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基于UHF技术的油浸式主变压器局部放电监测研究【摘要】本文通过对油浸式主变压器局部放电监测研究展开讨论，采用UHF技术作为监测手段。
在介绍了研究背景、研究意义和研究目的。
正文部分包括油浸式主变压器介绍、局部放电监测技术概述、UHF技术在油浸式主变压器中的应用、局部放电监测参数分析以及监测系统设计与实现。
最后结论部分总结了基于UHF技术的油浸式主变压器局部放电监测研究成果，并提出未来研究方向。
通过本文的研究，将有助于提高油浸式主变压器的安全性和稳定性，为电力系统的运行提供更可靠的保障。
【关键词】关键词：UHF技术、油浸式主变压器、局部放电监测、监测系统、参数分析、研究成果、未来研究方向。
1. 引言1.1 研究背景油浸式主变压器作为电力系统中重要的设备，在运行过程中存在着各种故障风险，其中局部放电是主要的故障形式之一。
局部放电的发生会导致绝缘材料逐渐老化，最终导致设备损坏甚至爆炸，给电网运行带来严重的安全隐患。
对油浸式主变压器的局部放电进行及时、准确的监测具有重要意义。
传统的局部放电监测方法存在着监测范围狭窄、实时性差、监测精度低等问题，无法满足对油浸式主变压器的实时监测需求。
基于UHF技术的局部放电监测方法应运而生。
UHF技术具有监测范围广泛、响应速度快、监测精度高等优点，能够有效地解决传统监测方法存在的问题，提高油浸式主变压器的故障诊断能力和运行安全性。
开展基于UHF技术的油浸式主变压器局部放电监测研究具有重要的理论意义和实际应用价值。
1.2 研究意义短。
部分的内容如下：油浸式主变压器是电力系统中非常重要的设备之一，其正常运行对电网稳定供电至关重要。
局部放电是油浸式主变压器内部最为常见的故障形式之一，如果不及时发现和处理，会导致设备损坏甚至爆炸，造成严重的安全事故和电网中断。
开展油浸式主变压器局部放电监测研究对于提高电力系统设备的安全可靠运行具有极其重要的意义。
传统的局部放电监测技术存在着监测范围窄、精度低、实时性差等问题，而基于UHF技术的油浸式主变压器局部放电监测系统具有监测范围广、精度高、响应速度快等优势，能够更准确地监测油浸式主变压器内部的放电情况，及时发现故障并进行预警，保障设备的安全运行。
特高频检测技术发现GIS设备内部局部放电故障特高频法（Ultra High Frequency，简称UHF），是近年发展起来的一种新的GIS设备局部放电的检测技术。
设备的故障排查关系到电网运行的稳定。
运用不同的方法对设备内部放电进行检测判别才能更高效的对故障进行有针对性的故障处理。
标签：特高频法（Ultra High Frequency）检测;特高频（UHF）故障定位引言随着GIS在特高压电网及其电力相关系统中的广泛应用，GIS设备的稳定安全运行成为了电网维护的重要环节。
其中，断路器内部局部放电故障是常见的GIS设备内部局部放电案例，检测GIS设备内部局部放电的方法有很多种，包括了化学检测法、振动测量法、电气检测法和特高频法（UHF）。
1 特高频检测技术（UHF）1.1 特高频检测原理电力设备绝缘体中绝缘强度和击穿场强都很高，当局部放电在很小的范围内发生时，击穿过程很快，将产生很陡的脉冲电流，其上升时间小于1ns，并激发频率高达数GHz的电磁波。
应用宽带高频天线（300MHz-1.5GHz传感器）检测GIS内部局放电流激发的电磁波信号，从而反应GIS内部局部放电的类型及大体位置。
根据传感器安装位置不同，该方法分为内置法与外置法两种。
由于现场的晕干扰主要集中在300MHz频段以下，因此特高频法能有效地避开现场的电晕等干扰，具有较高的灵敏度和抗干扰能力，可实现局部放电带电检测、定位以及缺陷类型识别等优点。
2 利用特高频检测技术（UHF）检测GIS设备内部局部放电案例2.1 案例经过国网新疆电力有限公司检修公司750kV五家渠变电站2018年11月13日，五家渠750千伏Ⅱ母带电后，运维人员巡视时发现750千伏Ⅱ母避雷器B、C相有异常声响。
检修公司试验人员随即开展了特高频局放测试等测试工作。
经测试发现750千伏Ⅱ母避雷器B、C相存在疑似悬浮放电局放信号，且SO2组份含量超过规程注意值;A相无异常。
