GIS中典型局部放电的频谱特征及传播特性

局部放电水平是高压开关设备状态监测的关键指标,目前广泛采用特高频检测法监测气体绝缘组合开关中的局部放电。为此,利用整套GIS设备建立了试验平台,研究了GIS内部典型缺陷产生的局部放电在盆式绝缘子处泄露出特高频信号的频谱特征。利用多传感器同时测量,研究了特高频信号峰–峰值和累积能量经过GIS中盆式绝缘子、L形拐弯结构、隔离开关和电流互感器等结构的传播衰减特性。试验发现:悬浮金属体放电频谱分布在400 MHz~2 GHz之间,而金属尖端放电所泄露出频谱分布在600 MHz~1 GHz和1.4~1.7 GHz之间;GIS结构中快速隔离开关和电流互感器对局部放电信号累积能量衰减约7 dB,隔离开关打开时对特高频信号累积能量的衰减值比开关闭合时大5 dB。根据以上结论优化特高频检测的频带选择,可提高局部放电特高频检测的灵敏度,合理布置局部放电外置特高频在线传感器,提高监测效率。     

一起252kV组合电器局放异常信号分析处理

特高频检测技术作为一种有效的局部放电检测技术,目前已在组合电器(GIS)检测中广泛应用。在带电检测过程中检测到一处252 k V GIS盆式绝缘子有特高频异常信号。对盆式绝缘子进行X光探伤检测,发现内部存在数厘米长度气孔,该结果与特高频法检测及定位结论相一致。对该盆式绝缘子进行工频耐压试验及脉冲电流法局部放电试验,却均满足出厂试验的要求,说明厂内传统的检测方法有其一定的局限性。针对这个情况,提出了增设盆式绝缘子出厂前特高频局部放电检测等建议,从而进一步提高盆式绝缘子的出厂质量。     

GIS盆式绝缘子结构对局部放电特高频信号泄漏特性的影响研究

外置式特高频传感器是实现GIS局部放电带电检测的主要手段,分析GIS盆式绝缘子与浇筑孔结构对特高频信号泄漏特性的影响具有重要意义。文中基于端口系数法仿真与实测了特高频信号的泄漏特征,考察了敞开式与浇筑孔式盆式绝缘子泄漏特性的差异,分析了浇筑孔形状与尺寸的影响规律,并利用脉冲注入法测试了某特高压GIS内外置特高频信号的特性。结果表明,仿真的泄漏端口参数频带与实验结果一致,敞开式盆式绝缘子的泄漏频带与螺栓数目有关,随螺栓数增加而提高,绝缘子处电场分布情况为垂直于盆式绝缘子电场分量最大,且两个螺栓中间位置电场最大;屏蔽式绝缘子的泄漏频带与浇筑孔形状与尺寸有关,对于矩形浇筑孔,随着浇筑孔长度的增大,基本谐振频率会变小;对于圆形浇筑孔,随着半径的增加,泄漏出更多的电磁波,Sp曲线的谐振频率点更加密集,并且谐振的幅值也会变大。     

特高压GIS局部放电超声波传播特性仿真

超声波法是一种非破坏性的电力设备局部放电检测方法,运用数值计算方法可以有效地分析超声波的声场特性。为明确特高压GIS局部放电超声波信号的传播特性,采用有限元计算方法仿真研究了特高压GIS不同位置发生局部放电时超声波信号的传播特性。按照某1 100 k V特高压GIS实际尺寸,建立了特高压GIS三维仿真模型,设置单极子声源分别位于GIS中心导体和盆式绝缘子处,布置多个超声波传感器位于GIS外壳不同位置用于接收局部放电产生的超声波信号。仿真得到了GIS壁面上接收的来自不同位置单极子声源产生的超声波声压分布图,以及传感器上超声波信号的时频域特性。分析了超声波信号不同传播路径之间的博弈过程,通过对比不同传感器接收到的超声波信号的先后顺序确定了单极子声源在不同位置时超声波信号的传播路径。仿真结果表明,当单极子声源位于中心导体远离盆式绝缘子时,超声波率先到达距离单极子声源直线距离最近的GIS外壳,然后向两侧传播;当单极子声源位于中心导体靠近盆式绝缘子或者单极子声源位于盆式绝缘子时,超声波将沿着盆式绝缘子传播至GIS外壳,然后向两侧传播。传感器接收到的超声波频谱主要集中在30~40 k Hz,在更高的频率范围内(60~80 k Hz),超声波信号迅速衰减。随着传感器到局放源距离的增加,超声波信号近似以指数规律衰减,在经过盆式绝缘子时,衰减更为严重。     

