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局部放電（Partial Discharge, PD）是造成電力設(shè)備電介質(zhì)老化、絕緣性能下降的重要原因之一，因此對(duì)電力設(shè)備局部放電的檢測(cè)和定位是電力設(shè)備狀態(tài)檢修和維護(hù)的重要組成部分。現(xiàn)階段對(duì)于局部放電的檢測(cè)和定位，主要是運(yùn)用特高頻（Ultra-High Frequency, UHF）檢測(cè)技術(shù)及特高頻電磁波到達(dá)時(shí)間差法。但是特高頻到達(dá)時(shí)間差法要求檢測(cè)裝置具有非常高的采樣率和時(shí)間同步精度，成本居高不下。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出了基于接收信號(hào)強(qiáng)度（Received Signal Strength Indicator, RSSI）的局部放電定位技術(shù)。該方法具有成本低、環(huán)境適應(yīng)好等優(yōu)點(diǎn)，但是已有研究需要預(yù)先建立RSSI指紋庫(kù)，才能對(duì)局部放電進(jìn)行在線定位，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施工作量大，難以推廣應(yīng)用。

上海交通大學(xué)電氣工程系的研究人員保留特高頻檢測(cè)和接收信號(hào)強(qiáng)度方法的優(yōu)點(diǎn)，并針對(duì)以上問(wèn)題，采用概率統(tǒng)計(jì)中最大似然估計(jì)方法，提出了一種基于接收信號(hào)強(qiáng)度功率和最大似然估計(jì)的局部放電測(cè)向方法。

其基本原理是通過(guò)特高頻無(wú)線傳感器陣列獲取局部放電電磁波信號(hào)的功率強(qiáng)度數(shù)據(jù)，再根據(jù)特高頻無(wú)線傳感器自身的接收信號(hào)模型，結(jié)合最大似然估計(jì)方法來(lái)確定放電方向。最大似然估計(jì)是基于統(tǒng)計(jì)學(xué)中的概率模型，通過(guò)觀察樣本數(shù)值并利用系統(tǒng)的概率分布函數(shù)，來(lái)推斷符合當(dāng)前狀態(tài)的最大概率的情況，從而得到測(cè)向結(jié)果。

不同于傳統(tǒng)變電站局部放電特高頻定位方法，研究人員提出的基于特高頻無(wú)線傳感器陣列的測(cè)向方法只需同步采集特高頻局部放電信號(hào)檢波后的功率，無(wú)需對(duì)特高頻信號(hào)時(shí)域波形進(jìn)行高速采樣。

傳感器結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中傳感器上層空間放置信號(hào)處理電路，下層空間放置印制電路板（Printed Circuit Board, PCB）特高頻天線。傳感器下層空間的天線外部用可透電磁波材料封裝，其余所有結(jié)構(gòu)均為金屬以屏蔽電磁信號(hào)。

具體地，研究人員將4個(gè)特高頻無(wú)線傳感器兩兩相背放置在一個(gè)平臺(tái)上，將可透電磁波的一側(cè)朝外，4個(gè)傳感器的朝向分別間隔90°，形成如圖2所示的傳感器陣列。

圖1 局部放電特高頻無(wú)線傳感器結(jié)構(gòu)

圖2 傳感器陣列示意圖

在局部放電測(cè)向之前，需對(duì)特高頻無(wú)線傳感器陣列建立接收信號(hào)模型。以特高頻傳感器陣列為圓心，在傳感器陣列外圍一圈平均劃分18等份，選取18個(gè)測(cè)試點(diǎn)，入射方位角◆設(shè)為10°～350°，每個(gè)點(diǎn)方位角相差20°。

圖3 無(wú)線傳感器陣列的天線接收信號(hào)模型

利用標(biāo)準(zhǔn)放電源在每個(gè)點(diǎn)上進(jìn)行多次放電，對(duì)每個(gè)傳感器在同一個(gè)點(diǎn)上接收到的多個(gè)接收信號(hào)強(qiáng)度功率數(shù)值取平均值，得到傳感器陣列接收功率信號(hào)數(shù)組◆。對(duì)數(shù)組◆進(jìn)行歸一化處理，得到該傳感器陣列的天線接收信號(hào)模型，具體如圖3所示。

圖4 局部放電測(cè)向流程

圖5 特高頻局部放電測(cè)向系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)示意圖

圖6 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)

整個(gè)局部放電定向過(guò)程如圖4所示，測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)對(duì)局部放電進(jìn)行定向時(shí)，根據(jù)采集到的局部放電接收信號(hào)強(qiáng)度數(shù)值，利用最大似然估計(jì)和預(yù)先建立好的特高頻天線接收信號(hào)模型來(lái)獲得測(cè)向結(jié)果。

研究人員最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證該方法，測(cè)試結(jié)果表明，該方法的平均測(cè)向誤差小于7°，且成本更低、現(xiàn)場(chǎng)使用更加便捷。

研究人員最后指出：

• 1）利用特高頻無(wú)線傳感器陣列接收信號(hào)強(qiáng)度功率和最大似然估計(jì)的局部放電測(cè)向方法可實(shí)現(xiàn)對(duì)局部放電源的測(cè)向，實(shí)驗(yàn)室環(huán)境測(cè)試表明其精度與傳統(tǒng)時(shí)差法類似。
• 2）對(duì)局部放電特高頻RSSI數(shù)據(jù)的最大似然估計(jì)分析充分利用了特高頻監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特性及累積效應(yīng)，可有效地給出局部放電源的測(cè)向結(jié)果。而插值和聚類分析的應(yīng)用進(jìn)一步提高了測(cè)向精度。
• 3）后續(xù)工作中將重點(diǎn)開展該系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試及多源局部放電源定向功能等工作。

以上研究成果發(fā)表在2020年第12期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》，論文標(biāo)題為“基于接收信號(hào)強(qiáng)度功率和最大似然估計(jì)的特高頻局部放電測(cè)向方法”，作者為吳凡、羅林根、王輝、盛戈皞、江秀臣。