局部放电电磁波在GIS中的衰减特性

局部放电电磁波信号在气体绝缘开关设备(GIS)中传播时受GIS结构影响而产生衰减变化,使得难以从超高频(UHF)检测信号实现对局部放电源信号的有效评估。为分析GIS不同结构部件对电磁波信号的影响,本文采用时域有限差分(FDTD)法对GIS中局部放电电磁波的衰减特性进行建模分析,研究了电磁波信号在GIS中不同部件传播时幅值、能量等参数的变化特性。对局部放电电磁波信号经过绝缘子前后的变化进行试验研究,验证了仿真分析的有效性。研究结果表明,电磁波信号在同轴波导中传播时信号能量衰减很小,但是由于高次模波的色散效应使得信号幅值发生较大程度的减弱;邻近局部放电源的绝缘子对于电磁波信号的衰减作用比其他绝缘子更大;经过L分支的电磁波信号能量衰减和幅值降低程度均较大,但其横电磁波(TEM)分量衰减很小;电磁波经过T分支的垂直部分比直线部分衰减更为严重。     

550 kV GIS盆式绝缘子多气泡放电的测试与诊断

为了提高现场气体绝缘全封闭组合电器(GIS)绝缘缺陷的诊断能力,提升特高频(UHF)法在现场的检测经验,该文对一起550 kV GIS盆式绝缘子多气泡放电开展了详细的测试与诊断。首先在现场利用UHF法检测发现了550 kV GIS盆式绝缘子的异常信号,该信号呈气隙放电特征。对该盆式绝缘子更换返厂后开展了耐压、局部放电、雷电冲击、X射线探伤等试验,同时采用UHF法和脉冲电流法对盆式绝缘子局放信号进行检测,并对比了雷电冲击试验前后放电特性的变化。最后利用时差定位统计和多源放电分离方法开展了进一步的诊断分析。结果表明:该盆式绝缘子内部存在8个气泡,呈线性状分布,UHF和脉冲电流法两者信号幅值正相关;随着电压的升高,放电谱图逐渐由单气隙放电转为多气隙放电特征;在耐受雷电冲击后,盆式绝缘子的局部放电起始电压下降,熄灭电压不变,相同电压下UHF信号幅值与局放量变大;时差统计和多源分离表明,该盆式绝缘子UHF信号呈多源时差和聚类特征,与X射线结果一致。该文研究结果可为GIS UHF检测与诊断提供现场经验。     

雷电冲击耐压过程中GIS局部放电特高频检测有效性研究

笔者对气体绝缘金属封闭式开关设备(GIS)在雷电冲击耐压过程中局部放电特高频检测有效性进行了试验研究。1号UHF传感器检测冲击电压发生器及其周围空间中的电磁波信号作为参考信号,2号UHF传感器检测GIS盆式绝缘子辐射出来的电磁波信号。通过对比两个传感器检测波形,可以明显分辨出干扰信号与GIS内部的局部放电信号。当GIS内部存在局部放电时,2号UHF传感器检测到的脉冲信号存在3个明显的脉冲族群,且各脉冲族群脉冲信号幅值、疏密及分布规律不同。局放信号出现在脉冲信号起始4μs之后,持续时间较长,约5μs左右。试验结果表明,采用UHF法进行雷电冲击耐压过程中的局部放电信号检测有效可靠。     

不同电压等级GIS局部放电UHF信号传播特性仿真研究

特高频局部放电检测是进行气体绝缘组合电器(gas insulated switchgear,GIS)状态评估的一项重要技术手段。通过信号注入方式对特高频传感器在GIS上配置的合理性和局放特高频监测系统灵敏度进行校核是确保状态监测有效实施的重要手段。不同电压等级的GIS结构尺寸不同,对UHF信号的传播和衰减的影响也不相同,因此所需注入校核信号的幅值也不尽相同。文中根据真实GIS建立110、220、500、1 000 kV 4种电压等级下的直腔体、L型、T型仿真模型,通过CST仿真软件对比研究并分析了同一结构下不同电压等级的GIS中UHF信号以及同一电压等级不同结构中UHF信号的传播衰减情况;据此得出了不同电压等级GIS各种典型结构下UHF信号的衰减量,为UHF传感器的配置合理性评价及现场校核信号注入值的确定奠定了基础。     

