一、技术背景:UHF 局放监测为何仍然“贵且难落地”

局部放电是高压设备绝缘劣化的早期表现形式,其能量虽小,却会持续破坏绝缘结构,是变压器、电压互感器、发电机等设备失效的重要诱因。

在多种局放检测手段中,UHF(超高频)辐射法因具备以下优势,被广泛认为是最适合变电站现场应用的技术路线之一:

  • 非接触、非侵入式
  • 对工频干扰和电晕放电不敏感
  • 适合带电长期在线监测

但在实际工程中,UHF 局放监测长期面临一个现实问题:
对高速示波器和高采样率 ADC 的依赖,导致系统成本高、部署复杂,难以规模化应用。

二、整体思路:用“包络信息”替代“原始超高速波形”

针对上述问题,该方案提出了一种新的工程化思路:

不再追求完整还原 UHF 原始脉冲,而是提取“对监测有价值的信息载体”——局放信号包络。

通过在模拟前端完成信号整形、滤波与包络检测,仅保留与局放特征强相关的信息,再进行数字化采集,从而显著降低:

  • 采样率需求
  • 硬件复杂度
  • 系统整体成本

三、UHF 局放监测装置的系统结构

3.1 系统总体框架

UHF 局部放电监测装置总体结构示意图
UHF 局部放电监测装置总体结构示意图

图片说明:系统由 UHF 天线、模拟调理电路、包络检测、FPGA 数据采集与通信模块组成,实现从辐射信号到数字特征的完整链路。

系统主要分为三个功能阶段:

  • UHF 辐射信号接收
  • 模拟调理与包络提取
  • 数字采集与数据传输

3.2 UHF 天线与前端频段选择

系统采用专用 UHF 微带天线,工作频段约为 487–1500 MHz,具有以下工程意义:

  • 覆盖主流 UHF 局放频段
  • 天然抑制 300 MHz 以下的电晕放电干扰
  • 可直接部署于户外变电站或设备本体附近
UHF 天线结构及现场应用示意
UHF 天线结构及现场应用示意
  • (a) 天线尺寸与结构
  • (b) 天线在 69 kV 变电站中的实际安装

四、信号调理与低速采集设计

4.1 模拟调理链路设计

UHF 局放监测装置应用结构示意
UHF 局放监测装置应用结构示意

图片说明:UHF 信号经高通滤波、低噪声放大、包络检测与低通滤波后进入数字采集模块

关键设计包括:

  • 100 MHz 高通滤波:抑制工频及其谐波
  • 低噪声放大器(LNA):避免信号在包络检测前衰减
  • RF 包络检测:提取局放脉冲能量变化趋势
  • 10 MHz 低通滤波:降低后端采样率需求

实验表明,局放包络的主要能量集中在 10 MHz 以下,关键统计特征不会因低通滤波而丢失。

4.2 FPGA 采集与触发策略

数字采集系统结构示意图
数字采集系统结构示意图

图片说明:系统采用 FPGA + ADC 架构,以 100 MS/s 对包络信号进行采样,并通过阈值触发减少无效数据。

工程优势包括:

  • 采样率从 GHz 级降至 100 MS/s
  • 触发采集减少数据冗余
  • 支持长期在线运行

五、原型装置设计与抗干扰措施

5.1 结构与屏蔽设计

UHF 局放监测装置原型实物图
UHF 局放监测装置原型实物图

图片说明:装置整体采用紧凑式设计,便于现场快速部署。

装置外观与内部屏蔽结构
装置外观与内部屏蔽结构
  • (a) 外部接口与操作结构
  • (b) 内部电磁屏蔽与接地设计

设计要点:

  • 全金属屏蔽外壳
  • 内部统一接地
  • 电池供电,避免外部电源噪声

六、实验验证与信号一致性分析

6.1 与 HFCT 的对比验证

为验证检测结果的可靠性,引入 HFCT 作为参考测量手段。

HFCT 与 UHF 包络信号的时间对齐对比
HFCT 与 UHF 包络信号的时间对齐对比
  • (a) 36 kV 电压互感器
  • (b) 发电机定子线棒

结果表明:

  • 两种传感方式在放电发生时间上高度一致
  • 验证了 UHF 包络检测的有效性

6.2 包络信号与时频特征

不同设备的 UHF 局放包络信号
不同设备的 UHF 局放包络信号

图片说明:不同设备的局放包络在幅值、持续时间等方面存在明显差异。

局放包络信号的时频分布(STFT)
局放包络信号的时频分布(STFT)

图片说明:信号能量主要集中在 10 MHz 以下,与系统滤波设计一致。

七、局放源识别:从信号到“设备类型判断”

7.1 特征提取与机器学习建模

从每个局放包络中提取统计特征,包括:

  • 峭度(Kurtosis)
  • 能量(Energy)
  • 峰值因子(Crest Factor)

采用随机森林模型进行分类。

表1 特征重要性排序结果

变电站的 UHF 局部放电在线监测与定位方案研究


表2 特征相关性分析结果

变电站的 UHF 局部放电在线监测与定位方案研究

实验发现,仅使用 3 个核心特征 即可获得更优识别效果。

7.2 分类结果

表3 局放源识别混淆矩阵

变电站的 UHF 局部放电在线监测与定位方案研究

结果显示:

  • 分类准确率 超过 98%
  • 误判率低且分布均衡
  • 模型具备良好泛化潜力

八、局放定位:基于能量分布的热力图方法

8.1 多测点能量分布

基于 UHF 能量分布的局放热力图
基于 UHF 能量分布的局放热力图
  • (a) 9 个测点
  • (b) 不同传感器组合下的定位效果

结论表明:

