電力建設新產品“TEV局部放電監測儀”專業產品值得您信賴

在廣東陽江，三山島工程陸上關鍵線路江門段施工現場，工程車輛往來穿梭，巨型吊臂如鋼鐵巨擘起起落落，施工正緊鑼密鼓地推進。

這一工程是全球的第1個±500千伏海上風電海陸一體、超遠距離的柔性直流輸電工程，它將實行一種新型的海上風電輸電方案，經濟高效地破解千萬千瓦級海上風電開發送出瓶頸。

同樣是遠距離海上風電輸送，三山島工程的新型輸電方案主要“新"在哪?“我們在國內第1次提出的‘超大規模海陸一體柔性直流協同輸電技術’。"南網科研院直流輸電與電力電子技術研究所一級項目經理鄒常躍說。

當前，我國現有大規模海上風電開發普遍采用“海上換流站+直流海纜+陸上換流站+交流架空線"的模式,將風電輸送至陸上負荷中心。海上風電送出工程各投資主體各自開展前期工作，容量相似、布局接近的海上風電廠項目采用多種輸電方式、多電壓等級送出。

專業人士坦言，在近海、小規模海上風電時期，這種模式是第1選。但是，隨著海上風電送出規模持續增長，各種潛在問題便與日俱增。

“陸上換流站重復建設、交流輸電走廊占用土地資源大、負荷中心短路電流超標等問題日益突出，千萬千瓦級海上風電基地的規模化開發需求難以得到滿足。"

于是，自18年開始，南網科研院持續開展技術攻關，研制了國內第1套緊湊型柔性直流換流閥子模塊和閥塔物理樣機，開創性提出66千伏無升壓站的千兆瓦級風機直接匯集組網方案，并提出“超大規模海陸一體柔性直流協同輸電技術"。

“該技術實現了海上與陸上輸電環節的全柔直化，大規模風電通過‘海上換流站+直流海纜+陸上直流架空線’直達負荷中心。"鄒常躍向記者解釋。區別于我國現有大規模海上風電開發普遍采用的方案，三山島工程不需要在登陸點建設大量換流站，也不需要在輸電通道上新建大量交流架空線，而是通過陸上直流架空線將海上風電輸送至負荷中心。“這就大大緩解了廣東沿海城市海岸線土地資源和輸電通道的緊張。"廣東電網電網規劃研究中心(廣東省電力規劃中心)副主任李峰說。

三山島工程的風電匯集規模相比世界很高水平將再提升200%，國土空間資源利用率提升100%，輸電成本降低15%，破解了城市中心輸電走廊無法支撐沿海千萬千瓦級海上風電開發的瓶頸，同時提升了受端電網無功支撐能力、緩解了短路電流超標問題。

“多個2000兆瓦海上風電場經直流海纜登陸匯集后，通過直流架空線直送粵港澳大灣區負荷中心，輸電系統成本可以節省約50億元。"鄒常躍給記者算了筆賬。

“陽江三山島海上風電直流輸電工程的建設，標志著我國海上風電輸電技術邁入全新階段。"

一、產品概述（LYPCD-3500電力建設新產品“TEV局部放電監測儀"專業產品值得您信賴）

開關柜的故障類型一般可分為拒動/誤動故障、絕緣故障、開斷與關合故障、載流故障、外力及其他故障。中國電力科學院對1989～1997年和2004年40.5KV以下開關設備的故障進行了統計，其中絕緣與載流性故障占30%～53%。而廣東電網公司對1992～2002年開關設備故障類型的統計結果顯示，絕緣與載流性故障的比例甚至高達66%  .以上兩種故障均與放電現象有關。近年來，英國電力企業對國內使用中壓真空開關進行故障統計：其中誤操作和機械性兩類故障占30%～38% ；放電互感器和電纜箱類故障占26%～44% 。這些故障都會伴隨著局部放電現象的產生。采用傳統方法檢測需浪費大量的財力，造成巨大的損失。

