基于曲流技术的多频段特高频传感器的研制

变电站局部放电(PD)检测特高频传感器的工作频率范围为300~1 500 MHz,为避开该频段内手机信号等诸多外界干扰,基于环形天线原理和曲流技术设计了一种新型多频段全向特高频传感器。通过仿真和实测研究了该传感器的局部放电检测性能,并将其与宽频传感器的局部放电检测性能进行对比。结果表明,该传感器的工作频段为480~520、800~850、1 100~1 150 MHz,覆盖了电晕放电、沿面放电、自由金属微粒放电3种典型的局部放电缺陷信号的主要频率范围;且具有体积小、近似全向测量和灵敏度高的特点。该传感器能较好地检测各种类型的放电信号,满足变电站局部放电检测及定位要求。     

基于曲流技术和遗传算法的局部放电检测微带天线

基于微带天线原理设计了一种新型全向型局部放电特高频天线传感器。采用曲流技术对微带天线结构进行改进,增加天线的工作带宽。采用遗传算法对改进结构参数进行优化设计,使天线工作带宽达到最高。改进型微带天线的工作带宽为450 MHz~2 800 MHz,覆盖了局部放电特高频信号的主要频率范围。同时天线具有体积小、近似全向测量、增益高和灵敏度高的优点。模拟绝缘缺陷局部放电检测试验结果表明,该型天线可以有效检测典型局部放电特高频信号,满足变电站现场局部放电检测要求。     

一种新型的放电源空间定位用特高频传感器

采用特高频传感器阵列对放电源进行空间定位可极大地提高电力设备状态检修的效率,该文在研究确立空间定位用特高频传感器性能要求的基础上,基于单极天线理论和曲流技术,设计了一种球面锥形结构的新型特高频传感器。通过仿真及实验检测,对该传感器的性能进行了系统的研究,并对影响传感器各项性能的因素进行了探讨。实验室搭建的局放检测定位平台对传感器阵列的空间定位性能进行了验证。实验结果表明:曲流技术的应用可实现传感器的小型化,本文研制的传感器在500~2 000MHz带宽内具有驻波比低、全向、高灵敏度、及群时延一致性好等特点,基于特高频传感器阵列的定位系统能够对放电源进行准确定位,方位角误差小于2°,能够满足局放源空间定位的要求。     

特高频电磁波在变压器放油管道内的传播规律

放油阀式特高频(ultra-high-frequency,UHF)检测方法适用于变压器内部局部放电故障的带电检测。UHF检测装置的工作频带和安装位置是影响其检测灵敏度的关键因素。依据圆波导理论分析了UHF电磁波在放油管道内的传播特性,通过电磁波仿真和实验测试分析了UHF电磁波在放油管道内传播时的衰减程度,探究了衰减机理。研究结果表明,UHF电磁波进入放油管道传播时,低于TE11波截止频率的成分衰减严重,等于或大于此频率的成分几乎不衰减。提出了提高放油阀式UHF检测系统灵敏度的方法,即:传感器的探入位置应尽量靠近变压器内壁;UHF检测系统的频率下限应不低于主模截止频率。此研究成果对于提高变压器局部放电带电检测技术具有重要价值。     

基于特高频自感知的变压器局部放电检测方法

特高频法检测局部放电有灵敏度高、信噪比高的优点,但对于变压器外置传感器灵敏度低而内置传感器会影响到变压器的实际运行,为此提出将变压器内部器件作为特高频天线感知局部放电产生的特高频电磁信号的自感知检测方法。选取变压器铁芯、高压绕组、高压套管末屏作为特高频天线,对其进行建模并进行特高频自感知检测的仿真研究。对变压器部件的天线特性参数进行仿真计算,结果表明在特高频范围内所选部件均可作为天线进行局部放电检测。对整体变压器进行建模,并仿真计算所选部件在变压器内部对特高频信号的接收特性。仿真结果显示变压器内部器件可对局部放电产生的特高频信号进行良好的感知,起到检测局部放电的作用。在实体变压器进行试验,进一步验证了所提出的局部放电特高频自感知检测的可行性。特高频自感知检测法无需外接传感器,可实现变压器现场局部放电高灵敏度安全性检测。     

