二、局部放電的在線測(cè)量
接下來(lái)介紹局部放電的在線測(cè)量。電力設(shè)備中若產(chǎn)生局部放電都會(huì)有一些物理參數(shù)的變化，對(duì)其中任何一個(gè)參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)的話就會(huì)有與之相對(duì)應(yīng)的方法，比如：從局部放電發(fā)光的角度檢測(cè)就有光測(cè)法，如果是從局部放電放射出的電磁波角度進(jìn)行檢測(cè)就有超高頻法；如果從超聲波的角度進(jìn)行測(cè)量的話就有超聲波檢測(cè)法等等。針對(duì)超聲檢測(cè)法，有一些新的方法得以嘗試，如圖4所示。
圖4 光纖超聲傳感器的工作原理示意圖圖中，先將一根光纖埋到變壓器油中，局部放電時(shí)會(huì)產(chǎn)生超聲波，當(dāng)超聲波作用在光纖表面上時(shí)會(huì)產(chǎn)生變形，從而把超聲波信號(hào)的變化轉(zhuǎn)變成光信號(hào)的變化以實(shí)現(xiàn)局部放電的測(cè)量。實(shí)際應(yīng)用時(shí)把光纖埋在變壓器油中，會(huì)有其他的壓力信號(hào)作用在光纖上面，如何區(qū)分光纖變化是局部放電引起的，還是其他信號(hào)引起的則是一個(gè)現(xiàn)實(shí)的問(wèn)題。
目前，我們開(kāi)展的局部放電在線測(cè)量研究，是基于典型的局部放電測(cè)量方法——脈沖電流法，如圖5所示。
圖5 典型的脈沖電流法局部放電測(cè)量系統(tǒng)示意圖圖中：方法A是串聯(lián)一個(gè)CT，然后通過(guò)示波器進(jìn)行觀察，方法B則是加入耦合電容和阻抗，通過(guò)檢測(cè)阻抗上的信號(hào)來(lái)分析和判斷局部放電。無(wú)論采用哪種方法，要么有耦合電容和檢測(cè)阻抗的接入，要么要穿心式的CT介入，因而很難實(shí)現(xiàn)在線測(cè)量，那么有沒(méi)有一種非接觸式的脈沖電流測(cè)試方法呢？這就是我們最近開(kāi)展的研究工作，即利用巨磁電阻傳感器進(jìn)行脈沖電流的測(cè)量。
當(dāng)磁場(chǎng)變化時(shí)，會(huì)引起巨磁電阻傳感器中材料電阻率的變化，因而通過(guò)測(cè)量電阻的變化即可反映磁場(chǎng)的變化。1988年，巨磁電阻效應(yīng)由法國(guó)和德國(guó)的科學(xué)家各自獨(dú)立發(fā)現(xiàn)，兩位科學(xué)家也因此獲得了2007年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。巨磁電阻效應(yīng)的最大優(yōu)點(diǎn)就是靈敏度高，一個(gè)很成功的應(yīng)用就是極大地增加了磁盤(pán)記錄裝置的容量，使得TB量級(jí)甚至是更大容量的磁盤(pán)成為可能。此外，巨磁電阻傳感器可以實(shí)現(xiàn)靜態(tài)磁場(chǎng)和動(dòng)態(tài)磁場(chǎng)的同時(shí)測(cè)量，具有較高的帶寬能夠用于脈沖電流的測(cè)量，最后就是巨磁電阻傳感器易于實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量。
考慮到巨磁電阻傳感器的諸多優(yōu)點(diǎn)，我們嘗試將其用于局部放電測(cè)量?；诿}沖電流法，利用巨磁電阻傳感器交直流兩用及非接觸式測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)，使得巨磁電阻傳感器在線局部放電測(cè)量成為可能。實(shí)際應(yīng)用時(shí)采用兩個(gè)巨磁電阻傳感器進(jìn)行差分采樣，以消除背景噪聲干擾的影響，之后進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、信號(hào)分析以及和上位機(jī)間的通信。圖6所示的實(shí)物電路板可看出其體積小的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)在交流測(cè)量時(shí)采用多匝線圈以加強(qiáng)磁場(chǎng)，使傳感器信號(hào)得到了強(qiáng)化，最終實(shí)現(xiàn)了脈沖電流的測(cè)量。利用標(biāo)準(zhǔn)脈沖波形發(fā)生器進(jìn)行了測(cè)試，分別測(cè)量50pC、100pC、500pC情況下的測(cè)量結(jié)果，如表1所示。從中可以看出，測(cè)量誤差不超過(guò)4%，放電量越大誤差越小，裝置的可行性得到了驗(yàn)證。
圖6 巨磁電阻傳感器實(shí)物圖表1 校準(zhǔn)脈沖波形發(fā)生器下的測(cè)量結(jié)果
整套裝置也在電科院進(jìn)行了測(cè)試，從測(cè)試報(bào)告中可以看出，該系統(tǒng)能夠測(cè)量20pC以上的視在電荷量。同時(shí)，對(duì)裝置的電流測(cè)量能力也進(jìn)行了測(cè)試，直流電流的情況下，當(dāng)被測(cè)電流值小于1mA時(shí)，測(cè)量誤差不大于±10μA，當(dāng)被測(cè)電流值大于1mA時(shí)，測(cè)量誤差不大于標(biāo)準(zhǔn)值的1%；交流電流情況下，同樣可以達(dá)到要求。測(cè)試報(bào)告充分證明了整套裝置測(cè)量交直流的精度是可以保證的，因此可以將其應(yīng)用于局部放電的測(cè)量。
作者簡(jiǎn)介：錢(qián)政，北京航空航天大學(xué)教授。中國(guó)儀器儀表學(xué)會(huì)傳感器分會(huì)理事、中國(guó)儀器儀表行業(yè)協(xié)會(huì)傳感器分會(huì)理事。
2000年博士畢業(yè)于西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院電氣工程專業(yè)，2002年9月從清華大學(xué)電工學(xué)科博士后流動(dòng)站出站?，F(xiàn)為北京航空航天大學(xué)儀器科學(xué)與光電工程學(xué)院本科教學(xué)副院長(zhǎng)，測(cè)試計(jì)量技術(shù)及儀器專業(yè)博士生導(dǎo)師。
承擔(dān)《信號(hào)與測(cè)試技術(shù)》、《智能化傳感技術(shù)》、《誤差分析與數(shù)據(jù)處理》等課程的教學(xué)工作。主編《測(cè)試誤差分析與數(shù)據(jù)處理》教材一部，參編《現(xiàn)代電氣檢測(cè)技術(shù)》、《智能化傳感技術(shù)與系統(tǒng)》、《傳感器接口與檢測(cè)儀器電路》教材，從事現(xiàn)代電氣檢測(cè)技術(shù)和智能化傳感技術(shù)的研究工作。
參加過(guò)國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目及航空基金項(xiàng)目等多項(xiàng)科研項(xiàng)目。目前主持北京市自然科學(xué)基金項(xiàng)目及多項(xiàng)橫向合作項(xiàng)目。
獲省部級(jí)科技獎(jiǎng)勵(lì)2項(xiàng)。在國(guó)內(nèi)外期刊及會(huì)議上發(fā)表學(xué)術(shù)論文70余篇，其中SCI、EI、ISTP三大檢索系統(tǒng)檢索30余篇。
