局部放�既是GIS絕緣劣化的征兆和表現(xiàn)形式,又是絕緣�(jìn)一步劣化的原因。由于絕緣擊穿的后果�(jīng)常比較嚴(yán)�,因而受到國(guó)�(nèi)外的�(guān)�。顯然,�(duì)GIS�(jìn)行局部放電檢�(cè)能夠有效地發(fā)�(xiàn)其內(nèi)部早期的絕緣缺陷,以便采取措施,避免其�(jìn)一步發(fā)�,提高GIS的可靠�。它還可以彌�(bǔ)耐壓試驗(yàn)的不�,通過局部放電在線監(jiān)�(cè)能發(fā)�(xiàn)GIS制造和安裝的“清潔度",能�(fā)�(xiàn)絕緣制造工藝和安裝過程中的缺陷、差�(cuò),并能確定故障位�,從而�(jìn)行有效的處理,確保設(shè)備的安全�(yùn)�。因�,開展GIS局部放電在線監(jiān)�(cè)研究具有十分重要的現(xiàn)�(shí)意義�
GIS局部放電在線監(jiān)�(cè)方法 人們隨著GIS在電力系�(tǒng)中的重要性的提高,為保證GIS�(zhǎng)期可靠運(yùn)�,對(duì) 其絕緣診斷也愈來愈得到重�。作為判斷GIS絕緣狀況的有效手段,GIS中局� 放電的檢�(cè)技�(shù)也迅速發(fā)展起�。局部放電測(cè)量的方法很多,都是根�(jù)局部放� 過程中所�(fā)生的物理和化�(xué)效應(yīng),通過�(cè)量局部放電所�(chǎn)生的電荷交換、能量的 損失、發(fā)射的電磁�、發(fā)出的聲和光以及生成一些新的生成物等信�,來表征局 部放電的狀�(tài)。這些信息總結(jié)起來有電信息和非電信息兩大類,由此局部放電測(cè) 量方法可以分為電�(cè)法和非電�(cè)法兩大類,其具體主要可分為以下五種方法:
(1)耦合電容法:又稱為脈沖電流法,它利用貼在GIS外殼上的電容� 極耦合探測(cè)局部放電在�(dǎo)體芯上引起的電壓變化。該方法�(jié)�(gòu)�(jiǎn)�,便于實(shí)�(xiàn)� 但是在現(xiàn)�(chǎng)�(cè)試時(shí),無法識(shí)別與多種噪聲混雜在一起的局部放電信�(hào),因此這種 方法的使用推廣受到了很大限制�
(2)UHF法:英國(guó)Strathclyde大學(xué)提出的UHF法目前已�(jīng)�(yīng)用到GIS生產(chǎn) 和運(yùn)行中,它是一種利用超高頻頻率信號(hào)�(jìn)行局部放電在線監(jiān)�(cè)的方�。在UHF 法中傳感器并非起耦合的作�,而是接收UHF信號(hào)的天�,所以UHF法的原理 與脈沖電流法是不同的�
GIS�(nèi)部發(fā)生局部放電時(shí),由于放電點(diǎn)處電荷的迅速轉(zhuǎn)�,形成持�(xù)�(shí)間很� 的電流脈�(ns�(jí)),并�(chǎn)生頻率分量極其豐富的電磁信號(hào)(高達(dá)GHz),通過 傳感局部放電所�(chǎn)生的電信�(hào)�(jìn)行局部放電檢�(cè),有可能�(shí)�(xiàn)較高的靈敏度,并 能夠及時(shí)�(fā)�(xiàn)早期的的局部放�。局部放電電信號(hào)傳感面臨的關(guān)鍵困難是電磁干擾問題�
