0 引言

　　局部放電是當(dāng)外加電壓在電氣設(shè)備中產(chǎn)生的場(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的放電現(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)備的絕緣介質(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)的一種對(duì)絕緣損害很小的分析絕緣缺陷的先進(jìn)方法，可以避免對(duì)高電壓設(shè)備進(jìn)行有破壞性的交流耐壓試驗(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)的波形和幅值，并用視在放電量的大小表示絕緣結(jié)構(gòu)中微放電的強(qiáng)度[2],。由于局部放電測(cè)量是高壓電力設(shè)備必不可少的絕緣試驗(yàn)項(xiàng)目,，因此局放儀的準(zhǔn)確度直接影響到電氣設(shè)備的絕緣可靠程度，關(guān)系到電力系統(tǒng)的安全運(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)行的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目之一,。

　　線(xiàn)性度是指測(cè)量裝置輸入、輸出之間的關(guān)系與理想比例關(guān)系（即理想直線(xiàn)關(guān)系）的偏離程度,。目前多通過(guò)電荷量的輸入輸出關(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)極性的脈沖進(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的影響,。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）的統(tǒng)計(jì)方式測(cè)評(píng)局放儀線(xiàn)性度更具客觀(guān)性，因此本文提出了基于脈沖點(diǎn)云圖測(cè)評(píng)局放儀線(xiàn)性度的方法,，為局放儀線(xiàn)性度的測(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)快速的隨機(jī)過(guò)程，測(cè)得的局放信號(hào)具有很大的隨機(jī)性,，所以通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析的方法來(lái)研究局部放電具有更高的可信度,。為此必須采集儲(chǔ)存大量的局放信號(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)的特性提出點(diǎn)云圖的概念：通過(guò)對(duì)多個(gè)周期內(nèi)的局放信號(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)形成的點(diǎn)云圖,。

　　利用點(diǎn)云圖的方式測(cè)評(píng)局放儀的線(xiàn)性度更能客觀(guān)體現(xiàn)出局放儀的性能參數(shù)。而且脈沖點(diǎn)云圖是識(shí)別模式放電的重要依據(jù),，文獻(xiàn)[4-6]根據(jù)相關(guān)原理進(jìn)行模式匹配,，以分析各種工況下的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,。

　　通常局放儀的線(xiàn)性度測(cè)評(píng)是：校準(zhǔn)器從1處的校準(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)電荷量的對(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的非線(xiàn)性、漂移等引起的局放信號(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的測(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的線(xiàn)性度,，其結(jié)構(gòu)如圖3所示,。由此必須輸入小幅度的工頻同步信號(hào)和已知電荷量的脈沖信號(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幅值可控的正弦信號(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)生的脈沖信號(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。注入局放儀本體的脈沖信號(hào)為方波[7],，其電荷量Q=Idt,，即方波的面積表示電荷量的大小，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)性度方法的可行性，實(shí)驗(yàn)選用OMICRON公司的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,，以輔助觀(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的單脈沖,，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°處形成的負(fù)脈沖點(diǎn)云圖,，圖6(b)分別是66°、156°處形成的正脈沖點(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)注的是測(cè)試產(chǎn)生的干擾。數(shù)字處的注入電荷量為：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)的線(xiàn)性度優(yōu)于負(fù)脈沖,，表現(xiàn)在圖6(b)中的點(diǎn)云圖呈點(diǎn)圓狀,，各個(gè)量值的點(diǎn)云圖分布均勻，接近理想值,。圖6(a)中對(duì)于大于300 pC的脈沖測(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)影響電荷量的測(cè)量。(3)圖中左側(cè)矩形區(qū)域?yàn)楦淖兠}沖電壓而引起的散點(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的線(xiàn)性度。并根據(jù)表1,，作圖8所示的正負(fù)脈沖的電荷量統(tǒng)計(jì)圖,。

　　MPD600檢測(cè)正負(fù)脈沖的線(xiàn)性誤差通過(guò)式(1)計(jì)算得到。

　　通過(guò)式(1)得到：正脈沖的檢測(cè)線(xiàn)性度誤差為3%,，負(fù)脈沖的檢測(cè)線(xiàn)性度誤差為7%,，說(shuō)明了MPD600對(duì)正脈沖檢測(cè)的線(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)的不確定度在±2%[8],，即在5%±2%的范圍內(nèi)，說(shuō)明MPD600對(duì)負(fù)脈沖檢測(cè)的線(xiàn)性度是可接受的,，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)性度是可行的，測(cè)量的誤差在合理范圍內(nèi),。

4 結(jié)論

　　(1)對(duì)于局放儀線(xiàn)性度的測(cè)評(píng),，考慮到局放信號(hào)的隨機(jī)性和相位性，提出了利用點(diǎn)云圖(φ-Q-n)的概念進(jìn)行線(xiàn)性度的測(cè)試方法,，并以實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了此法的可行性和合理性,，并得到MPD600對(duì)正脈沖檢測(cè)的線(xiàn)性度優(yōu)于負(fù)脈沖的結(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的影響，提出了直接脈沖電流注入局放儀本體的測(cè)試方式,，以最大程度地保證對(duì)局放儀本體測(cè)試的準(zhǔn)確性,，并與局放儀校準(zhǔn)國(guó)標(biāo)中的脈沖電流法具有一致性。

　　(3)注入局放儀本體的脈沖信號(hào)是上升沿為納秒級(jí)的方波,，其面積表示電荷量的大小,，而非視在電荷量，并且電荷量與方波電壓成正比,。

　　(4)本文目前只對(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)似的方式對(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)的測(cè)評(píng),。同時(shí)可為局放儀校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)中的相關(guān)測(cè)試提供參考指標(biāo),。

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