基于宽频带声电检测的变压器现场局部放电诊断及定位方法

为提升变压器局部放电特高频信号检测灵敏度和抗干扰能力,研制了上限检测频率达480 MHz的特高频线圈传感器,其具备在变压器铁芯/夹件接地位置检测局部放电特高频电流信号的能力。在实验室设置局部放电模拟缺陷,研究了变压器悬浮电位放电和绝缘表面放电的信号特征,有助于对现场检测的信号进行类型识别。研究了变压器现场检测去干扰方法,在此基础上研究了基于宽频带声电检测的变压器现场局部放电诊断及定位方法,并进行了实测验证,检出110 kV变压器内部局部电位放电缺陷,有助于提升变压器局部放电现场检测水平和诊断准确性。     

基于介质窗口和UHF传感器的变压器局部放电检测与定位方法

局部放电特高频检测方法灵敏度高、抗干扰能力强,已经得到广泛认可。由于油浸式变压器油箱的屏蔽作用,其内部局部放电产生的电磁波无法辐射出来,这阻碍了变压器局部放电特高频检测方法的推广应用。为此提出了基于介质窗口式UHF传感器的变压器局部放电检测与定位方法。通过仿真分析了介质窗口的规格尺寸对UHF信号强度的影响;在一台即将投入运行的220 kV变压器上安装了8个介质窗口UHF传感器,开展了局部放电检测与试验。研究结果表明,介质窗口直径为150 mm、高度为0时其外侧UHF信号最强;据此设计的UHF传感器检测到220 kV变压器内50 pC的局部放电,并能够准确定位。介质窗口式UHF检测方法对于提高变压器局部放电检测水平具有重要意义。     

用于变电站放电源空间定位的特高频传感器研究

基于宽带单极天线理论,设计了一种可用于变电站局部放电空间定位的特高频传感器。该传感器采用椭圆单极贴片的结构,具有全向、宽频带、高灵敏度、驻波比低及群时延稳定等特点,能有效满足变电站放电源全向检测的要求,多个传感器可组成特高频传感器阵列,对放电源进行空间定位。实验室搭建的局放实验平台对该传感器的空间检测及定位性能进行了验证,并成功将由该传感器组建的传感器阵列用于了变电站现场放电在线监测。实验室实验及现场应用结果表明,该传感器能够满足变电站放电源空间定位的要求。     

变压器升高座内部套管局部放电特高频信号传播特征

油纸电容式套管是广泛应用的变压器出线套管形式之一。目前,运行人员主要依据预防性试验对套管绝缘状态进行评估,无法对运行中的套管局部放电进行检测和识别。在仿真研究升高座内部套管局部放电特高频信号传播特征的基础上,提出了基于特高频法的变压器升高座内套管局部放电非接触式带电检测与定位方法。首先仿真研究了套管升高座内部局部放电激发电磁波信号的传播路径和传播特性,明确了升高座内部特高频信号通过套管外侧油道传播至外部空间;然后,搭建了套管试验平台,开展了套管顶部悬浮放电和套管升高座内部均压环附近悬浮放电试验,验证了套管外部特高频检测局部放电的可行性;最后,通过4通道特高频天线阵列对放电源进行定位试验,证明了升高座内部局部放电特高频信号的辐射途径。结果表明,该方法可以实现升高座内部的套管局部放电的非接触式不停电检测,对提高变压器出线套管维护水平具有重要意义。     