GIS局部放電在線檢�(cè) 要求在GIS�(yùn)行的�(xiàn)�(chǎng)條件下�(jìn)行檢�(cè),由于電暈放電等原因,現(xiàn)�(chǎng)條件下存� 大量的電磁干擾信�(hào)。尤其常�(guī)局部放電檢�(cè)所使用的頻�(幾十kI-Iz~幾百kHz)� 干擾信號(hào)的強(qiáng)度有可能�(yuǎn)�(yuǎn)大于所要檢�(cè)的局部放電信�(hào),使得局部放電檢�(cè)� 電信�(hào)傳感器無法實(shí)�(xiàn)。GIS局部放電檢�(cè)的UHF傳感方法正是針對(duì)抗電磁干� 問題提出�。并在UHF頻段�(nèi)選擇合適的頻段�(jìn)行局部放電的電信�(hào)傳感,其抗電磁干擾原理是� GIS�(yùn)行現(xiàn)�(chǎng)的干擾源主要有:架空線和變電站母線上的電暈放�,導(dǎo)體接� 不良�(chǎn)生的電弧放電,站�(nèi)可控硅產(chǎn)生的�(qiáng)電脈�,其他設(shè)備內(nèi)部的放電,無� 電波,載波通訊,系�(tǒng)�(nèi)開關(guān)�(dòng)作等。研究表�,這些干擾主要集中�300MHz 以下頻段�
雖然也存在超高頻干擾信號(hào),由于傳播路徑上衰減很快,并且很 容易被屏蔽,因此一般不能到�(dá)GIS。相比之下,GIS的同軸結(jié)�(gòu)是一�(gè)良好的波 �(dǎo),其�(nèi)部的局部放電輻射出的超高頻電磁波可在內(nèi)部有效地傳播,因此,選擇 超高頻段的電磁信�(hào)作為檢測(cè)信號(hào),可以避開常�(guī)電氣�(cè)試方法中難以�(shí)別的電力系統(tǒng)中干�,顯著提高了局部放電檢�(cè)的信噪比(S/N)�
部放電超高頻傳感器的特點(diǎn)如下�
a.UHF頻段信號(hào)傳感,避開了電網(wǎng)中主要電磁干擾的頻率,具有良好的抗電 磁干擾能��
b.局部放電的電磁信號(hào)傳感,能�?qū)崿F(xiàn)良好的檢�(cè)靈敏��
c.根�(jù)電磁脈沖信號(hào)的衰減和�(shí)�,可�(jìn)行故障定��
d.根�(jù)放電脈沖的波形特征和UHF信號(hào)的頻譜特�,可�(jìn)行故障診��
e.UHF傳感器的有效檢測(cè)范圍�,檢�(cè)�(diǎn)�,檢�(cè)效率高,適用于自�(dòng)在線 �(jiān)�(cè)系統(tǒng)� 鑒于超高頻傳感的上述特點(diǎn),近年來這種方式受到了廣泛的重視和研�,已成為GIS局部放電在線監(jiān)�(cè)的主要傳感方�,并得到了實(shí)際的�(yīng)��
UHF法最主要的優(yōu)�(diǎn)是:高靈敏度,并能通過放電源到不同傳感器的�(shí)間差 �(duì)放電源�(jìn)行精確定�。它�(duì)傳感器的采集精度和寬帶要求很�,因此造價(jià)較高�
(3)超聲波監(jiān)�(cè)法:由于GIS�(nèi)部產(chǎn)生局部放電的�(shí)�,會(huì)�(chǎn)生沖擊的振動(dòng) 及聲音,因此可以利用腔體外壁上安裝的超聲波傳感器來測(cè)量局部放電信�(hào)。超 聲波法是目前使用的除UHF方法之外最成熟的局部放電監(jiān)�(cè)方法。該方法抗電� 干擾性能�,但是由于聲音信�(hào)在SF6氣體中的傳輸速率很低(�140m/s),且 信號(hào)的高頻部分衰減很�,信�(hào)通過不同的介�(zhì)的時(shí)候傳播速率不同,且在不� 材料的邊界處�(huì)�(chǎn)生反�,因此信�(hào)模式變的很復(fù)��
它要求操作人員必須具� 豐富�(jīng)�(yàn)或者受過良好培�(xùn),另外長(zhǎng)期監(jiān)�(cè)的傳感器比較�,現(xiàn)�(chǎng)使用很不方便�
(4)化學(xué)�(jiān)�(cè)法:通過分析GIS中局部放電所引起的氣體生成物含量來確� 局部放電的�(yán)重程度,但是GIS中的吸附劑和干燥劑可能會(huì)影響化學(xué)方法的測(cè)�� 斷路器正常開斷時(shí)電弧�(chǎn)生的氣體生成物,也會(huì)�(chǎn)生影�;脈沖放電產(chǎn)生的分解 物會(huì)被大量的SF6氣體所稀�,因此就局部放電監(jiān)�(cè)而言,化�(xué)方法的靈敏度很差� 另外,該方法不能作為�(zhǎng)期監(jiān)�(cè)的方法來使用�
(5)光學(xué)�(jiān)�(cè)法:光電倍增器可以監(jiān)�(cè)到甚至一�(gè)光子的發(fā)�,但是由于射 線被SE氣體和玻璃強(qiáng)烈地吸收,因此有“死角”出�(xiàn),該方法�(duì)于已知放電源� 置的�(jiān)�(cè)比較有效,但不具備對(duì)故障的定位能力。并且由于GIS�(nèi)壁光滑而引� 的反射帶來的影響,造成靈敏度不��
總結(jié)上述方法的特�(diǎn),表所示為其優(yōu)缺點(diǎn)及各種性能的比較和說明。通過�(duì)上面五種方法的比�,我們可以得出以下結(jié)論:在對(duì)GIS中產(chǎn)生的局部放電信 �(hào)的監(jiān)�(cè)方法�,UHF法是比較適用可行的方法,具體體現(xiàn)如下的優(yōu)�(shì)� 抗干擾能力強(qiáng):UHF法的檢測(cè)頻率范圍�300MHz�3000MHz(目前�(guó)�(nèi)外GIS 局部放電的�(xiàn)�(chǎng)�(shí)�(cè)中頻率不超過1700MHzt321),可避開空氣中電暈等低頻� 的干�,所�(cè)信號(hào)能全面反映絕緣系�(tǒng)GIS放電的本�(zhì)特征� 靈敏度高:可檢測(cè)到高�(dá)O�5�0�8pC的放電量,這是其他�(jiān)�(cè)方法所無法� 擬的,且可用于運(yùn)行中的設(shè)�。故障定位精度高:可高達(dá)±0�1m,且適用于各種類型的缺陷�
GIS中有可能出現(xiàn)的主要絕緣缺陷如圖所示,可以總結(jié)為以下幾�(gè)方面�
(1)固定缺陷。其中包括導(dǎo)體和外殼�(nèi)表面上的金屬突起,以及固體絕緣表 面上的微�。金屬突起通常是在制造不良和安裝損壞擦劃�(shí)造成�,導(dǎo)致毛刺且 較尖。在�(wěn)定的工頻狀�(tài)下不引起擊穿,但在快速電壓如沖擊、快速暫�(tài)過電� (Ⅵ玎o)條件下很危險(xiǎn)� (2)GIS腔體�(nèi)可以移動(dòng)的自由金屬微�。金屬微粒是最普遍的微粒,在制 �、裝配和�(yùn)行中均有可能�(chǎn)生,它有積累電荷的能力。在交流電壓�(chǎng)的影響下能夠移動(dòng),在很大程度上運(yùn)�(dòng)與放電的可能性是隨機(jī)的。當(dāng)靠近高壓�(dǎo)體且并未 接觸�(shí),放電最可能�(fā)�,且放電可能性比同樣微粒但為固定物時(shí)�10倍左��
(3)傳導(dǎo)部分接觸不良。例如靜電屏蔽和其它浮動(dòng)部件。由松動(dòng)或浮�(dòng)部件 �(chǎn)生的放電可能性很�,通常易于檢測(cè),放電趨向于反復(fù),其放電電荷在nC到gC 間轉(zhuǎn)��
(4)絕緣子制造時(shí)造成的內(nèi)部空隙和�(shí)�(yàn)閃絡(luò)引起的表面痕�,還包括或是 因電極的表面粗糙或是來自制造時(shí)嵌入的金屬微粒。此外因�(huán)氧樹脂與金屬電極 的收縮系�(shù)不同,也�(huì)形成氣泡或空�� 這些GIS的絕緣缺陷類型極有可能會(huì)在GIS中產(chǎn)生局部放�,在絕緣體中 的局部放電甚�?xí)g絕緣材料,�(jìn)一步發(fā)展成為樹枝,并導(dǎo)致絕緣擊��
一般來�,由于各種缺陷引�(fā)的局部放電具有以下特征: 在電�(chǎng)不均勻時(shí),在�(dǎo)體周圍易于發(fā)生電暈放�,由于氣體中的分子是自由 移動(dòng)的,因此GIS�(shè)備中的電暈放電過程與空氣中的電暈放電相似,在施加電壓 的正�(fù)峰值附近發(fā)生PD脈沖,隨電壓增加,PD脈沖加大,頻度增加�
GIS�(shè)備中絕緣子內(nèi)部的氣隙放電在工頻正�(fù)半周�(nèi)基本相同,即正負(fù)半周� 電指紋基本對(duì)�。放電脈沖一般出�(xiàn)在實(shí)�(yàn)電壓幅值值的上升部分,放電頻 率依賴與所加電壓大小,只有在放電強(qiáng)烈時(shí),才�(huì)�(kuò)展到電壓值下降部分的 相位�,且每次放電的大小不相等。絕緣子缺陷在出廠時(shí)可能并不出現(xiàn),但在運(yùn) 輸及安裝過程中有可能造成損傷。一些缺陷最初可能無�,只是在�(jī)械振�(dòng)和靜 電力作用下可能輕微移�(dòng),形成潛在的隱患�
絕緣子表面的缺陷(如污穢等)有助于電荷的增加,可能會(huì)形成表面放電� �(dǎo)致絕緣子表面的絕緣劣�,甚至擊穿。其放電特征是:在電流相位過零時(shí) �(fā)生小電荷的PD脈沖,隨著電壓上升有不規(guī)則的脈沖出現(xiàn)�
自由�(dǎo)電微粒和固體�(dǎo)體上金屬突起放電的相位分布有著明顯不�。這�(gè)� 征通常可以用來區(qū)分缺陷的類型。固體導(dǎo)體上金屬突起放電由于�(dǎo)電粒子不浮動(dòng)� 其放電特征是:在施加電壓峰值附近發(fā)生大PD脈沖,隨電壓上升PD電平不變� 頻度增加。GIS�(shè)備中自由�(dǎo)電微粒有積累電荷能力,在交流電壓作用�,靜電力 可使�(dǎo)電微粒在GIS筒內(nèi)跳動(dòng),如直立旋轉(zhuǎn)、舞�(dòng)�(yùn)�(dòng)等�
這種�(yùn)�(dòng)與放電的� �(xiàn)在很大程度上是隨�(jī)�,這一過程與所加電壓大小以及微粒的特性有�(guān)。如� 一�(gè)跳動(dòng)的微粒接近或�(yùn)�(dòng)至GIS�(shè)備的高場(chǎng)�(qiáng)區(qū)�(shí),伴隨產(chǎn)生的局放有可能� 成通道,造成絕緣擊穿。其放電特征:在施加電壓峰值附近有較大PD的脈�,并 �(fā)生散�,隨著電壓上�,頻度增加,電平無較大變�。相�(duì)而言,GIS�(shè)備內(nèi)� 留的金屬碎屑或金屬顆粒產(chǎn)生的各種效應(yīng)是最為嚴(yán)重的,因�,金屬顆粒的放電 �(duì)GIS�(shè)備的危害相對(duì)較大�
人�?cè)诰植糠烹姷脑诰€�(jiān)�(cè)�,主要存在兩�(gè)問題:一�(gè)是抗干擾的問題,� 一�(gè)是數(shù)�(jù)的解釋和絕緣故障模式�(shí)別問��
(一)抗干擾問� 由于干擾的種類是多樣�,表�(xiàn)出的特性也不同,找出一種有效的方法來抑 制所有的干擾是很難的,因此需要針�(duì)不同的干擾源,采取不同的措施,綜合運(yùn) �,達(dá)到抗干擾的目的。現(xiàn)�(chǎng)的干擾根�(jù)其時(shí)域特征的不同,可分為白噪聲干�� 窄帶周期性干擾和脈沖型干擾三�,而脈沖型干擾又可�(jìn)一步分為周期型脈沖� 擾和隨機(jī)脈沖干擾。由于本文應(yīng)用UHF方法來采集局部放電信�(hào),因此一些頻� 較低的干擾信�(hào)可以直接避免,這里只給出UHF方法中有可能采集到的干擾信號(hào) 源及其頻�,主要有以下幾種�
◆無線電廣播的干擾:連續(xù)的窄帶周期性干�,頻�>500kHzt
◆手�(jī)干擾:窄帶周期性干�,頻率為900MHz�1�8GHz��
� 白噪聲:包括各種隨機(jī)噪聲,如熱噪�、地�(wǎng)噪聲、配電線路以及繼電保 �(hù)信號(hào)線路中由于耦合而�(jìn)入的各種噪聲等� 以上這些干擾信號(hào)主要通過2種途徑�(jìn)入檢�(cè)系統(tǒng):一是通過電磁耦合�(jìn)� 檢測(cè)系統(tǒng),因此檢�(cè)系統(tǒng)�(yīng)有很好的屏蔽,采用隔離或光電光纖系統(tǒng)傳輸�(jiān)�(cè)� �(hào)也可抑制干擾;另外檢�(cè)系統(tǒng)本身�(chǎn)生的噪聲,它和局部放電信�(hào)混疊在一�� 用上述方法不可能抑制這種干擾通道,而需采取其它措施�
(�)�(shù)�(jù)的解釋和絕緣故障模式�(shí)� �(shí)際應(yīng)用中,人們不僅關(guān)注能否從局部放電信�(hào)中診斷出GIS綜合絕緣狀�� 還希望能從中獲取更為詳細(xì)的信�,例如絕緣劣化原因、故障類�、嚴(yán)重程度以 及故障點(diǎn)位置等等。因此必須識(shí)別出各種放電類型的特�(diǎn),估算出放電�(qiáng)�,并�(jìn)行局部放電點(diǎn)定位。如何從檢測(cè)到的PD信號(hào)中判斷局部放電類型以及GIS的絕 緣狀況是在線�(jiān)�(cè)技�(shù)的難�(diǎn)之一。這方面國(guó)�(nèi)外己�(jīng)做了大量的研究工�,但 是仍然沒有很好的解決這�(gè)問題�
目前,國(guó)�(nèi)和國(guó)際上GIS和變壓器的局部放電在線監(jiān)�(cè)技�(shù)正在蓬勃�(fā)展, 不論從硬件的�(jiān)�(cè)裝置,還是軟件的�(jiān)�(cè)方法,都有很多專家和�(xué)者們做出了� 好的成績(jī)。例如:清華大學(xué)1995�1997年相繼研制和開發(fā)出基于UHF法的便攜式局部放電檢�(cè)儀�330KV GIS和變壓器局部放電在線檢�(cè)系統(tǒng),均采用外部� 感器�(jiān)�(cè),具有較�(qiáng)的實(shí)用性,且便于放電源的定�。但是該�(shè)備對(duì)于采集到� �(hào)的分析處理不夠完�,目前還在�(jìn)一步的完善過程��
