GIS不同绝缘缺陷的局放检测有效性对比研究

针对110 k V真型GIS试品建立了超高频检测(UHF)、超声检测(AE)及高频电流检测(HFCT)的局部放电综合检测系统,并量化对比研究了上述3种局部放电检测方法对不同类型和不同尺度绝缘缺陷检测的有效性。结果表明:当金属尖端长度小于5 mm时,各类测量方法都难以检测到额定电压下的放电脉冲,当金属尖端长度大于5 mm时,HFCT和UHF相对AE较为灵敏,HFCT和UHF能检出的最小缺陷尺度相同;当存在悬浮电极放电时,UHF最为灵敏;对于高压侧绝缘子表面颗粒缺陷,HFCT最为灵敏,当表面颗粒靠近地侧时,AE灵敏度最高;各检测方法均能在运行电压下发现尺度在0.1~2 mm的气隙缺陷。此外,在可检出绝缘缺陷的最小尺度下,HFCT和UHF可分别响应2 p C和10 p C以上的金属尖端、金属颗粒以及绝缘子气隙局部放电,而AE响应相对滞后;各检测方法的信号强度随视在放电量的变化趋势不同,UHF对放电量变化的响应最为敏感。     

GIS电晕放电监测

采用特高频(UHF)电磁波测量、常规局部放电测试以及相位测试等方法分析模型 GIS中电晕放电特征,为判断电晕放电的强度提供了一种新的方法。通过常规局部放电测试与 UHF特高频局部放电测量结果对比,可估计UHF信号所对应的放电量。     

GIS中典型局放缺陷的UHF信号与放电量的相关分析

超高频(UHF)信号与放电量的关系是局部放电UHF检测研究的难点问题,为了解GIS局部放电UHF法的检测结果与脉冲电流法的参量之间的关系,通过4种典型缺陷的局部放电模型的实验研究,比较了UHF信号的能量、二次积分、峰值电压、峰峰值、波面积等参量与放电量及放电量平方之间的联系。研究表明,UHF信号能量与其放电量平方的线性关系均具有最高的可决系数,即UHF信号能量与放电量平方之间存在线性关系;得到了UHF信号能量与其放电量之间的最佳回归曲线。研究结果对用超高频法定量检测电力设备局部放电具有重要的参考价值和指导作用。     

串联谐振下电缆局部放电的双传感器检测技术

为了实现电力电缆耐压与局部放电(partial discharge,PD)同步测试,提出了变频串联谐振下电缆局部放电的双传感器检测技术,并在实验室搭建测试平台对该技术进行了验证。首先,基于电缆局部放电信号传播特性,利用高频电流传感器(high frequency current transformer,HFCT)检测流经电缆接地线上的脉冲信号(包括干扰信号与局放信号)做主信号,利用超高频传感器(the ultra high frequency,UHF)检测变频电源产生的脉冲干扰信号作参考信号。然后,采用基于阈值窗的时域滑动能量搜索方法对两路信号进行脉冲提取,并根据HFCT中干扰信号和UHF信号在时域上发生重叠的特点,采用交集判别算法实现HFCT信号中局放信号的分离识别。最后,构造局放相位分布(phaseresolvedpartial discharge,PRPD)谱图确定局放源的类型。实验结果表明,该技术能在变频电源强干扰下实现PD信号的分离识别。该方法可实现耐压与PD测试,对实际工程有一定的指导意义。     

基于超高频法的典型GIS局部放电检测

GIS局部放电检测是GIS绝缘状态监测的一种科学有效的方法。笔者构建了GIS实验模型以及基于超高频法的局部放电在线检测系统,对GIS中典型的几种局部放电特征进行了研究,采用基于相位的分析模式详细分析了不同放电类型在不同电压条件下的放电特征,并结合常规局部放电测试仪,对UHF信号的放电量进行估计,为进一步进行放电类型的智能模式识别及研究超高频信号与放电量关系提供了试验依据,以提高UHF局部放电检测的工程实用性。     

GIS局部放电故障诊断试验研究

建立了模型GIS中局部放电在线检测的测量系统,采用特高频(UHF)电磁波测量、常规局部放电测试以及相位分析等方法,对GIS中典型的几种局部放电特征进行了研究,以求识别放电类型.通过常规局部放电测试与UHF特高频局部放电测量结果对比,可估计UHF信号的放电量,提高UHF特高频局部放电测试在工程中的实用性.     