绝缘子对GIS中电磁波传播特性影响的仿真研究

特高频检测方法是GIS局部放电的有效检测方法。特高频电磁波信号在GIS中的传播会影响到其检测精度、检测结果的分析等。以220 kV GIS为基础,构建了无绝缘子和含有不同厚度绝缘子的仿真模型,基于时域有限差分算法(FDTD)仿真研究了绝缘子对GIS中电磁波传播特性的影响。研究结果表明电磁波信号经过绝缘子时会有约60%的衰减,绝缘子厚度则对GIS内电磁波信号的传播影响不大。     

GIS局部放电特高频在线监测系统传感器配置方案研究

笔者通过在一个220 kV GIS线变间隔断路器气室、母线气室和进线气室安装尖刺故障模型,在盆式绝缘子和绝缘衬垫上进行检测,验证了特高频传感器的灵敏度及衰减特性。结果表明:在外加电压7 kV、视在放电量为5 pC的试验条件下,UHF传感器就可以准确地检测放电信号,并准确判断放电类型及故障位置。试验发现局部放电产生的电磁波经过L型、T型、断路器仓、CT等结构,发生了明显衰减。不带金属屏蔽环的盆式绝缘子和绝缘衬垫,更有利于检测放电产生的电磁波信号。根据测试结果提出了合理的GIS局部放电特高频在线监测系统传感器配置方案。     

252kV GIS盆式绝缘子金属法兰开孔的电场分析及优化设计

为检测GIS内局部放电特高频信号,需在盆式绝缘子金属法兰开孔处设置局部放电传感器,而金属法兰开孔会对盆式绝缘子表面及开孔处电场强度产生一定影响。笔者应用有限元分析软件ANSYS对三相分箱式252 kV GIS中盆式绝缘子电场强度进行了仿真计算,研究金属法兰开孔尺寸大小和结构对盆式绝缘子表面和浇注孔表面电场强度的影响。仿真结果表明,浇注孔结构对盆式绝缘子表面电场强度影响显著,金属法兰开孔大小对盆式绝缘子表面电场强度影响较小,经过优化后的小尺寸浇注孔绝缘子表面电场强度最大值比无浇注孔时高出3.21%,达到了预期目标。     

GIS局部放电光、电信号传播特性对比研究北大核心CSCD

GIS局部放电是造成绝缘材料劣化、电气设备故障的主要原因,检测GIS腔体内部的局部放电情况,有助于保证电力系统的安全可靠运行。然而在实际工程中,GIS内部结构较为复杂,不同弯角和绝缘子结构必然会对电磁波和光信号的传播特性产生一定的影响。文中根据252kVGIS的结构尺寸,建立仿真模型,研究不同距离、不同弯角结构、不同绝缘子下电磁波和光信号传播特性的差异,得到电磁波和光信号在设备腔体内部的变化规律。仿真结果表明,随着与放电源距离的增大,电磁波信号在400mm以外电场强度幅值近似呈线性衰减趋势,光信号强度整体呈指数衰减的趋势;L型、T型弯角结构对电磁波和光信号均有较强的衰减,但电磁波在弯角结构中反射严重,原始波与反射波叠加会造成信号强度增加;放电信号在经过不同绝缘子结构时,光信号的衰减远大于电磁波信号,盆式绝缘子比圆盘式对电磁波信号的衰减作用更大,光信号的传播依赖于开孔的大小。文中的研究为实际特高频、光传感器的安置提供一定的理论指导。     

