對于局部放電的檢測與研究,國外起始于上世紀(jì)50-60年代。日本、加拿大、德國等國家相繼開發(fā)了許多變壓器局部放電檢測系統(tǒng),在實際應(yīng)用中也取得了一定的效果,如德國1996年研制的局放在線監(jiān)測系統(tǒng),通過一定方法分別得到局放的電容性信號和電感性信號,對兩路信號進(jìn)行軟件濾波消除干擾并送入計算機進(jìn)行處理,系統(tǒng)的抗干擾能力較強,靈敏度也很高。在國內(nèi),清華大學(xué)電機系于90年代初研制出在線監(jiān)測變壓器局部放電的計算機系統(tǒng),可同時采集局部放電電信號和超聲波信號,并通過光纖傳送數(shù)據(jù),有較強的抗電磁干擾能力。
在變壓器的局部放電超聲波檢測方面,國外的是美國物理聲學(xué)公司(PAC),其產(chǎn)品建立在上百臺大型電力變壓器檢測所建立的數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)上,有較強的定位能力;在國內(nèi),武漢高壓研究院也取得了一系列科研成果。該院在吸收美、法、日等國成功經(jīng)驗的基礎(chǔ)上,結(jié)合國家大型攻關(guān)項目開發(fā)的JFD-2A超聲定位系統(tǒng),集高靈敏度局放聲測探頭、高速數(shù)據(jù)采集單元、功能全面的故障定位軟件包于一體,適用于對大型變壓器及其它充油電氣設(shè)備的局部放電超聲波信號進(jìn)行采集、分析與故障定位,現(xiàn)場靈敏度<300PC,定位誤差<25cm。
目前,影響變壓器局部放電超聲波定位系統(tǒng)性能的主要因素是信號干擾與定位誤差。局放信號的干擾有很多,如現(xiàn)場的機械振動噪聲、電力系統(tǒng)中的載波通訊及保護(hù)信號、可控硅閉合或開斷及地網(wǎng)中產(chǎn)生的脈沖型周期性信號等等。對于信號干擾的處理,國內(nèi)外學(xué)者結(jié)合信號系統(tǒng)理論、控制理論、數(shù)值理論的發(fā)展,針對性地提出了多種降噪方法,如數(shù)字濾波、自適應(yīng)濾波、小波分析等,這些新方法的應(yīng)用對于提高測量精度有很大幫助。但是,由于現(xiàn)場情況復(fù)雜多變,各類方法的降噪性能都有一定的局限性。另外,局放聲測探頭抗干擾能力的提高也是信號降噪的關(guān)鍵因素,國內(nèi)外許多科研機構(gòu)與公司也正在這一領(lǐng)域開展研究,目前,國外的Biddle Instruments公司、Power Diagnostix公司、國內(nèi)的西安電工研究所西海公司、武漢高壓研究院等都研制出了自己的高性能探頭產(chǎn)品。
局放超聲定位的傳統(tǒng)算法是電一聲時延球面法和聲一聲時延雙曲面法。以此為基礎(chǔ),近年來不斷有新的改進(jìn)方法提出,如模式識別法,它不用考慮迭代計算的發(fā)散問題,能避免因放電點在變壓器邊緣而出現(xiàn)的定位出界;單元搜索法,它視等值聲速為變量,能避免聲速值選取不當(dāng)產(chǎn)生的誤差;定位遺傳算法,它對初始點無可行性要求,問題維數(shù)不受限制,能夠有效地防止陷入局部zui小。這些方法都是以聲信號時延為計算條件的,定位精度目前還不夠理想,甚至?xí)霈F(xiàn)定位失敗的情況。影響定位效果的主要因素是:由于超聲波在變壓器內(nèi)部的傳播過程很復(fù)雜,傳播路徑無法事先預(yù)知,加上傳播聲速受到諸多因素的影響,不是一個恒定值,因此,難以獲得代表真實定位信息的時延;另外,由于檢測手段有限,加上干擾噪聲的影響時延本身的測量精度也不高,往往有數(shù)μs到數(shù)十μs的誤差。