采用暫態對地電壓(TEV)測量和超聲波(US)測量兩種新興技術對開關柜進行故障檢測。 設備采用便攜式，操作簡單，TEV傳感器貼在箱壁，US傳感器沿著開關柜上的縫隙掃描檢測，對高壓開關及開關柜無任何損害，所有的檢測對高壓開關及開關柜設備的運行不產生任何影響。該產品可以對測量進行信號多周期觀察，對放電進行頻率識別，并通過多種模式進行分析，能夠清楚地判斷出開關柜是否出現故障。

二、引用標準（LYPCD-3500電力建設新產品“TEV局部放電監測儀"專業產品值得您信賴）

局部放電測量GB/T 7354

電力設備局部放電現場測量導則 DL/T 417

高電壓試驗技術 第1部分：一般試驗要求 GB/T 16927.1

高電壓試驗技術 第2部分：測量系統 GB/T 16927.2

高電壓試驗技術 第3 部分: 現場試驗的定義及要求 GB/T 16927.3

三、產品簡介（LYPCD-3500電力建設新產品“TEV局部放電監測儀"專業產品值得您信賴）

本產品主要由以下幾部分組成：

LYPCD-3500巡檢儀一臺。

主機充電器一套

LYTEV-II傳感器1個。

LYCS-Ⅳ非接觸式超聲傳感器1個

BNC-SMA 50Ω同軸電纜2條。

LYTX-03無線同步發射器及電源線一套。

后臺報告生成軟件光盤1個

                                               圖 3?1系統組成

四、暫態地電壓（TEV）測量原理

當配電設備發生局部放電現象時，帶電離子會快速地由帶電體向接地的非帶電體快速遷移，如配電設備的柜體，并在非帶電體上產生電流行波，且以光速向各個方向快速傳播。受集膚效應的影響，電流行波往往僅集中在柜體的內表面，而不會直接穿透金屬柜體。但是當電流行波遇到不連續的金屬斷開或絕緣連接處時，電流行波會有金屬柜體內表面轉移到外表面，并以電磁波形式向自由空間傳播，且在金屬外表面產生暫態地電壓。而該電壓可用專用的TEV傳感器布置在開關柜外面進行測量。TEV傳感器類似傳統的RF耦合電容器，其殼體可做絕緣和保護雙重功能，傳感器內部可感應出高頻脈沖電流信號。其測量原理如圖：

                                 圖 4-1 TEV檢測原理

五、超聲波（US）測量原理

局部放電發生前，放點點周圍的電場力絕緣介質的機械應力和粒子力處于相對平衡狀態。局部放電發生時電荷的快速釋放或遷移使電場發生改變，打破了平衡狀態，引起周圍粒子發生震蕩性機械運動，從而產生聲音或振動信號。超聲波法通過在設備腔體外壁上安裝超聲波傳感器來測量局部放電信號。該方法特點是傳感器與地理設備的電氣回路無任何聯系，不受電器方面的干擾，但在現場使用時容易受周圍環境噪聲或設備機械振動的影響。由于超聲信號在電力設備常用絕緣材料中的衰減較大，超聲波檢測法的檢測范圍有限，但具有定位準確度高的優點。局部放電產生的聲波的頻譜很寬，可以從幾十Hz 到幾MHz，其中頻率低于20kHz 的信號能夠被人耳聽到，而高于這一頻率的超聲波信號必須用超聲波傳感器才能接收到。通過測量超聲波信號的聲壓大小，推測放電的強弱。