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。     

GIS局部放电在线检测技术分析

1GIS局部放电在线检测方法 以SF6作为绝缘介质的气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）的局部放电会在外壳上产生微弱的电流,使接地线上有高频放电脉冲流过;局部放电还会使通道气体压力骤增,在GIS内部气体中产生纵波或超声波,并在金属外壳上出现各种声波;局部放电还会导致SF6气体分解或发光,这些物理和化学变化特征,都可作为局部放电信号检测的对象。目前,国内外在线检测GIS局部放电的主要方法有以下几种：     

亚纳秒脉冲用于智能GIS局放IED性能试验的可行性研究

气体绝缘金属封闭开关(GIS)以其占地面积小、可靠性高而在电力系统中得到了广泛的应用,但GIS长期运行过程中不可避免的会产生各种各样的内部绝缘缺陷,并伴随产生局部放电现象,甚至会引起系统故障,因此为保障系统可靠运行,对GIS进行局部放电在线监测具有重要意义。局部放电检测具有电学、声学、化学和光学等多种检测方法,其中电学测量手段主要有脉冲电流法和特高频检测法(ultra-high frequency,UHF)。UHF法测量局部放电辐射出来的电磁波的电场强度,而脉冲电流法测量局部放电引起的视在电荷。UHF法相较于脉冲电流法可提取信号中的特高频成分,具有灵敏度高,可带电监测,智能GIS局放IED(智能电子设备)采用UHF+IED的局放监测方法。文中研究了采用上升沿时间为253.75 ps、半高宽约为1.15 ns、最大峰值电压为532 V(0 dB)的亚纳秒脉冲进行智能GIS进行局放IED性能试验的可行性,结果表明:UHF传感器输出信号稳定;局放IED测量结果与亚纳秒脉冲峰值成正相关关系而非线性关系;当亚纳秒脉冲为30～50dB时,IED测量结果分散性较大;因此亚纳秒脉冲信号可用于进行智能GIS局放IED性能试验。     

基于超高频信号包络的GIS局放特征提取方法研究

提出了一种气体绝缘开关设备(GIS)的超高频(UHF)局放信号的时域特征提取方法,利用希尔伯特变换求取调制在高频信号中的低频信号(信号包络),进而求得其时域关键点对应的特征量。搭建了GIS绝缘的人工缺陷实验平台,获得了3种典型绝缘缺陷的局部放电实验数据。结合实验数据,对提出的算法进行了验证分析。     

组合电器局部放电与放电量关系研究

超高频(Ultra High Frequency,UHF)检测法以其高灵敏度和抗干扰能力广泛应用于气体绝缘组合电器(Gas Insulated Switchgear,GIS)的现场检测。本文研究局部放电信号与视在放电量之间的关系,理论推导证明了UHF信号累计能量和峰峰值与视在放电量之间的关系。同时,建立检测系统,采集不同气压的空气和六氟化硫中针板间隙的放电数据,绘制关系谱图。通过研究发现,在不同气压条件下,UHF信号峰峰值与视在放电量、累积能量与放电量平方均始终存在线性函数关系,对超高频法定量检测电力设备局部放电程度具有重要的参考价值和指导作用。     

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。     

GIS中电磁波传播特性的试验研究

GIS内部的局部放电会在腔体中激励超高频（UHF）电磁波信号,局部放电信号可通过超高频传感器进行检测。为研究UHF信号在GIS中的传播特性,在GIS内设置了导体尖端和悬浮电位放电模型,内置式传感器的信号与用示波器在盆式绝缘子浇注孔测试到的UHF信号进行比较。试验结果表明,UHF信号在GIS内有一定的衰减,外置式传感器测得的信号比内置式的衰减大。     

