概述
近年來，隨著城市電網(wǎng)建設的發(fā)展，變電站的數(shù)量不斷增加，高壓電力設備如 GIS，變壓器，開關柜等亦不斷增加。由于高壓電力設備的運行電壓高、其內空間極為有限，導致高壓電力設備的工作場強很高。另一方面，高壓設備中絕緣裕度相對較小，例如，在 GIS 中，在嚴格控制的環(huán)境條件下， GIS 設備中 SF6 氣體的擊穿強度可望達到相當高的水平，但實際通常只能達到期望值的一半，甚至更低。而例如 GIS 設備等高壓電力設備在內部出現(xiàn)某種缺陷時，極易發(fā)生設備故障。GIS、變壓器等設備內部故障皆以絕緣性故障為多，而局部放電往往是絕緣性故障的先兆和表現(xiàn)形式，當這些高壓設備中產(chǎn)生局部放電，在電力作用下將使設備內部出現(xiàn)影響絕緣性能的情況，例如絕緣介質(SF6、變壓器油等)產(chǎn)生化學反應而分解，產(chǎn)生腐蝕性物質，破壞絕緣層或由于局部放電而導致溫度升高，絕緣層老化等等情況，最終引發(fā)絕緣擊穿。
實踐證明，開展局部放電檢測可以有效避免事故的發(fā)生。
我公司生產(chǎn)的 XZGIS-800 系列局放在線監(jiān)測裝置，采用超高頻在線監(jiān)測技術，可在線監(jiān)測如 GIS 內部由于局部放電所產(chǎn)生的超高頻電磁波信號，進而監(jiān)測并評估設備運行狀態(tài)，能有效預防事故的發(fā)生，避免 GIS 的突發(fā)性事故。

系統(tǒng)簡介
XZGIS-800 系列 GIS 局放在線監(jiān)測裝置（以下簡稱 XZGIS-800）采用超高頻（UHF）在線監(jiān)測技術，用于監(jiān)測并分析氣體絕緣組合電器（以下簡稱 GIS）的內部局部放電所產(chǎn)生的電磁波信號，進而監(jiān)測并評估設備運行狀態(tài)，能有效避免 GIS 的突發(fā)性事故。系統(tǒng)采用了 UHF 超高頻傳感器信號探測技術、傳感器優(yōu)化布置技術、SQL 數(shù)據(jù)庫專家分析技術。
XZGIS-800 主要應用于 GIS 局部放電監(jiān)測，由內置式或外置式超高頻傳感器組成的信號采集單元、同軸電纜線和通信線組成的信號傳輸單元、局放監(jiān)測 IED 的信號處理單元、后臺電腦及軟件組成的信號顯示單元四部分構成 XZGIS-800 局放在線監(jiān)測系統(tǒng)。
XZGIS-800 通過監(jiān)視局部放電，及早發(fā)現(xiàn) GIS 的內部絕緣缺陷，監(jiān)測 GIS 時傳感器既可以安裝于 GIS 內部，也可以附著在 GIS 外部，系統(tǒng)能夠對因設備內部缺陷而發(fā)生的局部放電進行在線監(jiān)測。
 
裝置分類及型號
分類
1、按裝置監(jiān)測對象分類：
A)    GIS：用 G 標書（省略）
B）    變壓器：用 B 表示
C）    開關柜：用 S 表示
D)    電纜：用 L 表示
例如：變壓器局放在線監(jiān)測裝置表示為：XZGIS-800G   變壓器局放在線監(jiān)測裝置。

技術特點：
1、超高頻信號采集
◆  采用超高頻檢測技術，應用噪音傳感器能夠有效判別并抑制干擾信號，對GIS設備的局部放電進行在線監(jiān)測；
◆  XZGIS-800G 采用超高頻局部放電傳感器，可滿足于最大限度覆蓋所監(jiān)測的設備，根據(jù)設備結構不同而導致的信號衰弱減強變化來做最優(yōu)化配置。
2、多種譜圖顯示                                  
◆  局部放電圖譜采用灰度圖像及二維（）、三維（）放電譜圖；
◆  放電時域波形、視在發(fā)電量即時、歷史譜圖，局放類型識別分析譜圖。
3、通信符合行業(yè)標準
◆  處理單元和后臺系統(tǒng)可采用光纖連接；
◆  處理單元和服務器、診斷系統(tǒng)可采用TCP/IP方式通信；
◆  系統(tǒng)和變電站綜自系統(tǒng)之間可采用IEC61850方式連接通信。
4、局部故障類型識別及報警
◆  可識別出電暈放電、懸浮電位放電、自由粒子放電、空隙放電等局放類型，裝置在識別出有局部放電，并超過系統(tǒng)設置閥值時能有報警窗口彈出報警。
5、高可靠性
◆  先進的干擾抑制方法
① 硬件方法：采用差動平衡法結合噪音傳感器實現(xiàn)外部干擾的鑒別；
② 軟件方法：小波包濾波方法和IIR濾波器、開窗法實現(xiàn)對白噪、周期性、脈沖性干擾的抑制和消除；