基于电场计算及模态分析的220 kV GIS盆式绝缘子裂纹缺陷检测方法研究

特高频局部放电法和振动法是GIS盆式绝缘子缺陷检测的重要工具,为了研究特高频局部放电法和振动法的适用性,需要对缺陷盆式绝缘子电场分布和振动模态研究。该文建立了含有正常或缺陷盆式绝缘子的直线型GIS间隔的三维模型,采用有限元法计算了盆式绝缘子的表面电场分布和振动模态,并研究裂纹缺陷对表面电场强度和振动模态的影响。研究结果表明,当盆式绝缘子有裂纹时,裂纹附近出现明显的电场畸变,靠近母线的裂纹端部电场畸变更为严重,靠近外壳的裂纹有可能无法用特高频局部放电法进行检测。当盆式绝缘子存在裂纹时,前10阶模态频率均呈下降趋势。     

基于特高频时频分析的GIS盆式绝缘子缺陷分析

为更有效在现场开展GIS局部放电检测,及时准确发现设备内部缺陷,特别是盆式绝缘子局部放电缺陷,文中研究了基于特高频时频定位分析的GIS局部放电综合定位方法。将多通道时延定位法和多通道小波时频分析法联合应用,通过局部放电特高频信号的时域和频谱变化特征,结合设备内部结构、装配工艺等情况,实现GIS局部放电综合精确定位。该方法在某500kV变电站220kV GIS带电检测中进行了应用,精确定位一处盆式绝缘子表面放电缺陷。表明文中研究的基于特高频时频定位分析的GIS局部放电综合定位方法有助于准确定位GIS内部缺陷,针对性指导设备检修工作,缩短检修时间,有效提高检修效率。     

GIS盆式绝缘子表面自由金属颗粒缺陷导致局部放电的发展过程

局部放电是气体绝缘组合电器（GIS）内部绝缘损坏的外在表现。为了研究GIS局部放电的发展规律,在220 kV GIS实验腔体中设置了人工盆式绝缘子表面自由金属颗粒缺陷模型,采用阶梯升压法模拟了该缺陷下局部放电的不同发展阶段,以特高频法对各阶段局放信号进行了测量。基于测量结果,梳理了放电次数、平均放电幅值、总放电幅值、最大放电幅值等的变化规律,从而得出结论：盆式绝缘子表面自由金属颗粒缺陷下局部放电可分为放电初始阶段、放电发展阶段和放电危险阶段,且各放电阶段可用放电特征量及放电散点图的变化来表征。     

某110 kV GIS盆式绝缘子局部放电检测与解体分析

对一起110 kV GIS盆式绝缘子局部放电的异常信号,综合利用特高频、超声波、气体成分分析以及GIS重症监护系统等多手段进行了检测和分析,并通过时差定位精确锁定了放电源位于隔离开关气室。结合特高频图谱特征以及放电源的定位位置,判断该气室盆式绝缘子附近存在绝缘类放电。经开罐检查,该气室内盆式绝缘子与隔离开关导电杆之间的胶合处存在烧蚀痕迹,胶合处的装配工艺不良使得该部位出现毛刺以及气隙,形成不均匀强电场导致局部放电。该起盆式绝缘子放电是一起较为典型的绝缘类放电案例,可以为今后类似异常情况的分析处理提供了借鉴与参考。     

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。     

GIS局部放电特高频信号特征的研究

为了研究GIS（全封闭气体绝缘组合电器）设备内部各种不同类型局放故障的特高频信号特征,利用实际的110kVGIS母线段建立了一套GIS局部放电试验平台,并在试验平台上进行了高压尖端、地电位尖端、盆式绝缘子表面金属颗粒、悬浮电位放电和绝缘子内部缺陷等几类典型缺陷模型的局放试验,获取了不同缺陷的图谱资料。试验结果表明,依据特高频信号的特征,可以对不同类型缺陷进行区分。     