               圖 5-1 US測量原理

六、技術參數（LYPCD-3500電力建設新產品“TEV局部放電監測儀"專業產品值得您信賴）

七、基本操作

                          圖 7?1 整機接口圖

儀器開啟/關閉

按下按鈕，等待1秒，接通儀器電源。1秒后，開機畫面顯示在屏幕中。

                     圖 7?2 開機畫面

若要關閉儀器，長按 按鈕3秒鐘。

自檢及系統信息

儀器啟動后，系統會進行自檢，自檢完成后，顯示屏會顯示下列信息：

·自檢測試結果-顯示加電自檢測試結果，顯示正常或失敗。如果儀器自檢失敗，則列出故障點，請根據故障類型相應處理，若無法處理，則應將儀器返廠修理。

·設備型號—顯示設備型號名稱。

·設備編號—顯示設備編號信息。

·軟件版本號—顯示儀器上安裝的當前軟件的版本。

另外也可以從系統設置中按來瀏覽系統信息顯示屏。

設置

進入系統主畫面后，使用按鍵進入設置畫面，使用和按鍵選擇想要修改的項目，選中項目后使用和按鍵對項目進行修改。

其中特殊項：系統設置中的設備名稱、任務編號、日期時間對其進行修改時首先使用和按鍵選擇該項，然后使用和按鍵來選擇要修改的具體位置，當要修改的位置閃爍后使用和按鍵對該位置進行修改，修改完畢后使用和按鍵調整到沒有閃爍區域后，使用和按鍵選擇想要修改的其他項目。

LYPCD-3500 TEV局部放電監測儀系統設置

                 圖7?3 系統設置畫面SZ

文件名稱—顯示數據存儲文件的名稱，顯示當前存儲狀態。

設備名稱—被檢測設備的編號。

任務編號—試驗任務編號。

測量通道—當前工作通道。

同步方式—選擇同步方式，內同步、光同步、外同步。

內同步：可檢測電力設備是否存在放電及其放電大小。

光同步：在室內或其他無陽光直射地點檢測時，需打開白熾燈，可將同步方式改為光同步。

外同步：為了得到穩定而且準確的相位。

按鍵聲音—按鍵聲音開、關控制。

日期時間—系統日期時間設置。

圖片存儲位置—設置圖片存儲路徑，可存儲在SD卡內，也可通過USB口存儲到終端設備。

US設置

                   圖 7?4 US設置畫面

預警值（黃色）—設定黃色“交通燈"門限值（默認值3mV）

報警值（紅色）—設定紅色“交通燈"門限值（默認值7mV）

增益—通道增益調節，系統采用自動增益控制調節，范圍為：42dB、35dB、28dB、21dB、14dB、7dB、0dB、-7dB。

測量模式—US測量模式的切換，包含波形模式、連續模式、相位模式。

波形模式周波數—更改波形模式下顯示波形的周波數量。

TEV設置  

              圖 7?5 TEV設置畫面

預警值（黃色）—設定黃色“交通燈"門限值（默認值20dBmV）

報警值（紅色）—設定紅色“交通燈"門限值（默認值29dBmV）

測量模式—HFCT顯示模式的切換，包含波形模式、統計模式、脈沖模式。

統計模式統計時長—設置統計模式的統計時間

系統信息

              圖 7?6 系統信息畫面

瀏覽在加電時顯示的系統信息。

TEV測量

TEV有3種測量模式：波形模式、統計模式、脈沖模式。

TEV—波形模式

在系統設置中測量方式選擇TEV，按TEV設置中測量模式選擇波形模式后設置周波數，再點擊按鈕進入顯示畫面：

                        圖 7?7 TEV波形運行模式

測量通道—顯示正在測量的通道。

測量模式/顯示模式—顯示當前測量模式（正常模式、脈沖模式，統計模式。）

觸發方式—顯示當前觸發方式及運行狀態。

時間日期—顯示系統時間日期。

電池狀態—顯示當前剩余電池電量。

報警指示—顯示當前的報警狀態，如綠色、黃色或紅色，具體由設定值決定。默認值為：小于20 dB = 綠色、20-29 dB = 黃色、以及大于 29dB = 紅色。

