基于脉冲激励GTEM的特高频局部放电传感器校准方法改进研究

该文通过分析采用脉冲激励GTEM测量特高频局部放电传感器等效响应高度的结果及脉冲激励电压波形,发现脉冲激励电压波形之间有较大差异,导致特高频局部放电传感器等效响应高度的测量结果分散性较大,由此提出了改进方法：采用超宽带射频耦合器,同时测量激励GTEM室脉冲电压波形,并选择激励GTEM室脉冲电压波形相似度高的参考单极天线和被测特高频局部放电传感器的响应电压波形参与计算,以减小最终测量结果的偏差。实验表明采用改进方法后,特高频局部放电传感器等效响应高度测量结果的分散性得到了明显改善。     

局部放电UHF传感器有效高度脉冲时域和频域标定对比研究

有效高度标定现已成为国内外普遍认可的一种局部放电特高频传感器的性能评价手段,相关测试要求已经被写入了电力行业标准。在基于吉赫兹模电磁波(GTEM)的脉冲时域标定方法研究成果的基础上,提出了一种基于频域参考法的GTEM扫频标定新方法,研制开发了以网络分析仪和GTEM小室为核心的扫频标定系统。分别采用脉冲时域和频域参考法对特高频传感器的有效高度开展了测试验证和对比研究,实验验证了两种方法对于特高频传感器有效高度标定的一致性。     

特高频传感器等效高度的频域参考测量方法

在特高频传感器等效高度时域测量方法中,频率分辨率和测量误差是一对不可调和的矛盾,若采样时间短则频率分辨率低,若采样时间长则测量误差大。为解决这个问题,提出了频域参考测量方法。在此方法中,以某一频率的正弦电压波形作为GTEM小室的输入信号,然后测量参考传感器和待测传感器在该频率下的响应,最后利用响应特性和参考传感器等效高度计算出待测传感器的等效高度。建立了频域参考测量系统,包括:网络分析仪、GTEM小室、参考天线等。利用该系统对长度为50 mm的单极子探针天线的等效高度进行了测量,并将测量结果与时域方法的测量结果进行了对比。测试结果表明,利用频域参考测量方法测得的等效高度频率分辨率高、测量误差和分散性小。提出的频域参考测量方法将有利于推进特高频传感器标准化工作,提高GIS局部放电检测效率。     

GIS局部放电特高频传感器有效高度的比对测试

为提高气体绝缘金属封闭式开关设备(GIS)局部放电特高频(UHF)检测技术现场应用的有效性,有必要对UHF传感器耦合性能进行校核。为此,建立了基于吉赫兹横电磁波(GTEM)小室的UHF传感器有效高度测试平台,采用0.3~1.5 GHz频段内的平均有效高度和该频段内有效高度大于等于2 mm的百分比表征UHF传感器的耦合性能。基于GTEM750小室,采用时域脉冲和扫频参考法对UHF传感器的有效高度进行了比对测试,并与GTEM1500小室的测试结果进行了比较;基于GTEM750小室的时域脉冲参考法,讨论了UHF传感器类型、工装、安装角度对有效高度测试结果的影响。研究结果表明,不同方法和平台对UHF传感器在0.3~1.5 GHz频段内的平均有效高度测试结果的偏差在±1 mm以内;UHF传感器类型、工装、安装角度对有效高度有显著的影响。     

应用正向传输系数的GIS局部放电UHF传感器布置方式现场校核方法

为保证特高频(ultra-high-frequency,UHF)法在气体绝缘金属封闭开关设备(gas-insulated metal-enclosed switchgear,GIS)局部放电在线监测中应用的有效性,提出了一种基于微波网络正向传输系数(S21参数)的GIS局部放电UHF传感器布置方式现场校核方法。首先,在252 k V GIS真型试验平台上利用网络分析仪测试传感器间的S21参数,同时采用脉冲注入法间接计算传感器间的传递函数,结果表明:两者的频谱特性具有较好的一致性;在此基础上,研究了S21参数与不同缺陷类型局部放电频谱之间的相似度,结果表明:S21参数能有效反映UHF传感器对局部放电信号的接收特性。然后,在252 k V GIS真型试验平台上测试得到传感器间若要满足5 p C局部放电检测灵敏度,要求S21参数平均值?-75 d B。最后,将提出的方法应用于1100 k V GIS局部放电UHF传感器布置方式有效性的现场校核中,取得了良好的效果。研究成果可为GIS局部放电在线监测和带电巡检中UHF传感器的差异化布点提供参考。     