基于尺度-能量熵特征对的特高频局部放电辨识方法

对气体绝缘组合电器(GIS)进行局部放电(PD)检测,可以发现GIS内部早期绝缘缺陷和隐患,并预防绝缘事故发生。文中采用复小波分解(CWT)对GIS内部特高频(UHF)PD信号进行多尺度分解,分析了CWT能量熵(CWT-EE)随CWT尺度的变化规律,发现UHF PD信号信息主要分布在能量熵变化梯度较大的尺度下。为此,文中提取CWT-EE及其对应尺度,构建尺度-能量熵(SP-EE)特征对,既保留了PD信号能量特征信息,又保留了UHF PD信号小波尺度信息。最后,采用支持向量机(SVM)进行UHF PD类型辨识,结果表明:SP-EE特征对不但可以有效识别GIS内部4种典型绝缘缺陷,而且能够有效降低UHF PD信号分解层数和PD特征维数。     

基于超高频窄带法的GIS局部放电的研究

为了提高GIS运行的可靠性,笔者简要说明了超高频法检测GIS局部放电的原理,并在实验室以一段220 kV电压等级的GIS母线为试验对象,设计和模拟了GIS中典型的4种局部放电模型,并使用自主研发的超高频窄带检测系统对其局部放电信号进行检测。试验结果表明,该超高频窄带系统能有效测量GIS局部放电信号,同时获得了不同类型缺陷所产生的超高频信号及其对应的特征,为今后GIS局部放电模式识别提供了数值依据。     

用于复小波变换的EWC阈值法抑制周期性窄带干扰

由于气体绝缘组合电器(GIS)的局部放电(PD)特高频检测虽然能够避开大多数窄带干扰,但是,还有部分窄带干扰会进入检测系统,从而湮没PD信号,因此在现场检测时必须加以抑制。根据PD信号与周期性窄带干扰小波变换后的不同特点,剖析了抑制周期性窄带干扰的常用方法--小波系数直接置零法的局限性,提出了可以用于抑制周期性窄带干扰的有效小波系数(EWC)阈值法,并以所构造的db4复小波对仿真信号与实测GIS特高频PD信号进行了对比去噪研究。研究结果表明:基于EWC阈值法的复小波变换能够有效地抑制GIS特高频PD信号中的周期性窄带干扰。     

联合测试方法在局部放电检测中的应用

气体绝缘组合开关设备（GIS）的局部放电检测方法各有优缺点,选择几种检测方法的联合测试方法,可提高局部放电检测的准确度。介绍了上海市电力公司采用的联合测试方法的具体做法,通过对同时提取GIS局部放电的超高频、超声波、高频电流等信号的对比分析,提高了局部放电的定位精度和缺陷类型识别的准确性。实例验证了联合测试方法有重要工程意义。     

基于粗糙集降维理论的GIS超高频局放包络模式识别方法

判断局部放电类型与局放包络信号之间的关系是实现评估气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)的绝缘状态以及制定合理的维修策略的重要前提。笔者利用粗糙集降维理论,先对表征UHF PD包络信号的37个特征向量所组成的特征矩阵进行了离散化与差别矩阵约简,然后利用简约后的特征向量结合BP神经网络分类器,对4种不同类型的UHF PD包络信号进行了模式识别,结果表明此方法具有较高的识别率。     

The excitation of UHF signals by partial discharges in GIS

The fundamental theory of the UHF method for detecting partial discharge (PD) in gas insulated substations (GIS) is presented. The effects of position, size, current amplitude and pulse shape of the PD source on the UHF signal can be predicted using this theory. Excitation of propagating electromagnetic waves by a PD current pulse within the coaxial waveguides formed by GIS components is explained by making use of dyadic Green's functions for the electric fields of propagating modes. Experiments with a coaxial test chamber are used to verify the theoretical predictions, and comparisons are made between measured and simulated UHF signals. Some implications for the UHF measurement of PD are discussed, together with positioning and sensitivity requirements for UHF couplers. A scheme is proposed for standardizing PD measurements made using the UHF technique