• 系統(tǒng)結構采用分布式結構，現(xiàn)場采集系統(tǒng)，避免現(xiàn)場干擾；

◆  裝置采用特殊工藝結構、多種屏蔽措施，通過了國家級電磁兼容實驗室浪涌、快速瞬變等10項抗干擾試驗。

局部放電的特征及種類：
◆  進行速度緩慢
    →即使在GIS、變壓器內部檢測出局部放電，也不會迅速發(fā)展為事故。
◆  初期發(fā)生時會間歇性的出現(xiàn)
    →發(fā)展趨勢非常重要，因此要長期在線監(jiān)視。
◆  以一定的形態(tài)發(fā)生
    →根據(jù)異常問題種類，信號數(shù)據(jù)具有一定的形態(tài)。
◆  與相電壓頻率同步（Synchronization）發(fā)生
    →與無分別的外部噪音位相形態(tài)有區(qū)別。

以下圖為局放信號示例：

             
以下圖為外界噪音圖譜示例：

             
變電站設備局放監(jiān)測的種類及特征
在線監(jiān)測系統(tǒng)
   ◆  優(yōu)點：
       ① 具體在線監(jiān)測分析功能
       ② 能捕捉瞬間性的變化
       ③ 通過現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集豐富專家數(shù)據(jù)庫
   ◆  缺點：
       ① 產(chǎn)品價格、施工維修成本稍高
便攜式檢測儀
   ◆  優(yōu)點：
       ① 容易移動
       ② 用較低的成本進行局部放電檢測
   ◆  缺點：
       ① 只能在適用時進行檢測
       ② 需要多數(shù)的時間和人力

功能及原理：
XZGIS-800 系統(tǒng)構架
XZGIS-800 局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)由現(xiàn)場傳感器（內置外置超高頻傳感器及噪音傳感器）的信號采集單元，信號處理單元（IED 模塊） ，局放工作監(jiān)視站（后臺電腦等）三大部分組成。

系統(tǒng)框架如下圖所示：
              
 局放工作站組成
按現(xiàn)場的通信方式，可經(jīng)網(wǎng)絡服務器、以太網(wǎng)交換機、光纖收發(fā)器等，將 IED 與后臺電腦相連接，亦可使用其他如串口通信等方式與后臺連接，連接后使用后臺電腦上的 SQL 數(shù)據(jù)庫及人機對話、專家診斷系統(tǒng)等來對 IED 所采集到的信號進行判斷分析及數(shù)據(jù)保存。
局放 IED 組成
局放 IED 分為上中下三段式結構：底層為電源單元、中層為信號濾波單元、上層為信號采集處理單元。底層包括系統(tǒng)電源濾波器、一個AC/DC 開關電源、一塊 AC/DC 電源板。中層由固定增益放大器、帶通濾波器、程控放大器等組成。上層由 FPGA 信號采集掃描處理模塊及工頻信號觸發(fā)模塊構成。
 傳感器組成
超高頻傳感器主要由超高頻非頻變圓極化天線及發(fā)射電路構成。傳感器可分為外置和內置傳感器，以及用于采集干擾信號的噪音傳感器。超高頻傳感器可分為外置傳感器，內置傳感器。外置傳感器：安裝于設備外部。內置傳感器：安裝于設備內部。在實際應用中，根據(jù)現(xiàn)場情況及客戶需求進行傳感器的選擇。
系統(tǒng)功能
局放工作站功能
◆ 測量放電信號的幅值、極性、放電的相位、放電次數(shù)等基本的局部放電表征參數(shù)及各種統(tǒng)計計算數(shù)據(jù)；
◆ 顯示二維（）、三維（）放電譜圖、工頻周期放電圖；
◆ 利用各種圖譜分析，進行放電模式識別及故障類型診斷，觀察和預測局部放電故障的發(fā)展趨勢，故障信號及故障嚴重性報警，為絕緣狀
態(tài)診斷提供重要判據(jù)；
◆ 提供放電發(fā)展趨勢圖、歷史查詢、報表和設定報警等多項功能；
◆ 可定時自動啟動測量，整個監(jiān)測過程自動化；
◆ 可以通過局域網(wǎng)、CAN 總線等方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)上網(wǎng)，對系統(tǒng)進行遠程訪問，可采用 IEC61850方式連接通信。
 局放 IED 功能
◆ 實現(xiàn)對變壓器、GIS 多測點同步實時監(jiān)測；
◆ 采用高速 D/A 采集掃描系統(tǒng)，采樣精度為 12 位；
◆ 內置數(shù)字濾波器及數(shù)據(jù)分析模塊，實時捕獲放電統(tǒng)計特征；
◆ 觸發(fā)方式：內觸發(fā)、外觸發(fā)可選擇；
◆ 自動生成三維譜圖數(shù)據(jù)；
◆ 實時報警；
◆ 定時自我診斷；
◆ 對采集到的信號進行濾波放大；
◆ 和變電站綜自系統(tǒng)之間可采用 IEC61850 方式連接通信。
傳感器功能
◆ 接收局部放電的超高脈沖信號；
◆ 整形超高頻脈沖信號，得到單極性寬脈沖信號；
◆ 通過高頻同軸光纜將單極性寬脈沖信號傳送給局放 IED。
 通信方式
◆ IED 模塊可通過局域網(wǎng)或串口通信方式與后臺通信◆ 以增加模塊的方式，可以用 IEC61850通信協(xié)議與后臺進行通信。
工作原理
 超高頻傳感器原理
局部放電過程會產(chǎn)生寬頻帶的電磁暫態(tài)和電磁波。不同類型局部放電的電擊穿過程不盡相同，從而產(chǎn)生不同幅值和陡度的脈沖電流，因此產(chǎn)生不同頻率成分的電磁暫態(tài)和電磁波。例如：空氣中電暈放電所產(chǎn)生的脈沖電流具有比較低的陡度，能夠產(chǎn)生比較低頻率的電磁暫態(tài)，主要分布在 200MHz 以下；相比之下，變壓器油、SF6 氣體中局部放電所產(chǎn)生的脈沖電流具有比較高的陡度，所產(chǎn)生的電磁暫態(tài)的頻率能夠達到 1GHz 以上。XZ-PD800 所采用的傳感器由超高頻信號接收天線構成，傳感器采用希爾波特分形天線，它是一種非頻變天線，其電性能與頻率無關，具有寬頻率，圓極化，尺度小，效率高，可嵌裝等優(yōu)點。放大器采用低噪音、高增益（40db）超高頻信號。傳感器工作頻帶 300～1500MHz，能夠有效避開了現(xiàn)場電暈等干擾，具有較強的抗干擾能力。
信號采集處理原理
傳感器采集到的局部放電信號，進入信號調理單元，首先緩沖隔離，減小后續(xù)電路對局放信號的影響，然后送入頻帶為 680~890MHZ 的帶阻濾波器，經(jīng)過濾波后的信號進入程控衰減放大電路，該電路增益可以進行軟件預設定調節(jié)，最后將預處理好的信號送入高速采集單元。高速采集單位進行了多個工頻周期時間段的測量，對傳感器檢測到的電磁波進行了最大放電幅值、平均放電量、放電次數(shù)的測量計算。
信號抗干擾原理
超高頻局部放電的抗干擾基于以下三個因素：
◆ 電力系統(tǒng)中的干擾信號，包括空氣中電暈放電的干擾，主要分布在低于 UHF 的頻段，因此，在 UHF 頻段進行局部放電信號檢測，可以避開主要的干擾信號，提高局部放電信號傳感的信噪比。
◆ 超高頻信號傳播過程中衰減比較快，一處的干擾信號只能局限在比較小的范圍，不會產(chǎn)生大范圍的影響。因此，采用超高頻局部放電監(jiān)測，可以減小電力設備之間相互的放電干擾。
◆ XZ-PD800 硬件上采用差動平衡法結合噪音傳感器實現(xiàn)外部干擾的鑒別，軟件上采用小波包濾波方法和 IIR 濾波器、開窗法實現(xiàn)對白噪、周期性、脈沖性干擾的抑制和消除。