基于GTEM小室的特高频局部放电检测仪校验系统设计

不同厂家特高频局部放电监测装置的检测设备稳定性和可靠性存在较大差异,为此,基于吉赫兹横电磁波(giga hertz transverse electromagnetic,GTEM)小室设计了特高频校验系统。该系统将高频信号发生器产生的可调高频信号经过脉冲调制器转变成窄脉冲,再通过宽带天线在GTEM小室内发射,建立标准的脉冲电磁场,将被校验局部放电检测仪的传感器放置于测试窗口接收信号,通过分析局部放电检测仪的灵敏度、线性度、量程和幅频响应4个指标,实现仪器性能的考核。     

GIS内置特高频传感器性能参数的数值仿真与优化设计技术

为更有效地监测气体绝缘组合电器(gas insulation switchgear, GIS)特高频(ultra-high frequency, UHF)局部放电,针对GIS内置圆盘型UHF传感器开展了优化设计技术研究。首先分别建立了内置UHF传感器GHz横电磁波小室(GHz transverse electromagnetic, GTEM)等效高度和回波损耗参数(S_(11))的测试仿真模型,考察了传感器安装手孔、结构参数与传感器性能参数的影响关系,并开展了传感器性能的仿真与实测对比研究。结果表明:随着手孔直径的增大,谐振频率逐渐降低;传感器整体等效高度与手孔深度呈反比关系。随着电极直径的增加,最低谐振频率逐渐降低,且电极越薄越有利于UHF信号的接收。最后优化研制了内置传感器,平均等效高度为14.0 mm,与仿真等效高度曲线基本一致,实验结果表明优化后传感器的检测灵敏度优于商用传感器。     

GIS特高频局部放电传感器接收性能测试方法研究

提出用等效高度表征特高频局部放电传感器接收性能的测试方法,并建立专用试验测试平台,对传感器的接收性能进行检测,同时研究了两个不同厂家的特高频局部放电传感器的接收性能,分析了屏蔽对测试结果的影响。     

基于传递函数的GIS特高频传感器性能对比评价方法

在现有的基于等效脉冲的灵敏度现场校验方法中,难以获取标准化的局部放电等效脉冲,且无法使用一致的脉冲注入方式,从而不能量化评价GIS特高频传感器的性能及其布置方式的合理性。为此,提出基于传递函数的GIS特高频传感器性能对比评价方法。通过测量安装在GIS设备上的相邻两特高频传感器之间的传递函数来评价传感器及其布局方案的合理性。利用此方法,对安装在550 k V GIS设备上的内置式传感器进行了现场校验,发现了传感器失效、布局不合理等问题。该方法对于校验特高频传感器的有效性和布局合理性具有明显的效果,对于保证GIS局部放电检测有效性具有非常重要的意义。     

局部放电特高频传感器及系统现场校验与评估技术

局部放电特高频在线监测是全封闭气体绝缘开关设备(GIS)状态运维的重要手段,在电力系统得到了广泛应用。现场局放特高频在线监测系统实际应用效果,在很大程度上取决于监测系统及其传感器硬件的灵敏度,由于现场环境复杂,传感器及检测系统长期运行性能会下降,因此,有必要对检测系统及传感器进行现场校验。文中从特高频传感器特性、传感器安装方式和脉冲信号在GIS腔体结构内的传播衰减特性3个方面分析了影响局放特高频监测系统现场校核的因素,在CIGRE推出的局放特高频传感器灵敏度现场校验方法的基础上,提出基于待校核传感器与标准传感器检测幅值对比的现场校核方法,针对在运局放特高频在线监测系统硬件设备开展了现场有效性校验工作;结合传感器实验室校验的数据,对检测结果进行分类统计,获得了变电站在运GIS局放特高频检测系统的灵敏度和局放监测有效性情况,结果表明:传感器和检测系统存在问题的占监测点总数15.5%,其中,灵敏度低的传感器占比达到12.2%,表明传感器灵敏度低是造成监测系统效果不理想的主要原因。     

基于超高频法GIS局部放电监测技术的研究

对于GIS局部放电的测量,超高频法是一种较为有效的方法。将频谱仪设置为零扫描模式,采用高频窄带的方法,通过安装在GIS内的超高频传感器获得的局放信号可以通过相位解析的方法表征其局放的点波波形。笔者给出了GIS中几种不同绝缘缺陷的点波波形及其指纹图。通过点波波形及指纹图,可以识别GIS中不同的绝缘缺陷类型。     

500kV GIS断路器内置特高频传感器灵敏度校验方法

实际运行中的局放特高频传感器受诸如振动、温度、湿度、设备内外部的冲击信号等因素影响,很容易损坏,如何科学有效的校验运行中的传感器、检测系统的灵敏度,对于保证设备安全可靠运行有着至关重要的作用。目前常规方法均不适合现场校验,对此,采用基于等效注入场强的方式实现传感器的现场校验,并对某500kV气体绝缘金属封闭开关设备（gas insulated metal enelose switchgear,GIS）内置特高频传感器进行了实验室部分的测试。测试结果表明,该传感器能检测到1 pC放电,等效注入场强的方式用于现场校验是可行的,且注入信号的频谱与局放频谱相似。     

