二、局部放電的在線(xiàn)測量
接下來(lái)介紹局部放電的在線(xiàn)測量。電力設備中若產(chǎn)生局部放電都會(huì )有一些物理參數的變化，對其中任何一個(gè)參數進(jìn)行檢測的話(huà)就會(huì )有與之相對應的方法，比如：從局部放電發(fā)光的角度檢測就有光測法，如果是從局部放電放射出的電磁波角度進(jìn)行檢測就有超高頻法；如果從超聲波的角度進(jìn)行測量的話(huà)就有超聲波檢測法等等。針對超聲檢測法，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，從而把超聲波信號的變化轉變成光信號的變化以實(shí)現局部放電的測量。實(shí)際應用時(shí)把光纖埋在變壓器油中，會(huì )有其他的壓力信號作用在光纖上面，如何區分光纖變化是局部放電引起的，還是其他信號引起的則是一個(gè)現實(shí)的問(wèn)題。
目前，我們開(kāi)展的局部放電在線(xiàn)測量研究，是基于典型的局部放電測量方法——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量系統示意圖圖中：方法A是串聯(lián)一個(gè)CT，然后通過(guò)示波器進(jìn)行觀(guān)察，方法B則是加入耦合電容和阻抗，通過(guò)檢測阻抗上的信號來(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阻抗的接入，要么要穿心式的CT介入，因而很難實(shí)現在線(xiàn)測量，那么有沒(méi)有一種非接觸式的脈沖電流測試方法呢？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)行脈沖電流的測量。
當磁場(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)測量電阻的變化即可反映磁場(chǎng)的變化。1988年，巨磁電阻效應由法國和德國的科學(xué)家各自獨立發(fā)現，兩位科學(xué)家也因此獲得了2007年的諾貝爾物理學(xué)獎。巨磁電阻效應的最大優(yōu)點(diǎn)就是靈敏度高，一個(gè)很成功的應用就是極大地增加了磁盤(pán)記錄裝置的容量，使得TB量級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)現靜態(tài)磁場(chǎng)和動(dòng)態(tài)磁場(chǎng)的同時(shí)測量，具有較高的帶寬能夠用于脈沖電流的測量，最后就是巨磁電阻傳感器易于實(shí)現非接觸測量。
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量的優(yōu)點(diǎn)，使得巨磁電阻傳感器在線(xiàn)局部放電測量成為可能。實(shí)際應用時(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)行數據采集、信號分析以及和上位機間的通信。圖6所示的實(shí)物電路板可看出其體積小的優(yōu)勢，同時(shí)在交流測量時(shí)采用多匝線(xiàn)圈以加強磁場(chǎng)，使傳感器信號得到了強化，最終實(shí)現了脈沖電流的測量。利用標準脈沖波形發(fā)生器進(jìn)行了測試，分別測量50pC、100pC、500pC情況下的測量結果，如表1所示。從中可以看出，測量誤差不超過(guò)4%，放電量越大誤差越小，裝置的可行性得到了驗證。
圖6 巨磁電阻傳感器實(shí)物圖表1 校準脈沖波形發(fā)生器下的測量結果
整套裝置也在電科院進(jìn)行了測試，從測試報告中可以看出，該系統能夠測量20pC以上的視在電荷量。同時(shí)，對裝置的電流測量能力也進(jìn)行了測試，直流電流的情況下，當被測電流值小于1mA時(shí)，測量誤差不大于±10μA，當被測電流值大于1mA時(shí)，測量誤差不大于標準值的1%；交流電流情況下，同樣可以達到要求。測試報告充分證明了整套裝置測量交直流的精度是可以保證的，因此可以將其應用于局部放電的測量。
作者簡(jiǎn)介：錢(qián)政，北京航空航天大學(xué)教授。中國儀器儀表學(xué)會(huì )傳感器分會(huì )理事、中國儀器儀表行業(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(zhuān)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(cháng)，測試計量技術(shù)及儀器專(zhuān)業(yè)博士生導師。
承擔《信號與測試技術(shù)》、《智能化傳感技術(shù)》、《誤差分析與數據處理》等課程的教學(xué)工作。主編《測試誤差分析與數據處理》教材一部，參編《現代電氣檢測技術(shù)》、《智能化傳感技術(shù)與系統》、《傳感器接口與檢測儀器電路》教材，從事現代電氣檢測技術(shù)和智能化傳感技術(shù)的研究工作。
參加過(guò)國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項目、國家自然科學(xué)基金項目及航空基金項目等多項科研項目。目前主持北京市自然科學(xué)基金項目及多項橫向合作項目。
獲省部級科技獎勵2項。在國內外期刊及會(huì )議上發(fā)表學(xué)術(shù)論文70余篇，其中SCI、EI、ISTP三大檢索系統檢索30余篇。
