二、局部放电的在线测量

接下来介绍局部放电的在线测量。电力设备中若产生局部放电都会有一些物理参数的变化，对其中任何一个参数进行检测的话就会有与之相对应的方法，比如：从局部放电发光的角度检测就有光测法，如果是从局部放电放射出的电磁波角度进行检测就有超高频法；如果从超声波的角度进行测量的话就有超声波检测法等等。针对超声检测法，有一些新的方法得以尝试，如图4所示。

图4 光纤超声传感器的工作原理示意图

图中，先将一根光纤埋到变压器油中，局部放电时会产生超声波，当超声波作用在光纤表面上时会产生变形，从而把超声波信号的变化转变成光信号的变化以实现局部放电的测量。实际应用时把光纤埋在变压器油中，会有其他的压力信号作用在光纤上面，如何区分光纤变化是局部放电引起的，还是其他信号引起的则是一个现实的问题。

目前，我们开展的局部放电在线测量研究，是基于典型的局部放电测量方法——脉冲电流法，如图5所示。

图5 典型的脉冲电流法局部放电测量系统示意图

图中：方法A是串联一个CT，然后通过示波器进行观察，方法B则是加入耦合电容和阻抗，通过检测阻抗上的信号来分析和判断局部放电。无论采用哪种方法，要么有耦合电容和检测阻抗的接入，要么要穿心式的CT介入，因而很难实现在线测量，那么有没有一种非接触式的脉冲电流测试方法呢？这就是我们最近开展的研究工作，即利用巨磁电阻传感器进行脉冲电流的测量。

当磁场变化时，会引起巨磁电阻传感器中材料电阻率的变化，因而通过测量电阻的变化即可反映磁场的变化。1988年，巨磁电阻效应由法国和德国的科学家各自独立发现，两位科学家也因此获得了2007年的诺贝尔物理学奖。巨磁电阻效应的最大优点就是灵敏度高，一个很成功的应用就是极大地增加了磁盘记录装置的容量，使得TB量级甚至是更大容量的磁盘成为可能。此外，巨磁电阻传感器可以实现静态磁场和动态磁场的同时测量，具有较高的带宽能够用于脉冲电流的测量，最后就是巨磁电阻传感器易于实现非接触测量。

考虑到巨磁电阻传感器的诸多优点，我们尝试将其用于局部放电测量。基于脉冲电流法，利用巨磁电阻传感器交直流两用及非接触式测量的优点，使得巨磁电阻传感器在线局部放电测量成为可能。实际应用时采用两个巨磁电阻传感器进行差分采样，以消除背景噪声干扰的影响，之后进行数据采集、信号分析以及和上位机间的通信。图6所示的实物电路板可看出其体积小的优势，同时在交流测量时采用多匝线圈以加强磁场，使传感器信号得到了强化，最终实现了脉冲电流的测量。利用标准脉冲波形发生器进行了测试，分别测量50pC、100pC、500pC情况下的测量结果，如表1所示。从中可以看出，测量误差不超过4%，放电量越大误差越小，装置的可行性得到了验证。

图6 巨磁电阻传感器实物图

表1 校准脉冲波形发生器下的测量结果

整套装置也在电科院进行了测试，从测试报告中可以看出，该系统能够测量20pC以上的视在电荷量。同时，对装置的电流测量能力也进行了测试，直流电流的情况下，当被测电流值小于1mA时，测量误差不大于±10μA，当被测电流值大于1mA时，测量误差不大于标准值的1%；交流电流情况下，同样可以达到要求。测试报告充分证明了整套装置测量交直流的精度是可以保证的，因此可以将其应用于局部放电的测量。

作者简介：钱政，北京航空航天大学教授。中国仪器仪表学会传感器分会理事、中国仪器仪表行业协会传感器分会理事。

2000年博士毕业于西安交通大学电气工程学院电气工程专业，2002年9月从清华大学电工学科博士后流动站出站。现为北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院本科教学副院长，测试计量技术及仪器专业博士生导师。

承担《信号与测试技术》、《智能化传感技术》、《误差分析与数据处理》等课程的教学工作。主编《测试误差分析与数据处理》教材一部，参编《现代电气检测技术》、《智能化传感技术与系统》、《传感器接口与检测仪器电路》教材，从事现代电气检测技术和智能化传感技术的研究工作。

参加过国家自然科学基金重点项目、国家自然科学基金项目及航空基金项目等多项科研项目。目前主持北京市自然科学基金项目及多项横向合作项目。

获省部级科技奖励2项。在国内外期刊及会议上发表学术论文70余篇，其中SCI、EI、ISTP三大检索系统检索30余篇。