基于超高频法的GIS局部放电类型判断方法

笔者介绍了使用清华大学M系列超高频(UHF)传感器在GIS局部放电中的应用,针对GIS局部放电不同种类放电间隙给出了示波器图谱,结合现场几起实例证明该方法判断方便、准确、有效。     

GIS局部放电超高频电磁波的传播特性研究

SF6气体中的局部放电过程可激发产生超高频电磁波。为研究GIS中超高频电磁波的传播特性,采用时域有限差分法仿真计算GIS中超高频信号的传播特性。仿真计算表明,GIS中局部放电产生电磁波在传播过程中存在延迟现象,有利于局部放电点的定位。因GIS中存在不连续点,超高频信号在传播过程中产生衰减,通过绝缘子时平均衰减3dB,通过T型接头时最严重的支路信号平均衰减10dB,而传播过程中产生的谐振使其衰减变慢。     

用于GIS局部放电检测的超高频传感器频率响应特性

用天线理论对用于ＧＩＳ局部放电检测的超高频传感器频率响应特性进行了分析及实测。结果表明,理论计算和实测结果能较好地吻合。同时,对电容式传感器在ＵＨＦ波段的灵敏度随频率的变化关系及传感器结构对频率响应特性的影响进行了研究,这些结果具有实用的工程意义。     

一种加载短路针的小型化气体绝缘组合电器内置特高频传感器

基于安全考虑及内置特高频传感器小型化、回波损耗小、灵敏度高的要求,设计了一种带短路针的气体绝缘组合电器(GIS),内置特高频传感器。通过仿真计算研究短路针数量、短路针位置对传感器的影响,结合GIS法兰尺寸确定最优设计。通过仿真及试验研究,对影响传感器的各项性能参数进行了探讨,结果表明:对于110k V GIS短路针数量为4、且短路针距离圆心距离为40mm时,回波损耗和灵敏度达到最优。在实验室对传感器高低温耐受、气密性检测及局部放电检测效果进行了验证,结果表明:本文研制的传感器高低温耐受循环、气密性检测效果好,对GIS内部典型局部放电具有良好的响应特性和较高的检测灵敏度,能够检测到清晰的特高频局部放电波形,且检测信噪比均大于10。     

GIS局部放电特高频时差定位法应用案例分析

局部放电检测是目前气体绝缘金属封闭式开关设备（gas insulated switchgear,GIS）状态诊断的关键技术手段。分析各种局部放电检测方法,认为特高频法抗干扰能力较强,检测效率较高,可实现故障模式识别及定位。基于此,采用局部放电检测法发现一起 GIS典型悬浮放电缺陷,采用时差定位法确定缺陷位置采用相位同步技术确定缺陷相序。经过解体检查验证,检查结果与特高频诊断结果一致。     

新型GIS局放超高频传感器抑制干扰的研究

利用一种新型的便携式超高频 (UHF)传感器对GIS局放在线监测可能遇到的干扰模型进行抗干扰试验 ,其中包括 :高压导体上的金属尖刺及接触不良、接地体之间的接触不良、沿面闪络及无线电通讯信号。利用UHF传感器对各个模型进行抗干扰实验 ,通过对放电的常规信号和UHF信号的比较表明 :新研制的UHF传感器可抑制空气中高压导体上的金属尖刺的电晕和沿面闪络的干扰 ,无法抑制无线通讯信号和空气中高压端悬浮电位产生的干扰 ,可通过相位信息给予解决。     

非接触式局部放电检测天线的设计和优化研究

为实现基于超高频（UHF）法非接触式检测一定范围内电气设备局部放电（PD）,需要研制合适的天线作为超高频（UHF）传感器。锥形天线具有宽频带、高增益和水平面（H面）全向性的特点,文章选取该型天线进行分析,研究其尺寸参数对天线性能的影响,得出该天线的设计规律。通过天线性能分析再结合PD检测的要求,最终选择锥高30cm、锥角45°的锥形天线作为非接触式PD检测的UHF传感器。经测试该天线频带为200MHz~2GHz以上,在200MHz~2GHz频带内平均增益达4.5dB以上,在对较远距离外模拟放电信号的接收试验中表现出良好的UHF信号接收能力,完全达到设计要求。基于该天线可以开发出固定式或车载式PD监测系统,该系统可以监测整个变电站设备PD情况并且其工作时不与设备发生接触。