西安交通大�(xué)的電力設(shè)備電氣絕緣國(guó)家重�(diǎn)�(shí)�(yàn)室于1998年研制一種超寬頻 帶局部放電傳感器,并�(jīng)�(wǎng)�(luò)分析儀(HP8720C,掃頻帶�20GHz)�(duì)其頻率響�(yīng) 特性�(jìn)行測(cè)量證�(shí)效果較好� 英國(guó)Strathclyde大學(xué)和與NGC和Scottish Power ple�(lián)合開�(fā)了一套UHF�(jiān) �(cè)系統(tǒng)。為防止斷路器工作時(shí)�(chǎn)生快速暫�(tài)過電�(VFTO),對(duì)�(jiān)�(cè)系統(tǒng)�(yīng)采取 相應(yīng)的保�(hù),在耦合器輸出處和在UHF信號(hào)�(diào)節(jié)處安裝鉗位二極管。該系統(tǒng)采取 3種工作模式:在線、事故和歷史模式,便于日常的�(jiān)�(cè)和出�(xiàn)事故之后的情況分 �。該系統(tǒng)不是采用UHF局部放電信�(hào)�(jìn)行分析,因此�(jiān)�(cè)系統(tǒng)的精度不能加� 保證�
瑞士Zurich大學(xué)的Neuhold開發(fā)出一種結(jié)合寬帶和窄帶的多通道、實(shí)�(shí)響應(yīng) 的GIS和變壓器局部放電測(cè)量系�(tǒng)。每�(gè)�(cè)量通道包括一�(gè)低噪聲寬帶傳感器� 帶有自動(dòng)高壓暫態(tài)保護(hù)。適宜于開發(fā)過程中的�(shí)�(yàn)室測(cè)試和GIS及變壓器的長(zhǎng)� �(jiān)�(cè),裝置能初步�(shí)�(xiàn)�(duì)故障的監(jiān)�(cè)、定位和�(shí)�,但是精度不能得到保�,需 要�(jìn)一步的研究� 2001年日本名古屋大學(xué)的Toshihil"O Hoshill0提出一種新的GIS和變壓器中由 局部放電引起的電磁�(chǎng)的監(jiān)�(cè)技�(shù)一相位門極控制法。它是通過分析在SF6氣體� 局部放電信�(hào)和空氣中的外部噪聲所引起的電磁波的區(qū)�,根�(jù)在空氣中和SF6 氣體中局部放電和電壓相位角之間關(guān)系的不同而作為判斷依�(jù),該方法目前還處 于研究階��
日本大阪大學(xué)的Kawada�2000年提出一種用于寬帶電磁波(E.M)�(dòng)�(tài)� 譜分析的小波方法。這種非接觸式�(jiān)�(cè)故障征兆方法使用有高斯函�(shù)�(chǎn)生的Gabor 函數(shù)的實(shí)部作為母小波,對(duì)電磁波信�(hào)�(jìn)行小波變�。文中指出經(jīng)小波變換后的 局部放電信�(hào)能夠與其他干擾波(例如FM廣播信號(hào))清晰地分辨出�,并得出 以下�(jié)論:�(dāng)放電量很低時(shí),電磁波的主要部分在高頻�(120�200MHz);當(dāng)� 電量增加�(shí),主要部分轉(zhuǎn)換到低頻�(20�80MHz).并且低頻段的耐壓值上�。該 方法在理論上研究較多,但是實(shí)際應(yīng)用時(shí)遇到了一些問��
2002年日本Kawada又提出一種用于監(jiān)�(cè)局部放電源的超寬頻帶UHF的無� 電抗干擾系統(tǒng)(UwB.VURIS)。該系統(tǒng)根據(jù)在不同頻率下提取的兩�(gè)�(jīng)傅立葉變 換后的E.M信號(hào)之間的相位差來判斷局部放電程�,并�(jì)算出局部放電源�(fā)射出 來的電磁波的方向。這種方法是基于硬件條件完好和軟件算法精確的基�(chǔ)上,� 前還不能完全�(dá)到精度要�,需要�(jìn)一步的研究工作�
維庫(kù)電子�,電子知�(shí),一查百��
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