为验证五家渠750千伏Ⅰ母避雷器是否具有同样问题，2018年11月16日，五家渠750千伏Ⅰ母母线带电后，发现750千伏Ⅰ母避雷器B相出现同样异常声响，且通过测试发现750千伏Ⅰ母避雷器B相存在疑似悬浮电位局放信号，且SO2组份含量超过规程注意值。
GIS局部放电带电检测技术的分析与现场应用摘要：GIS设备在制造、运输、组装和调试等环节可能会存在高压导体毛刺、绝缘子内部气隙、金属零部件悬浮电位等故障隐患，而局部放电检测是一种发现缺陷的有效手段。
基于此，本文就GIS局部放电带电检测技术进行分析，以供参考。
关键词：GIS；局部放电；带电检测技术1GIS局部放电主要带电检测方法1.1特高频法（UHF）绝缘内部发生局部放电时，会产生陡度较大的电流脉冲，并激发出数GHz的特高频电磁波信号。
通过特高频传感器测量局部放电所激励的特高频信号，实现局部放电测量和定位。
特高频局部放电检测灵敏度高、抗电晕干扰能力强、可实现放电源定位缺陷类型识别，但尚未实现缺陷劣化程度的量化描述、对部分内部绝缘缺陷不敏感。
1.2超声波法在电力设备外壳或设备附近安装超声波传感器，耦合该超声波信号，可以判断电力设备的局部放电情况，进而间接地反映设备的绝缘状况。
超声波技术抗电磁干扰能力强，便于实现放电源定位，但存在对绝缘内部缺陷不敏感、受机械振动干扰较大、放电类型模式识别难度大、检测范围较小等问题。
1.3声电联合检测法声电联合检测法同时对局部放电源产生的超声信号和特高频信号进行检测。
利用两者互补的特性，使其相比于单一超声法和特高频法有更强的抗干扰能力，并能提高定位精度。
其现场检测步骤如下：将外置式特高频传感器a、b分别贴在可测得异常信号的盆式绝缘子上。
若局放点位于如图1所示位置，则特高频传感器b测得信号超前特高频传感器a测得信号。
可初步判定局放源位置处于传感器b两侧的气室，即气室B或气室C。
图1声电联合法确定局放点位置示意图（2）特高频传感器b位置不变，将两个超声传感器分别贴在绝缘子两侧气室。
利用超声波在GIS常用材料介质中衰减较大的特性，比较两位置测得超声信号的幅值。
如图2所示情况，则2号位置的超声传感器幅值较大，将放电位置进一步缩小在气室B。
（3）以外置式特高频传感器b测得信号作为时间基点，保持一个超声传感器在2位置不变，在气室B外壁上移动另外一个超声传感器。
GIS局部放电特高频检测技术的研究一、概述随着电力系统的不断发展，气体绝缘组合电器（GIS）因其优异的绝缘性能和紧凑的结构设计，在电力传输和分配中得到了广泛的应用。
GIS设备在运行过程中，由于设计制造缺陷、安装过程中的不当操作以及运行环境的恶化等原因，可能会产生局部放电现象。
局部放电是GIS设备绝缘性能恶化的重要征兆，长期存在将严重影响设备的正常运行，甚至导致整个电力系统的故障。
对GIS局部放电的检测与监测显得尤为重要。
特高频（UHF）检测技术作为一种新型的局部放电检测手段，因其具有抗干扰能力强、灵敏度高等优点，近年来在GIS局部放电检测中得到了广泛的应用。
特高频检测技术通过接收GIS设备内部局部放电产生的特高频电磁波信号，实现对局部放电的有效检测和定位。
该技术不仅可以用于设备的预防性维护，还可以在设备运行过程中进行实时监测，及时发现并处理潜在的绝缘缺陷，从而提高GIS设备的运行可靠性和电力系统的稳定性。
本文旨在深入研究GIS局部放电特高频检测技术，分析其检测原理、方法及应用现状，并探讨该技术在GIS局部放电检测和定位中的优化与改进。
通过本文的研究，期望能为GIS设备的故障诊断和预防性维护提供更为准确、有效的技术手段，为电力系统的安全稳定运行提供有力保障。
1. GIS（气体绝缘金属封闭开关设备）的重要性及其在电力系统中的应用GIS，即气体绝缘金属封闭开关设备，是现代电力系统中不可或缺的关键组成部分。
其重要性不仅体现在提高电力系统的运行效率和稳定性上，更在于对电力输送和分配过程的安全保障。
GIS设备以其独特的结构和性能优势，在电力系统中发挥着日益重要的作用。
GIS设备具有出色的绝缘性能。
相比于传统的空气绝缘开关设备，GIS采用气体绝缘，大大提高了设备的绝缘强度，使其能够承受更高的电压等级，满足大规模、远距离电力输送的需求。