放電定位原理
超高頻局部放電定位基于以下兩種方法：
◆ 超高頻信號傳播過程中衰減比較快，離開放電源的距離不同，放電信號的幅值顯著不同，因此，通過比較放電信號的幅值可以進行放電的粗略定位。該方法需在設備中裝設多個傳感器，確保每一點發(fā)生局放時的電磁波信號至少能被兩個或兩個以上的傳感器接受。
◆ 局部放電的超高頻電磁脈沖具有 ns 時間量級的起始沿，采用多個傳感器同時測量，能夠得到 ns 量級準確度的脈沖時差，基于此時差測量，可實現(xiàn) cm 量級準確度的放電源定位。但該方法需用到超高頻示波器，成本較高，故多用于便攜式測量。
 系統(tǒng)設計原理
《智能變電站技術導則》將智能變電站分為三層：過程層、間隔層、站控層。要求間隔層與站控層采用 IEC61850 通信規(guī)約的以太網(wǎng)通信。這對裝置硬件提出更高要求。我們的做法是在原有裝置硬件基礎上新增 IED 組件，實現(xiàn)將原來已用的各種通信規(guī)約轉為 IEC61850 規(guī)約，實現(xiàn)與監(jiān)測平臺通信。結合 XZ-PD800 裝置特點，將現(xiàn)場采集裝置原有硬件控制電路和新增 IED 功能進行整合，達到功能更簡潔，成本更低，運行更穩(wěn)定。

XZGIS-800 系統(tǒng)主IED 介紹
在 XZGIS-800 系統(tǒng)中，傳感器負責采集信號，主 IED 負責將局放傳感器與噪音傳感器所采集到的信號經(jīng)濾波，放大，去噪，調試后，將調試完的信號經(jīng)串口通信或 TCP/IP 或 IEC61850 通信，上傳至后臺處進行分析判斷。主 IED 通道數(shù)可隨現(xiàn)場需求進行調整，機箱有數(shù)種可供選擇，亦可由客戶提出要求。

IED外觀如下圖：