測試背景—顯示當前測試背景，在停止狀態下，點擊保存測試背景。

峰值讀數—當前周波測量到的峰值讀數，用dBmV表示。

報警歷史—以流動柱狀態圖的形式顯示*近 20 個測量值，色彩編碼類似于交通指示燈。還可以通過按下按鈕來清理歷史。

歷史*大讀數—進入測量模式以來，所獲得的*大讀數。還可以通過按下按鈕來復位。

操作指示—系統對當前畫面可用操作進行提示。

波形圖—顯示測量波形可顯示多個周波根據放電特性來判斷是否放電，通過和按鈕可對波形幅值顯示進行縮放。

             圖 7?8 TEV波形停止模式

保存記錄—以數據庫的形式對測量數據，波形進行存儲。

查看記錄—查看測量數據，對數據進行處理。

設為背景—將當前測得值設為背景值。

清理歷史—對報警歷史進行清理處理。

存儲圖片—將測得波形以圖片形式進行保存。

TEV—統計模式

在TEV設置中測量模式選擇統計模式后，點擊按鈕進入顯示畫面，TEV的統計模式有3種顯示模式，若要在各模式之間進行切換，則可以在運行狀態下使用左、右方向鍵在各個不同顯示屏之間進行切換

                                 圖 7?9 顯示模式切換

二維圖譜（峰值圖譜）

顯示單周期內波形幅值和相位的關系，以及脈沖次數與相位的關系。

二維圖譜（指紋圖）

該模式下縱軸代表放電水平，橫軸代表相位0-360度，不同的像素顏色代表不同的峰值頻次。點擊按鈕開始重新統計。

三維圖譜（Q-Φ-T）

該模式縱軸代表放電水平，橫軸代表相位，Z軸代表時間，脈沖不同顏色代表放電水平的大小不同，右側顏色標識代表縱軸不同的百分比所使用的不同顏色。通過該模式可以區分干擾和放電，以及隨時間變化不同相位信號的變化。

TEV—脈沖模式

               圖 7?10 脈沖模式

在TEV設置中測量模式選擇脈沖模式后，點擊按鈕進入顯示畫面：

脈沖數/2S—顯示在 2 秒期間內的脈沖計數。

脈沖數/周期—顯示 50Hz主頻率下的每周期內的脈沖數。

嚴重度—顯示短期嚴重度（根據 TEV幅值（mV）x 每周期內的脈沖數計算）。

US測量

US有3種測量模式：波形模式、連續模式、相位模式。

在系統設置中測量方式選擇US，US設置中選擇需要的測量模式后，點擊按鈕進入顯示畫面。

US—波形模式

波形檢測模式用于對被測信號的原始波形進行診斷分析，以便能直觀的觀察被測信號是否存在異常。

           圖 7?11 US波形模式測量畫面

US—連續模式

連續檢測模式是局部放電超聲波檢測中應用*為廣泛的一種檢測方法。可迅速檢測被測信號特征，顯示直觀，響應速度快。該模式通過不同參數值的大小組合判斷被測設備是否存在局部放電以及可能的放電類型。

           圖 7?12 US連續模式測量畫面

按下F1停止后，再點擊確定可設置背景。

有效值—顯示被測信號在一個周期內的有效值。

周期峰值—顯示被測信號在一個周期內的峰值。

50Hz相關性—顯示被測信號50Hz頻率成分。

100Hz相關性—顯示被測信號100Hz頻率成分。

US—相位模式

由于局部放電信號的產生與工頻電場具有相關性，因此可以講工頻電壓作為參考量，通過觀察被測信號的發生相位是否具有聚集效應來判斷被測信號是否因設備內部放電引起的。

圖 7?13 US相位模式測量畫面

橫軸為角度（0～360°），縱軸為信號幅值（mV）。

按下后，可查看存儲記錄。

點擊按鈕可以消除統計。

數據存儲

系統將數據存儲在SD卡中，為了保證軟件正常存儲及讀取，應保證SD卡有效。在存儲前應先系統設置中設置文件名稱、設備名稱、任務編號，以作為日后查看標識。

在停止狀態下，按下按鍵，可對數據及圖形進行存儲。

數據查看

停止狀態下按下按鍵，可打開歷史數據窗口，在該窗口下，可對記錄進行刪除，對文件可進行導出和刪除，同時提供藍牙發送接口。

              圖 7?14 歷史數據畫面

外同步的使用

在現場試驗時，為了得到穩定而且準確的相位，可以采用外同步觸發方式，在系統設置里，將觸發方式改成外同步，將無線同步發射器接到試驗電源上，點擊運行，此時放電相位為穩定而準確的相位。