GIS局部放电重症监测系统及其应用

GIS局部放电重症监测系统综合了应用特高频(UHF)、超声波(AE)和高频电流(HFCT)检测原理,应用该系统对运行中的GIS设备进行短期实时局部放电信号采集、分析,可及早发现GIS内部存在的各种绝缘缺陷。利用该系统对某变电站GIS异常局放信号进行监测,判断出异常信号具有绝缘早期或悬浮放电特征,并及时掌握了局放信号的变化趋势,确保了GIS设备安全稳定运行。     

GIS局部放电超高频检测法有关问题的仿真研究

气体绝缘组合电器(gas insulated switchgear,GIS)中的局部放电在腔体中产生超高频(ultra high frequency,UHF)电磁波信号。为研究GIS局部放电源与UHF信号的关系,利用时域有限差分法计算局部放电产生的UHF信号;通过改变放电源和探头的参数,研究了局部放电产生的UHF信号的特性。仿真分析结果表明:UHF信号的幅值与局部放电脉冲幅值成线性关系;UHF信号与放电源的径向位置、放电通道长度、放电脉冲波形以及放电源与探头的夹角有关。单纯 UHF信号很难解释局部放电量的大小,但UHF信号可在一定程度上反映出GIS的绝缘状态。     

冲击电压下GIS局部放电检测方法的对比研究

以试验为基础,对包含IEC脉冲电流法、高频电流传感器(HFCT)、超高频法(UHF)、声测法(AE)及光电探测法在内的局部放电检测手段在冲击电压下的应用方法进行试验研究,分析了不同方法的灵敏性和适用性。结果表明:使用IEC脉冲电流法或HFCT法测量冲击电压下的局部放电会受到较大容性位移电流的影响,采用平衡电容和时域差分的方法可有效限制容性位移电流;冲击电压源火花球隙点火时产生的电磁干扰和超声干扰会对UHF及AE法的测量结果产生较大影响,采用频率或时域的预处理手段可在一定程度上限制此类干扰;光学探测方法具有较高的抗干扰能力及较好的局部放电响应能力,但易受到放电源位置的影响产生测量盲区;IEC脉冲电流法、HFCT法及光学测量法均具有较高的脉冲分辨率,但使用前两种方法时,冲击电压波头处的局部放电信号容易湮没在噪声中,而光学测量的信噪比相对较高;AE法由于响应中心频率与施加冲击电压中心频率相近,因此在脉冲分辨率上存在不足。     

变压器油中局放UHF信号能量与放电量的关系

为研究变压器油中的金属微粒缺陷下局部放电(PD)放电量与超高频(UHF)信号累积放电能量之间的关系,利用50Ω无感电阻测量电流脉冲和超高频电磁波检测系统,对两种检测方法的实验室人工模拟变压器PD信号进行了测量,发现变压器油中的金属微粒缺陷下的局部放电放电量和UHF信号累积能量之间有二次曲线关系,且当电压与缺陷质量增加时,PD的放电量与天线接收的累计能量均会增加。这一结果表明:结合IEC 60270标准,可以通过计算UHF信号累积能量来获取局部放电量,这为进一步系统研究用超高频法定量检测PD的难题,提供了一种有价值的方法和手段。     

基于信号模型参数辨识的变电站局部放电电磁波信号重构

抑制现场噪声干扰、有效提取信号特征是局部放电(PD)信号检测和分析的关键,为此,利用自回归–滑动平均(ARMA)模型对局部放电辐射的特高频(UHF)电磁波信号建模,给出了利用高阶累积量估计模型阶数和参数的理论依据和算法。以混有Gauss白噪声及定频干扰的双指数振荡衰减函数模拟局部放电辐射的UHF信号,利用ARMA模型参数重构信号的Fourier变换幅值,利用双谱估计重构其Fourier变换的相位,最终重构时域信号,以验证该算法重构信号的有效性。利用该方法重构变电站实测的局部放电辐射的UHF信号,验证了该算法在变电站现场干扰情况下,可从现场采集到的含有噪声的信号中重构出只相差常数因子和线性相移的有用信号。且算法辨识得到了信号的ARMA模型参数及重构得到的UHF信号频谱及时域信号,可以给局部放电类型识别等进一步处理提供参数。     

