会以非电量的方式向外发射光、热和超声波等非电量信息。以高压开关柜为例说明，当高压开关柜内发生局部放电时，同时伴随着产生电磁波和超声波［1］，如图1所示。

图1 超声波和TEV局放检测示意

产生的电磁波会在金属壁形成趋肤效应并且沿着金属表面进行传播，同时在金属表面产生暂态地电压，故可利用专门的传感器对暂态地电压信号进行检测，以判断开关柜内部的局部放电缺陷，同时可以利用同一放电源产生的暂态地电压信号到达不同位置传感器的时间差或幅值差对局部放电源进行定位。

超声波信号由局部放电源沿着绝缘介质和金属件传导到电力设备外壳，并通过介质和缝隙向周围空气传播。通过在电力设备外壳或设备附近安装的超声波传感器，可以耦合到局部放电产生的超声波信号，进而判断电力设备的局部放电情况。其中接触式超声波主要用于变压器、GIS等电力设备的检测，非接触式超声波主要用于开关柜、电力电缆等电力设备的检测，本文主要讨论接触式超声波和暂态地电位局部放电检测仪的线性度误差检测方法。

1.2 线性度检测

根据超声波和暂态地电位局部放电检测仪技术条件，超声波局部放电检测仪的主要性能指标包括检测频带、线性度误差、稳定性和灵敏度，暂态地电位局部放电检测仪的主要性能指标包括检测频带、线性度误差［2］、稳定性。表1为超声波和暂态地电位局部放电检测仪主要性能指标要求值。

表1 超声波和暂态地电位局部放电检测仪主要性能指标

其中检测仪线性度试验接线如图2所示。

图2 检测仪线性度试验接线

设置信号发生器输出频率为25 MHz的正弦波信号。调节信号发生器输出幅值使检测仪显示幅值大于等于30 dB，记录信号发生器输出电压U和检测仪响应值A；调节信号发生器输出幅值为λ×U（λ=0.8、0.6、0.4、0.2），记录检测仪的响应值Aλ。按式（1）计算各测量点的线性度误差［4］。

2 线性度误差检测影响因素研究

超声波与暂态地电压局部放电检测仪线性度误差检测实验发现，设置任意输出幅值大小正弦波，并保持不变，在0～50 MHz范围内，以1 MHz步长调整频率，当频率调至30 MHz时，被检局放仪器测得结果达到最大值，因此确定被检测传感器中心频率为30 MHz。当信号发生器输出频率为f=10 MHz（中心频率 f=30 MHz）并保持不变，输出信号幅值为Uvpp=5 V和Uvpp=2.5 V时，测量得到线性度误差不同；当信号发生器输出幅值为Uvpp= 5 V并保持不变，输出信号频率为 f=30 MHz和f=10 MHz时，测量得到线性度误差不同。

2.1 信号发生器输出幅值对仪器线性度误差的影响

当信号发生器输出频率为10 MHz，幅值Uvpp= 5 V的正弦信号被检测仪器的输出响应值A≥30 dB时，测量结果如图3所示。

图3 信号发生器输出频率为10 MHz，幅值Uvpp=5 V时被检仪器的输出响应

当信号发生器幅值为5 V时，被检测仪器输出响应值为43 dB，依次调节输出幅值为0.8U、0.6U、0.4U、0.2U，得到对应的输出响应值，并计算获得线性度误差，如表2所示。

表2 当信号发生器输出频率为10 MHz，幅值Uvpp=5 V的线性度误差

当信号发生器输出频率为10 MHz，幅值Uvpp= 2.5 V的正弦信号被检测仪器的输出响应值A≥30 dB时，测量结果如图4所示。

图4 信号发生器输出频率为10 MHz，幅值Uvpp=2.5 V时被检仪器的输出响应

当信号发生器输出幅值为2.5 V时，被检测仪器输出响应值为37 dB，依次调节输出幅值为0.8 U、0.6U、0.4U、0.2U，得到对应的输出响应值，并计算获得线性度误差，如表3所示。

表3 当信号发生器输出频率为10 MHz，幅值Uvpp=2.5 V的线性度误差

由测试结果可知：当信号发生器输出频率相同，输出信号幅值不同时，测量得到线性度误差是不同的，并且其线性度误差变化规律也不同，如图5所示。

图5 频率相同，幅值不同情况下的线性度误差比较

2.2 信号发生器输出频率对仪器线性度误差的影响

当信号发生器输出频率为10 MHz，幅值Uvpp=5 V的正弦信号被检测仪器的输出响应值A≥30 dB时，测量结果如图6所示。

图6 信号发生器输出频率为10 MHz，幅值Uvpp=5V时被检仪器的输出响应

当信号发生器输出幅值为5 V时，被检测仪器输出响应值为43 dB，依次调节输出幅值为0.8U、0.6U、0.4U、0.2U，得到对应的输出响应值，并计算获得线性度误差，如表4所示。