基于数值仿真与多源聚类的GIS局部放电诊断与回归分析

为了更有效地指导GIS设备的状态检修工作,基于时域有限差分(FDTD)法仿真与多局部放电(简称局放)源聚类方法,诊断分析了一起1 100 kV气体绝缘组合电器(GIS)盆式绝缘子局放检测案例。首先,开展了现场与返厂试验下的GIS局部放电带电检测与定位,建立了与返厂测试工装结构相应的FDTD仿真模型,结合特高频(UHF)电磁波传播特性仿真,开展了多源局放定位技术研究。其次利用基于累积能量函数特征参量优化提取的多源局放分离算法,对该盆式绝缘子多UHF信号源开展了聚类分析;最后,利用GIS实验平台的回归模拟进一步分析了绝缘缺陷的检测差异性,验证了现场和返厂试验结果。试验结果表明:该特高压GIS盆式绝缘子检测发现的UHF谱图呈绝缘气隙类缺陷,但脉冲电流法下局放未见异常。局放聚类分析和定位结果表明:该盆式绝缘子一大一小2个UHF信号源,结合仿真的定位方法可有效减小常规定位计算方法的误差。回归分析表明:对于绝缘缺陷来说,UHF的灵敏度高于脉冲电流法,且随着试品电容量的增大,脉冲电流法的测试灵敏度逐渐下降,这可能是导致本盆式绝缘子中UHF信号与脉冲电流法检测差异的主要原因。研究结果可为GIS局部放电诊断提供参考。     

GIS局部放电特高频信号时延的分数阶希尔伯特估计算法

时延估计是GIS特高频局部放电检测基于时差定位的基础,是决定故障定位精度的关键。文中阐述了分数阶希尔伯特变换用于时延估计的理论基础,提出了基于分数阶希尔伯特变换的GIS特高频局部放电时延估计方法,并给出了时延估计算法的数值实现步骤。针对某220 kV GIS设备特高频局部放电巡检过程中在开关气室发现的异常局部放电信号,现场利用高速示波器采集开关气室两侧盆式绝缘子浇筑孔处泄露的特高频电磁波信号。根据文中提出的时延估计算法计算两路特高频电磁波信号时延,准确计算出放电源的空间位置,距盆式绝缘子浇筑孔1.25 m,该间隔开关气室解体后测量放电源距浇筑孔1.3 m。利用分数阶希尔伯特算法的局部放电放电源定位误差明显低于双谱时延估计算法和插值相关法时延估计算法,从而表明了该算法具有较好的有效性和实用性。     

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。     

GIS盆式绝缘子均压环特高频接收特性研究

随着带屏蔽环式盆式绝缘子的大量应用以及设备尺寸的不断小型化,气体绝缘金属封闭开关设备(gas-insulated metal-enclosed switchgear,GIS)局部放电特高频法(ultra-high frequency method,UHF)传感器的使用受到了极大限制,局部放电UHF检测日渐困难。针对该问题,以盆式绝缘子均压环作为UHF天线,测试环形天线(盆式绝缘子均压环)接收特性与局部放电视在放电量、传感器位置、传感器接地方式等因素的关系,并比较分析了各种UHF传感器的频率响应特性。结论认为,GIS盆式绝缘子均压环具有良好的UHF接收性能,用其作为UHF天线进行GIS内局部放电测试是可行的。     

GIS盆式绝缘子局部放电缺陷定位分析

GIS盆式绝缘子局部放电缺陷定位采用的特高频、超声波定位方法均基于到达时间差(TDOA)的平分面法,受GIS设备传感器检测位置、信号传播路径的影响,导致常规TDOA声电组合定位法定位偏差较大。通过超声波、特高频传感器的声电联合定位建模、求解完成局部放电缺陷的高精度定位。试验证明,GIS设备带电检测过程中采用声电联合定位法的定位精度较现有声电组合定位法高,适用于GIS内部局部放电的故障诊断。     

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。