GIS特高频局部放电检测方法总结

1.GIS局部放电检测方法概述

国内专家研究结果显示1,2：光学检测法、化学检测法、声学检测法、电学检测法共四种方法可以实现GIS局部放电的检测。但是光学检测法对未知监测点检测难度大，且其灵敏度容易受到环境影响；化学检测法检测时间较长，不能快速检测GIS中局放信号，以上原因严重了以上两种方法的应用和普及。因此，下文将主要针对声学检测法和电学检测法进行对比描述，详见表1.1。

表1.1三种局放检测方法对比

特高频（UHF）法TEV检测 检测 检测方法种类 灵敏度 故障定位 适用放电类型 电学检测法 0.5pC 电学检测法 5pC 声学检测 <2pC 可以 超声检测 精确定位，±0.1m 不可以 各种类型 固定颗粒；悬浮自由移动微粒；悬物；气隙和裂纹 浮物 广泛 应用情况 广泛 早起应用较多 从表1.1可以看出，特高频法和超声检测法为当前主流的两种GIS局部放电检测方法。两种方法不仅适合离线检测，也适用于在线监测系统。

2.特高频法在国内外的应用情况说明

国内外有多家企业、研究机构使用特高频法检测GIS、变压器设备总局部放电信号，并完成放电信号类型聚类、分离，故障定位等内容。其中国外比较有代表性的公司有英国DMS，PSD，omicron等，国内具有代表性的公司包括上海华乘，陕西公众智能等。国内具有代表性的研究机构包括华北电力，西安交大，清华大学等。

3.特高频法实现方式说明

特高频法使用的频段较高——300~1500MHz。当前的采集系统（ADC）无法覆盖整个频段，从而完成对局放信号的有效采集。即使采集系统可以对此频段进行有效的采样，但其产生的海量数据给信号处理单元带来巨大挑战。除此之外，我们主要关心局部放电信号的峰值，放电次数和相位数据，以便完成放电量计算，放电谱图绘制，故障定位等内容。海量数据中的其他数据都是无用的，即使采集回来也是要被丢弃的。

基于以上原因，在工程实现中，国内外的公司和研究机构通常使用两种方式完成特高频局放信号到低频信号（0~30Mhz）的转换——调频、混频方式和检波方式。其中DMS公司（峰值检测，没有时域波形），华北电力（李成榕等）的特高频法使用检波方式将特高频信号转换为低频信号；omicron，西安交大（李彦明等），清华大学（刘卫东等）则使用调频、混频方式将高频信号转换为低频信号。下文将分别以DMS公司和omicron公司为例详细说明。

混频技术和检波技术都可以检测到放电信号的峰值，放电次数和相位。但是，混频技术可以得到更为准确的峰值数据，更为准确的放电波形，从而方便使用时频分析，聚类分析等分析工具进行分析4。

3.1 DMS公司特高频检测系统

DMS提供两种检测系统：多通道在线监测系统（PDMG-R）和便携式检测系统（Portable PDM）。两套系统的原理相同，区别在于多通道在线监测系统检测通道多，信号分析、报警等功能更强大。图3.1.1为DMS公司的产品。

DMS公司采用峰值检测原理处理特高频信号，因此其只关心信号峰值，放电次数（1个50Hz周期内）和信号相位。基于这个特点，其不能提供信号的时域特征，频谱特征，仅提供放电信号同50Hz的相位特征和放电量变化趋势等图谱。DMS公司提供的放电谱图见图3.1.2。

DMS公司产品的特点列举如下：

➢ 传感器频带300MHz~1500MHz，灵敏度小于5pC； ➢ 单通道采样率为15.4KS/s;

➢ 具备噪声通道（用于同信号通道进行对比）； ➢ 多通道之间时钟同步；

➢ 具有放电数据库，并运用多神经网络处理并进行放电事件报警； ➢ 提供多种放电显示谱图，利于发现放电趋势；

多通道在线检测系统便携式检测系统

图3.1.1 DMS公司特高频检测系统

放电趋势图单周期放电图周波放电图图3.1.2 DMS公司特高频检测系统谱图界面

3.2 Omicron公司特高频检测系统3

Omicron公司的特高频检测系统由特高频传感器（UVS 610），频带转换单元（UHF620），信号采集单元（MPD600），光纤，通信单元（MCU502/504），上位机软件这几部分组成。具体内容见图3.2.1。

Omicron公司产品主要参数列举如下： ➢ U VS 610传感器的频带为150MHz~1GHz。

➢ UHF620输入频率范围为100MHz~2GHz。UHF620可以实现三种带宽测量：窄

带测量（带宽小于1.5MHz），中带测量（频带固定为70MHz，此数值为Omicron根据经验确定），广带测量（1.9GHz带宽）。经过UHF620转换后的信号直接送给MPD600进行处理。

➢ MPD600的输入带宽为0MHz~30MHz。

图3.2.1 Omicron公司特高频检测系统组成

3.2.1广带测量

广带测量时，UHF620的频带固定为1.9GHz，测量系统覆盖整个测量频段。

所有频段的放电信号都被显示，记录到相位谱图中，具体图形见图3.2.2。广带测量不需要进行测量带宽调整，不需要人工干预，适合用于在线监测等应用。但是广带测量有个很大的缺点：频段过宽容易受到干扰，信噪比较低。

3.2.2 广带测量的自由微粒放电

3.2.2窄带测量

窄带测量的测量带宽小于1.5MHz，中心频率可调（同电缆局放测量方式相同）。窄带测量的频带很窄，其对噪声和干扰的抑制能力较强，具有很高的信噪比。但其有一个明显缺点：进行测量时，需要不断调整中心频率位置，以寻找最优信噪比的频率。由于现场干扰因素较多，在很多频段上都存在干扰，快速寻找一个最优频段将会十分困难。因此，此种方法不适合在线监测系统使用，适合专业人士现场使用。

3.2.3中带测量

中带测量的测量带宽固定为70MHz，中心频率可调。图3.2.3为中带测量频谱图。图中上面一条频谱为信号频谱，下面一条频谱为干扰频谱。中带测量综合了广带测量和窄带测量，具有两者的优点。其具有很强的抗扰能力，不需要一直进行中心频率调整，适合用于在线监测系统。

除此之外，从图3.2.3中可以看出其提供了参考通道（干扰频谱），此种方式利于操作人员从FFT频谱对比看出噪声频段和信号频段，利于信号和噪声的分离，利于寻找到最优频段。

已使用的测量频带现在测量频带

3.2.3 中带测量频谱图

文献：

1. GIS中局部放电在线监测现状及发展，2004-12 2. GIS中局部放电在线监测研究的现状与展望，2005-01

3. MPD_600_UHF_620_Compact_and_versatile_2013_issue2.pdf，2013 4. 基于宽带检测的局放脉冲波形快速特征提取技术，2008