表4 当信号发生器输出频率为10 MHz，幅值Uvpp=5 V的线性度误差

当信号发生器输出频率为30 MHz，幅值Uvpp=5 V的正弦信号被检测仪器的输出响应值A≥30 dB时，测量结果如图7所示。

图7 信号发生器输出频率为30 MHz，幅值Uvpp=5 V时被检仪器的输出响应

当信号发生器输出幅值为5 V时，被检测仪器输出响应值为60 dB，依次调节输出幅值为0.8U、0.6U、0.4U、0.2U，得到对应的输出响应值，并计算获得线性度误差，如表5所示。

表5 当信号发生器输出频率为30 MHz，幅值Uvpp=5 V的线性度误差

由测试结果可知：当信号发生器输出幅值相同，输出信号频率不同时，测量得到线性度误差是不同的，尤其当输出频率接近传感器中心频率时，线性度误差会明显偏大，如图8所示。

图8 幅值相同，频率不同情况下的线性度误差比较

2.3 背景噪声对线性度检测的影响

以暂态地电压局部放电测试仪检测为例，测试金属背景噪声为7 dB，试验信号发生器输出正弦信号频率为27 MHz，输出电压幅值为Uvpp=2.5 V，被检仪器输出响应为58 dB，检测结果如表6所示。

表6 当信号发生器输出频率为27 MHz，幅值Uvpp=2.5 V的线性度误差

如果考虑背景噪声干扰，线性度误差按照公式（2）计算

式中，A0—检测仪测试背景值。当输入某一幅值信号U时，检测仪测试值为A；当输入某一幅值信号λU时，检测仪测试值为Aλ。

3 研究结果

（1）信号幅值的大小影响检测仪器的线性度误差，即检测仪器测量不同幅值局部放电信号时呈现的非线性特征是不同的。

（2）信号频率的大小影响检测仪器的线性度误差，即检测仪器测量不同频率的局部放电信号时呈现的非线性特征是不同的。

（3）考虑测试背景噪声和不考虑背景噪声的情况下，计算得到的线性度误差相同，所以背景噪声对检测仪器的线性度误差检测结果无影响。

4 结论

（1）根据超声波和暂态地电位局放检测仪检测原理与技术规范要求，提出了用线性度误差表征超声波和暂态地电位局放检测仪性能的方法。

（2）研究结果表明，局放带电检测仪器线性度误差检测实验中，选择合适的信号幅值、频率对于检测结果的精度至关重要。

（3）被测信号频率越接近检测传感器中心频率，测得信号的线性度误差越大；背景噪声干扰对局部放电检测仪的线性度误差无影响。

（4）针对这些影响因素的控制方法还需进一步研究。

［1］ 叶会生，李欣，彭平，等.超声波和暂态地电位局放检测仪性能测试试验研究[J].湖南电力.2016（4）：32-35.

［2］ 朱庆保.智能检测仪器非线性误差神经网络校正研究[J].仪器仪表学报，2000（10）：516-518.

［3］ 魏振，张强，齐波，等.高压开关柜典型缺陷局部放电特征的研究[J].高压电器，2014（2）：60-67.

［4］ 康健.传感器的线性度及其线性化处理[J].电子质量，2002（7）：35-38.

Research on influencing factors of linearity error detection for live testing equipments

HE Ninghui
（Power Research Institute of State Grid Ningxia Power Co.,Yinchuan Ningxia 750011，China）

Aiming at the problem of the present partial discharge live detector lacking unified detection regulation,based on test principles and technical specifications of ultrasonic and transient earth voltage partial discharge detector,combining with linearity error check result in laboratory, analyzes comprehensively the influences of signal amplitude,frequency,background noise on linearity error of detectors,puts forward the method of using linearity error to indicate the partial discharge detectors performance of ultrasonic and transient earth voltage.The research result shows that in the linearity error detection test of partial discharge live detector,selection of the appropriate signal amplitude and frequency is very important to the precision of the test results.

linearity;live detection;partial discharge;amplitude;frequency

TM83

A

1672-3643（2017）01-0012-04

10.3969/j.issn.1672-3643.2017.01.003

2016-10-11

何宁辉（1986），男，工学博士，工程师，从事电力设备状态监测技术工作。

有效访问地址：http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1672-3643.2017.01.003