  • 局放源附近能量明显更高
  • 最近测点对定位精度最关键
  • 适合构建无线传感器网络

表4 各测点 HFCT 功率一致性验证结果

变电站的 UHF 局部放电在线监测与定位方案研究

九、工程价值与应用前景

综合实验结果可得:

  • 无需高速示波器即可实现 UHF 局放监测
  • 包络信号足以支撑识别与定位
  • 成本、功耗、部署复杂度显著降低

该方案非常适合:

更多信息

  • 局放传感器厂家推荐—电力设备安全的守护者

    局放传感器厂家推荐—电力设备安全的守护者

    在电力设备的绝缘状态监测领域,局部放电(局放)是评估设备健康状态的重要手段。选择一款高性能的局放传感器,能够帮助电力企业及时掌握设备隐患,避免因绝缘故障带来的停电、设备损坏等风险。因此,选择一家专业的局放传感器厂家尤为关键。 珠海华网科技,专注于电力设备带电检测与局放在线监测技术,经过多年的研发与应用实践,已经成长为国内领先的局放传感器厂家。公司产品涵盖特高频局放传感器、超声波局放传感器、暂态地电波局放传感器等多种系列,适配GIS、变压器、开关柜、输电线路等多种应用场景。 核心优势 1、产品性能…

  • 局放传感器的作用

    局放传感器的作用及其在电力设备监测中的应用

    局放传感器(Partial Discharge Sensor)是一种专用于监测电力设备内部局部放电现象的高精度传感器。局部放电(Partial Discharge,简称PD)是电力设备运行中常见的一种放电现象,通常发生在绝缘材料的局部区域。它是电力设备绝缘老化、缺陷、破损等问题的早期信号,及时监测和定位局放现象对于保障电力设备的安全运行至关重要。 局放传感器的工作原理 局放传感器通过高频电流、超声波、特高频等多种监测方法捕捉和分析电力设备运行中的局部放电信号。不同类型的局放传感器会根据应用需求,…

  • 什么是局部放电

    什么是局部放电?电力设备故障背后的隐形杀手解析

    在电力系统运维中,有一个概念被越来越多的人提及——局部放电。它不像短路那样直接导致断电,却常常是设备绝缘劣化、系统隐患的“前兆信号”。 那么,什么是局部放电?它为什么重要?又该如何监测?本文试图用通俗的语言来解答这些问题。 一、什么是局部放电? 局部放电(Partial Discharge,简称PD)是指电气设备内部绝缘结构中某一个局部区域发生的电气击穿现象,而这种放电没有立即贯穿整个绝缘结构。 你可以把它理解为:设备内部的某个“薄弱环节”出现了微小的放电现象,就像墙体裂缝中渗水一样,不会立刻引…

  • 三合一局放传感器部署环网柜

    三合一局放监测装置:一次部署,多重守护!

    在电力系统日益复杂的今天,局部放电监测已成为保障电气设备绝缘安全的关键手段。传统单一检测方式已难以满足对隐患“早发现、早预警”的需求。 珠海华网科技研发的智能三合一局放传感器监测装置,融合多项核心检测技术,实现局放监测从“单点感知”到“立体感知”的跃升,助力用户迈入更加智能、高效的运维新时代。 一体集成三种检测技术,局放隐患无所遁形 华网科技智能三合一局放传感器,集成了: 1)TEV(暂态地电压)检测2)AA(超声波)检测3)环境温湿度监测 通过同时采集电信号、机械信号与环境信息,实现对局部放电…

  • 电缆超声波局放检测新突破,守护电力设备隐患“零死角”

    电缆超声波局放检测新突破,守护电力设备隐患“零死角”

    在电力系统中,电缆作为传输电能的关键通道,其绝缘状态直接决定着供电的安全与稳定。然而,电缆在长期运行过程中,受潮、老化、局部损伤等因素,极易诱发局部放电现象,导致绝缘性能逐步劣化,最终可能引发电缆故障甚至电网事故。如何精准、高效地对电缆等设备进行局放检测,成为电力运维的核心命题。 珠海华网科技自主研发的HMJ9001-QW系列无线多功能局部放电检测仪,在电缆局放检测领域带来了全新的解决方案。该系列产品集成了暂态地电波、超声波、高频电流、特高频等多种检测技术,能够针对不同类型、不同结构的电力设备,…

  • 手持式局部放电检测仪——电力设备安全巡检必备

    手持式局部放电检测仪——电力设备安全巡检必备

    随着电力系统设备日益复杂,开关柜、环网柜、GIS、变压器、电缆及架空线路的绝缘健康成为运维的重要指标。局部放电是绝缘老化和潜在故障的前兆信号,早期检测对于预防停电和设备损坏至关重要。 手持式局部放电检测仪作为现场运维的利器,采用先进传感技术,能够高效捕捉暂态地电波、超声波、高频电流及特高频信号,快速判断设备是否存在局部放电。设备体积小、操作简便,便于在各类电力设施巡检中使用,提高巡检效率和安全性。 该仪器不仅支持局放信号的实时检测,还具备智能分析功能,能够对不同放电类型进行识别,并提供故障等级提…

联系我们

联系我们

13680390857

服务热线:0756-3818968

邮件:huawang@huwor.com.cn

地址:珠海市高新区科技一路168号珠高数字能源园区9楼

关注微信
关注微信
分享本页
返回顶部