注意：無線同步連接試驗電源時，應嚴格按照LNE的表示進行接線。

    圖 7?15 無線同步發射器

傳感器的使用

TEV傳感器

TEV傳感器能夠感應出開關柜金屬柜體上的暫態電壓形成一定的高頻感應電流。使用時將TEV傳感器緊貼在金屬柜體上。

         圖 7?16 TEV傳感器圖片

非接觸式超聲傳感器（CS）使用

非接觸式超聲傳感器是對發生局放時在空氣中傳播的超聲波進行檢測。要求放電源與傳感器之間必須有良好的空氣路徑，對于封閉良好，無氣孔及空氣間隙的開關柜將無法檢測。使用時將傳感器吸附在開關柜體上，防止超聲移動產生干擾信號，并將超聲探頭對準設備的縫隙處進行檢測。

                             圖 7?17非接觸式超聲傳感器（CS）圖片

三山島工程提出的新型海上風電輸電方案必然經過多輪論證，但是在實際落地的過程中依然會帶來很多新的挑戰，比如，直流架空線故障穿越的難題。

針對此難題，南網科研院研究團隊第1次提出無直流斷路器、無集中耗能裝置技術方案。“因為在昆柳龍直流已經驗證了柔性直流架空線路故障自清除功能的可靠性，所以不依賴直流斷路器實現直流故障穿越，我們有一定的經驗。"

不過，新的挑戰依然存在。與昆柳龍直流工程主要采用網對網輸送模式、送端有電網承擔盈余功率不同，在三山島項目中，由于海上風機都是獨立的，一旦陸上電網側發生故障，海上風機功率調節速度過慢，就可能導致直流海纜能量堆積、電壓升高，造成設備損壞和系統停運。

所以三山島工程不能只考慮清理故障，還需要解決與風機協同及盈余功率等問題。“對于這一問題，以往有企業考慮采用直流耗能裝置+直流斷路器的方案，但大多因直流斷路器體重大、成本高而被放棄。"南網科研院研究直流所技術總監介紹，三山島海上風電柔直工程推出了無直流斷路器、無集中耗能裝置的更新技術方案，“其核心是借助風機全功率變流器自帶的耗能裝置，實現盈余功率的分散式就地耗散，充分發揮每個風機自身具備的耗能能力，配合電網進行協調。"

但是，新的問題又出現了——無直流斷路器、無集中耗能裝置的方案對通訊速度的要求很高。

正常來說，一次協調指令的傳遞需要600毫秒，但是如果線路發生故障，風機的盈余能量會在10毫秒以內讓柔直閥過壓跳閘，再加上故障檢測等時間，留給協調的時間只有——1毫秒。

科學研究往往如此，當提出一個解題方案，就會引出另一個新問題，科研人員又需要提出另一個解題方案。

此次科研團隊的解題方案是：利用低成本的專用通訊裝置，實現柔直與風機的快速協同。“我們設置了光纖傳輸的專網通訊網絡，和幾百臺風機直接聯通進行指令下達，把協調的時間控制在1毫秒內。"鄒常躍說，他們已在廣東臨海風電試驗基地開展了快速調用風機耗能裝置的模擬試驗，結果顯示“大約0.6毫秒就能完成協調"，這有力地驗證了該技術方案的可行性。

“建設過程中，還會不斷出現新的科研難題需要我們去解題，但是，我們善于用‘創新’突破難題，這也正是電力科技工作者的價值所在。"

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