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。     

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。     

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。     

电力变压器结构对UHF局部放电在线检测的影响

研究了油中针-板放电模型在电力变压器模型内部不同位置放电时,铁芯和绕组模型对UHF局部放电在线检测系统的影响。结果表明,内部主要结构部件对UHF局放射频信号能量有明显衰减作用,对UHF检波信号幅值有一定程度的衰减作用,但并未发现对检测灵敏度有显著影响,也未发现存在检测“盲区“。     

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。     

组合电器局部放电特高频检测的气压影响分析

特高频检测法以其高灵敏度和抗干扰能力,广泛应用于组合电器绝缘状态的现场检测。为研究局部放电特高频信号与视在放电量之间的关系,文中建立了基于特高频和脉冲电流法的局部放电联合检测系统,分别采集0.3~0.5 MPa气压下金属突出物缺陷模型的放电数据,提取UHF信号累积能量,并与视在放电量进行了相关分析。研究结果表明,各个气压下的UHF信号累积能量与放电量平方始终呈现线性函数关系,其线性斜率与气体压力相对应,这为特高频信号标定研究奠定了基础。     

变压器局部放电特高频传感器定量分析技术的研究

正局部放电将促使变压器绝缘老化速率加快,所以对局部放电检测诊断的研究具有重要意义。在变压器的局部放电检测中,特高频(Ultra High Frequency,UHF)检测法具有抗干扰能力强、灵敏度高等优点,适用于变压器局部放电的现场检测。但是对于现有的变压器特高频测量系统无法与视在放电量(pC)所对应,针对此情况,重点研究在变压器内部特高频信号衰减特性、传播特性及与视在放电量(pC)的对应关系。     

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。     

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。     

局部放电UHF检测仪校准方法研究

针对GIS开展的UHF法局部放电检测是目前主流的带电检测方法之一,现阶段局部放电UHF检测仪偏重于对局部放电的定性判断,迫切需要建立量值溯源链并评价检测结果的可信度。本文参考IEEE推荐的电场强度校准方法,对局部放电UHF检测仪关键参量的量值溯源方法和平台进行了研究。对电气设备内部的电场信号采样,根据示值与场强的对应关系换算出被试品测得的电场强度。通过校准平台,将被试品与标准电场强度进行比对,得出被试品的测量误差为-3.74 d B~+2.98 d B。试验表明基于传递标准和稳态电场校准局部放电UHF检测仪主要参量的方法是可行的。     

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。     

变压器局部放电超高频信号的外部检测

电力变压器局部放电超高频检测法中一般将传感器安装于箱体内部,这对已投入运行的变压器来说是有潜在危害的。为此,先分析了变压器箱体对局部放电超高频电磁波传播的影响,探讨了接收天线外部检测超高频信号的可行性,再实验研究了局放超高频电磁波的外传播特性。结果表明,超高频电磁波可以透过变压器箱体夹缝衍射出来,外部检测到的超高频信号强度随着变压器箱体缝宽增大而增大;变压器套管附近安装接收天线也能检测到超高频信号。     

基于时频分析与分形理论的GIS局部放电模式识别特征提取方法

识别局部放电(PD)的缺陷类型是评估电气设备绝缘状况的一项重要指标,通过特高频传感器(UHF)可获取局部放电信号。然而,传统的基于统计参数的信号特征提取方法存在高维数和无效信息过多的缺点,该文提出了一种基于时频分析和分形理论的气体绝缘组合电气(GIS)局部放电模式识别特征提取方法。首先利用小波变换对局部放电信号获取能量的时频分布图;然后运用差分盒计数法(DBC)对能量分布图进行分形维数的特征提取,并采用线性判别分析(LDA)对特征向量进行降维处理;最后利用支持向量机(SVM)对局部放电缺陷类型进行分类。为验证所提出算法的有效性,在实验室252 kV GIS局部放电仿真实验平台的模型气室内设置了尖端放电、自由微粒放电、沿面放电和悬浮电极放电4种典型缺陷类型,由特高频传感器采集各类缺陷的局部放电信号,后由该文算法进行分类。实验结果表明,采用该文所提特征提取方法对4种典型缺陷类型的识别准确率超过96%,显著优于传统的基于统计参数的信号特征提取方法。     

冲击电压下500 kV油浸倒置式电流互感器局部放电特性研究

为了研究油浸式电流互感器在运行过程中的局部放电特性,搭建500 kV油浸倒置式电流互感器在冲击电压下的局部放电试验回路,对试品施加标准雷电冲击电压和操作冲击电压,使用安装在试品末屏接地引下线处的非接触式高频局部放电传感器采集局部放电信号,通过高采样率示波器显示放电波形。在冲击试验后进行工频局部放电测量、油中溶解气体成分分析、高电压介质损耗因数测试、频域介电谱测试,以检测试品的绝缘状况。研究结果表明:油浸式电流互感器在冲击电压下发生局部放电,绝缘损坏,放电熄灭电压低于正常运行电压,放电无法自熄灭,长期累积作用造成设备故障。     

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。     

Recent trend of the partial discharge measurement technique using the UHF electromagnetic wave detection method

The ultra high frequency (UHF) electromagnetic wave detection method has been widely studied and used in partial discharge (PD) measurement and as a diagnostic technique for insulation performance in gas‐insulated switchgears (GIS) and transformers. The UHF method has advantages such as high sensitivity, wide detection range and reduced external disturbances. On the other hand, there are still some issues to be solved in the UHF methods, such as a clear understanding of the propagation characteristics of electromagnetic waves arising from the structure of the equipment, optimization of antenna design, calibration of charge, etc. This article deals with the present status and future trend of the technology of this promising UHF method of PD measurement, together with recent activities and results from our laboratory. Copyright © 2007 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

针-板局部放电辐射电磁波频率特性的实验研究

高压设备局部放电时会辐射出具有一定频率的电磁波。设计了一种典型的针-板电极放电实验模型,搭建一局部放电试验装置,用以模拟高压设备局部放电,对辐射出的电磁波频率特性进行研究。结果表明,在50 MHz-1 GHz测试频率范围内,这种局部放电能够辐射出能量较强的电磁波信号,并且连续分布于整个测试频段(包括超高频段0.3-1 GHz);通过比较屏蔽装置内外测得的放电频谱,证实辐射出的电磁波可通过开孔处耦合到设备外部,并能被检测,特征也基本不变。这些特性为高压设备局部放电非接触式超高频检测技术和此种放电类型的识别提供了实验依据。