GIS 设备结构紧凑、占地面积小，有效解决了传统开关设备占地面积大、空间利用率低的问题，特别适用于城市电网和工矿企业等空间有限的场所。
GIS局部放电在线检测特点：实时在线，对设备重点部位进行不间断监测。
系统结构：传感器(天线)，放大器，信号过滤器，采集卡，工频信号触发器，工业控制计算机，机柜，局部放电故障分析软件，高精度数字示波器（选配），高频电缆，机械附件。
方法：1.超高频检测法(UHF法)原理：GIS发生绝缘故障的原因是其内部电场的畸变，往往伴随着局部放电现象，产生脉冲电流，电流脉冲上升时间及持续时间仅为纳秒( nS ) 级，该电流脉冲将激发出高频电磁波，其主要频段为0.3—3GHz，该电磁波可以从GIS上的盘式绝缘子处泄露出来，采用超高频传感器(频段为0.3—3GHz )测量绝缘缝隙处的电磁波，然后根据接收的信号强度来分析局部放电的严重程度。
优点:可以带电测量，测量方法不改变设备的运行方式，并且可以实现在线连续监测。
可有效地抑制背景噪声，如空气电晕等产生的电磁干扰频率一般均较低,超高频方法可对其进行有效抑制。
抗干扰能力强。
缺点：仅仅能知道发生了故障，但不能对发生故障的点进行准确的定位。
而且目前没有相应的国际及国内标准，不能给出一个放电量大小的结果。
目前难点：主要问题在于如何进一步提高灵敏度,解决各种干扰问题，进一步实现准确的定位。
应用：2.超声波法原理：GIS内部产生局部放电信号的时候，会产生冲击的振动及声音，GIS局部放电会产生声波，其类型包括纵波、横波和表面波。
纵波通过气体传到外壳、横波则需要通过固体介质（比如绝缘子等）传到外壳。
通过贴在GIS外壳表面的压电式传感器接收这些声波信号，以达到监测GIS局放的目的。
因此可以用在腔体外壁上安装的超声波传感器来测量局部放电信号。
优点：传感器与GIS设备的电气回路无任何联系，不受电气方面的干扰。
设备使用简便，技术相对比较成熟，现场应用经验比较丰富，可不改变设备的运行方式进行带电测量，由于测量的是超声波信号，因此对电磁干扰的抗干扰能力比较强，可以对缺陷进行定位。
缺点：声音信号在气体中的传输速率很低(约140m/s )，且信号中的高频部分衰减很快，信号通过不同介质的时候传播速率不同，且在不同材料的边界处会产生反射，因此信号模式变得很复杂。
UHF局部放电传感器的设计
本文首先阐述了局部放电的原理，分为常见原因、频带范围及技术瓶颈；其次给出了局部放电信号接收原理，即接收天线的设计理念；然后给出了传感器的结构设计，分为内置式和外置式；最后进行了讨论。
相关内容还需进一步的分析研究。
1UHF检测局部放电的原理
变压器
超高频法（UHF法）是通过超高频信号传感器接收局部放电过程辐射的超高频电磁波，实现局部放电的检测。
研究认为：变压器每一次局部放电都发生正负电荷中和，伴随有一个陡的电流脉冲，并向周围辐射电磁波。
试验结果表明：局部放电所辐射的电磁波的频谱特性与局放源的几何形状以及放电间隙的绝缘强度有关。
当放电间隙比较小时，放电过程的时间比较短，电流脉冲的陡度比较大，辐射高频电磁波的能力比较强；而放电间隙的绝缘强度比较高时，击穿过程比较快，此时电流脉冲的陡度比较，辐射高频电磁波的能力比较强。
变压器油－隔板结构的绝缘强度比较高，因此变压器中的局部放电能够辐射很高频率的电磁波，最高频率能够达到数GHz。
荷兰KEMA 实验室的Rutgers 等人和英国Strathclyde 大学的Judd 等人的研究表明：油中放电上升沿很陡，脉冲宽度多为纳秒级，能激励起1GHz 以上的超高频电磁信号。
它可以通过超高频传感器加以耦合接收，这就为进一步研究超高频检测技术在电力变压器中的应用提供了依据。
在超高频范围内（300MHz～3000 MHz）提取局部放电产生的电磁波信号，外界干扰信号几乎不存在，因而检测系统受外界干扰影响小，可以极大地提高变压器局部放电检测（特别是在线检测）的可靠性和灵敏度。
GIS
GIS内部发生局部放电时，由于放电点处电荷的迅速转移，形成持续时间很短的电流脉冲（ns级），并产生频率分量极其丰富的电磁信号（高达GHz），通过传感局部放电所产生的电信号进行局部放电检测，有可能实现较高的灵敏度，并能够及时发现早期的局部放电。
局部放电电信号传感面临的关键困难是电磁干扰问题。