电容式套管局部放电的末屏地线UHF传感

电容式套管是重要的电力设备,局部放电测量对于保证其安全运行具有重要意义。文中提出了在套管末屏接地上进行局部放电UHF传感的方法,在末屏接地线上串联足够小的电感,不影响末屏接地的性能,但能够有效地在UHF频段传感套管的局部放电。对变压器套管油中尖端、变压器套管内部气泡和电流互感器内部气泡等缺陷进行了试验,结果表明,这些绝缘缺陷的局部放电信号具有UHF频率分量,采用末屏地线UHF传感器能够有效进行这些局部放电的UHF信号耦合。     

基于高阶累积量的局部放电超高频信号时延估计算法

时延估计是基于时间差的变电站局部放电空间定位算法的基础,也是决定定位准确度的关键。为此,以Tugnait的高阶统计量理论为基础,提出了基于4阶累积量的局部放电超高频(UHF)信号时延估计算法,并给出了具体的时延计算方法。该算法以高阶累积量代替信号本身来进行相关分析,估算得出信号时延,具有对相关特性未知的Gaussian噪声不敏感的优点。仿真实验利用双指数振荡衰减函数,并加入Gaussian噪声和定频干扰,模拟变电站现场局部放电超高频信号,利用该时延估计算法可以准确得到信号时延。最终利用该算法计算变电站实测多路超高频信号的时延,并将该时延序列应用于基于天线阵列的变电站局部放电定位,估算出局部放电源的空间位置,且定位误差<0.3m,验证了该算法的有效性和实用性。     

局部放电特高频检测校准影响因素研究

局部放电特高频(UHF)法广泛应用于电气设备在线监测,由于UHF信号传递函数的影响因素相当繁复,至今未能实现定量校准。为研究UHF检测技术定量校准的影响因素,分析了典型局部放电源的放电机理,通过试验研究了UHF信号的传播规律以及天线测量特性。研究表明,基于特征参量放电量的UHF检测校准可靠性与放电源有较大关联,电晕放电与悬浮放电的校准曲线更能准确表征设备绝缘缺陷的严重程度,内部气隙放电与沿面放电的准确性则相对较差。UHF信号能量衰减至平稳期所需距离随频率增高而变小,而UHF信号频率变化时不影响传感器在不同角度测量的信号能量衰减变化规律。因此,UHF信号校准必须综合考量具体的放电类型与测量条件。研究结果可为构建UHF校准体系的进一步研究提供参考,对推进UHF法在电力设备故障诊断和绝缘状态评估中的应用具有重要意义。     

空气绝缘输电线路中不同气压对UHF信号与放电量之间关系的影响

气体绝缘输电线路(GIL)已成为替代架空输电线路与高压电缆的首选方案,为研究气体绝缘开关设备(GIS)中UHF信号与气压之间的关系,针对0.1~0.4 MPa不同气压下金属突出物缺陷模型的局部放电情况,提取了UHF信号的信号能量与重积分等典型特征量,与脉冲电流法信号进行了相关性分析。研究表明:各个气压下的UHF信号能量及其重积分与放电量平方的线性关系具有较高的相关系数;UHF信号能量的线性斜率与气体压力相对应;放电量的分布区域在高气压下狭小,但与低气压时相比,UHF信号的能量随之变化的灵敏度较高。研究结果丰富了气压变化条件下的UHF检测数据库,为标定空气型GIL UHF信号放电量的研究奠定了基础。     