GIS局部放电在线检测要求在GIS运行的现场条件下进行检测，由于电晕放电等原因，现场条件下存在大量的电磁干扰信号。
尤其常规局部放电检测所使用的频段（几十kHz~几百kHz），干扰信号的强度有可能远远大于所要检测的局部放电信号，使得局部放电检测的电信号传感器无法实现。
GIS局部
放电检测的UHF传感方法正是针对抗电磁干扰问题提出的，并在UHF频段内选择合适的频段进行局部放电的电信号传感。
GIS运行现场的干扰源主要有：架空线和变电站母线上的电晕放电，导体接触不良产生的电弧放电，站内可控硅产生的强点脉冲，其他设备内部的放电，无线电波，载波通讯，系统内开关动作等。
2局部放电信号接收原理
将导体放置在磁场变化的空间，导体有可能产生谐振而将空间的自由波动转换成传输结构的导波，从而实现电磁波的接收。
实际中常常称导体为接收天线（天线是一种变换器，它把传输线上传播的导行波，变换成在无界媒体中传播的电磁波，或者进行相反的变换。
在无线电设备中用来发射或者接收电磁波的部件），其结构往往决定了接收电磁波信号的能力，设计合理，天线可以接收到局部放电所产生的超高频信号。
与接收天线对应的是发射天线，工作时是接收天线的逆过程——把传输结构上的导波转换成空间的电磁波，这两种工作在不同状态的天线是互易的，即天线用于发射和接收时性能参数相同。
UHF法是目前局部放电检测的一种新方法，该方法通过天线传感器接收局部放电过程辐射的UHF电磁波，实现局部放电的检测。
在80年代末，UHF法测量局部放电首先应用在GIS设备中。
在UHF法中传感器并非起耦合的作用，而是接收UHF信号的天线，所有UHF 法的原理与脉冲电流法是不同的。
天线除了能有效地辐射或接收无线电波外，还能完成高频电流或导波（能量）到同频率无线电波（能量）的转换，或者完成无线电波（能量）到同频率的高频电流或导波（能量）的转换。
所以，天线还是一个能量转换器。
一副好的天线，就是一个好的能量转换器。
任何利用无线电波传递信息的系统，都包括“发射端-无线电波传播-接收端”三个环节。
为此就必须有能够辐射和接收电磁波的设备，这个设备就是天线。
所以说，天线的重要作用就是辐射或接收电磁波。
下图是进行无线电广播线路的简图。
局部放电传感器的设计主要是接收天线的设计，表征天线性能的参数主要有：方向图、方向性、增益、极化特性、天线效率、带宽以及输入阻抗等。
图1无线电传播线路图
该技术的特点在于：检测频段较高，可以有效地避开常规局部放电测量中的电晕、开关操作等多种电气干扰；检测频带宽，所以其检测灵敏度很高；而且可识别故障类型和进行定位。
UHF检测的特点使其在局部放电检测领域具有其他方法无法比拟的优点，因而在近年来得到了迅速的发展和广泛的应用。
但它对传感器的采集精度和宽带要求很高，因此造价较高。
3结构设计
UHF检测系统由特高频天线(标准增益喇叭天线、圆柱／锥螺旋天线、等角螺旋天线)、50Q射频同轴电缆、数字式示波器、计算机及其分析软件等组成。
从结构上，UHF传感器分为内置式和外置式两种，如图2所示。
图2UHF传感器结构
下面是某公司针对GIS的UHF外置式传感器构造。
UHF传感器主要是用来采集GIS 内部发生局放时产生的高频信号，此传感器直接固定在绝缘盆子上，盘子上除了放置传感器的地方外其他的地方用屏蔽带屏蔽，这样的好处是保证高频传感器采集的高频信号是从GIS
内部出来的第一手信号，有效防止了外界干扰信号从盆子处进入高频传感器，保证了高频传感器采集高频信号的纯净度和可信对。
图3外置式UHF传感器
超高频传感器主要参数：
由于雷达信号、马达、航空、电弧等产生的高频信号存在，会影响传感器对放电信号的判定，所以需要噪音传感器，将其放在GIS站里面，用于采集外界一切干扰信号。
噪音传感器采集的高频信号传输到检测模块单元里面，与高频传感器在绝缘盆子处采集的高频信号进行相位比较，再次对高频传感器采集的高频信号进行判断，用来防止外界干扰信号从GIS 进线端或者出线端进入GIS内部对高频传感器在盆子上采集的高频信号的干扰。
图4 噪音传感器
噪音传感器主要参数：
4 讨论
设计时，需要对设备变压器和GIS 分别进行分析，技术重点为接收天线的设计。
特征参数的确定，主要有：方向图、方向性、增益、极化特性、天线效率、带宽以及输入阻抗等。
最后确定其工艺结构，以及可能需要的辅助配合设备。