GIS中电磁波传播特性的仿真研究

为研究UHF信号在GIS中的传播特性,采用时域有限差分法进行了仿真建模和计算。GIS内部的局部放电会在腔体中激励超高频(UHF)电磁波信号,UHF法是通过对局部放电时产生的超高频电磁波信号进行检测,获得局部放电信号的有关信息以实现对设备的绝缘状态诊断和评估。UHF法抗干扰能力较强、灵敏度高。仿真结果表明,UHF信号在GIS内传播时呈现明显的时延特性,有利于局放源的定位;UHF信号的强弱和检测点与局放源的夹角Φ有关,Φ=0°和180°时信号的能量最大;局放脉冲越陡,在GIS腔体中激励的高次模波分量越大。     

外置式UHF校验信号注入方法的可行性研究

在内置式特高频(ultra-high-frequency,UHF)传感器配置不足的情况下,如何向GIS设备内部注入UHF校验信号是GIS局部放电UHF检测系统灵敏度现场校验中的关键问题之一。文中提出金属法兰孔式UHF校验信号注入方法,并研究其可行性,依据工程电磁兼容原理阐述了电磁波经过小孔后的衰减特性。建立了基于252 kV GIS设备的局部放电UHF信号测试平台,在靠近出线套管的GIS腔体内设置局部放电缺陷,在距离缺陷最近的金属法兰孔处设置发射传感器,在GIS典型部位安装圆盘形传感器,利用其接收局部放电和发射传感器辐射的UHF信号。通过对比局部放电信号和注入信号的频谱分布、衰减特性,分析两者的一致性。研究结果表明,UHF电磁波经过金属法兰孔后的衰减程度随着频率的升高而减小,在600 MHz以下注入信号的能量小于局部放电。在现场校验中应适当提高脉冲源的输出幅值和上升沿时间,使注入信号与局部放电信号的幅值和频谱相当。此研究对于推进GIS局部放电检测系统的现场校验具有重要参考价值。     

1100kV GIS设备特高频(UHF)法测量局部放电的应用研究

以交流特高压变电站1100kV GIS设备特高频(UHF)法测量局部放电的应用实例为基础,介绍了用特高频(UHF)法测量GIS局部放电的原理以及内部传感器的构造。通过特高频(UHF)法和常规脉冲电流法同步测量,找出特高频(UHF)信号和视在电荷之间相互关系,结合工厂内的试验数据,得到UHF信号的衰减值,以便现场就可以直接观察出局部放电的电荷量。     

浮电位类型局部放电的高频传感特性的试验研究

为了了解局部放电类型对UHF传感方法灵敏度的影响,笔者采用10～80MHz、150～250MHz、300～800MHz3种频段的高频放大器对浮电位局部放电进行测量。试验选择了0.2、0.8、1.4mm3种浮电位放电间隙。随着放电间隙的增大,局部放电量增大,但300～800MHz频段检测信号的幅值减小。结果表明,UHF检测信号的幅值并不能准确反映局部放电的严重程度,建议采用多频段信号传感,根据多频段检测信号幅值的相对关系进行局部放电严重程度判别。     

人工电压脉冲与局部放电UHF信号的等效性分析

使用人工电压脉冲向GIS内部注入与局部放电等效的特高频(ultra-high-frequency,UHF)电磁波信号是UHF检测系统灵敏度现场校验的关键环节。通过实验研究人工电压脉冲与局部放电UHF信号的时域幅值和频谱分布差异。建立了基于220 kV的GIS设备的局部放电UHF测试平台,在靠近出线的腔体内分别用局部放电缺陷和人工电压脉冲发射UHF电磁波,利用安装在4个典型部位的圆盘形天线接收UHF信号。通过测量各部位的信号幅值,对比人工电压脉冲与局部放电UHF信号的衰减程度;通过对信号波形作傅立叶变换,对比2种信号的频谱分布。研究结果表明,经过断路器后人工电压脉冲的信号衰减程度略大于局部放电,人工电压脉冲的频谱分布接近于局部放电,且人工电压脉冲电压波形的上升时间在0.3?1 ns范围变化时对UHF电磁波信号频谱分布没有影响。对于开展UHF检测系统灵敏度现场校验工作具有重要指导意义。