检测气体绝缘组合电器局部放电的四频段微带单极子特高频天线设计

针对用于气体绝缘组合电器(GIS)局部放电特高频(UHF)在线监测的天线传感器应具有宽频带、高增益和小尺寸等性能要求,设计了一种外置小型四频段微带单极子特高频天线传感器。采用多个辐射单元技术,展宽了特高频天线的检测频段,实现了传感器的多频信号传感特性,运用HFSS仿真软件对天线结构尺寸进行优化设计,选取一组最优参数进行特高频天线实物制作。理论计算和实验室天线特性实测表明,研制的外置四频段微带单极子特高频天线性能优异,在实验室GIS装置上,用已有的微带贴片特高频天线与所设计的特高频天线传感器对模拟缺陷产生的局放信号进行了对比检测,进一步证明了微带单极子特高频天线具有良好的检测灵敏度。     

变压器特高频、超声波侵入式PD联合检测技术

最新颁布的IEC TS 62478-2016《高电压技术-电磁和声学法测量局部放电》国际标准,指出了现有的外置式超声波法测量PD主要存在:设备外壳对声波的衰减和不同介质声阻抗引起的传输多路径问题。笔者基于变压器放油阀结构,将特高频(UHF)天线和压电陶瓷声发射(AE)传感器进行一体化设计,再考虑电磁波和超声波信号耦合、防变压器油渗漏两个主要问题的基础上,加工研制了能够同时耦合UHF、AE信号的侵入式PD复合传感器。110 kV变压器内置尖端放电下与外置式压电陶瓷AE传感器的对比试验表明:所设计的UHF、AE侵入式PD复合传感器能够有效探测到油中微弱放电产生的具有特定时间差Δt的电磁波和超声波信号,这为变压器PD检测提供了一种全新的"声-电"即UHF、AE联合检测技术。     

变压器局部放电光纤超声检测技术及新复用方法

传统的变压器局部放电声波检测技术主要是使用压电陶瓷传感器进行外置式检测,检测效果较差。光纤超声传感器具有绝缘性能好、抗电磁干扰性能优异、尺寸小等优势,可深入变压器内部感知微弱超声信号,这为变压器局部放电检测提供一种全新的解决方案。目前,国内外诸多研究机构已针对于变压器局部放电检测需求研制出各种光纤超声传感器。这些传感器在实验室研究中表现出优异的检测性能,但尚鲜有工程应用。此外,文献报道的光纤超声传感器主要为单点式结构。光纤超声传感器的多路复用问题一直未能得到很好的解决。为此,对现有光纤超声传感器的研究现状进行总结,从基本原理、结构参数、性能指标等方面进行对比分析,为推动光纤超声传感器应用于现场电力变压器局部放电检测提供理论参考。并针对于光纤超声传感器多路复用问题,提出一种基于光频域扫描干涉仪的分布式光纤超声传感系统,该系统能够对变压器局部放电产生的超声波进行多点同步检测,实现放电源定位。     

变电站局部放电区域检测与精确定位方法研究

针对传统局部放电带电检测方法与装置应用于变电站整站检测时,工作量大、效率低、成本高等缺点,基于局部放电特高频检测和多传感器联合检测原理,提出一种先巡检进行区域定位,后精确定位与绝缘诊断的变电站局部放电检测方案。文章对局部放电特高频传感器阵列时差定位算法中时延误差对定位结果的影响进行理论探讨,证实了区域巡检定位算法的合理性与有效性。通过理论研究与变电站现场测试,结果证实该方案与检测系统可有效、快速定位出敞开式变电站全站领域内的外绝缘放电以及离非屏蔽绝缘较近的设备内部放电。局部放电;区域定位;精确定位;超声;特高频     

GIS局部放电特高频在线检测和定位

特高频(UHF)电磁波信号传感用于气体绝缘组合电器(GIS)的局部放电在线检测能够获得很好的抗干扰效果.研究了在GIS体外进行局部放电特高频传感的技术,开发了一种拥有可移动传感器的GIS局部放电在线检测定位仪器,并建立了相应的检测和定位方法.实际测量显示:文中提出的GIS局部放电体外传感方式能够获得满意的检测灵敏度、抗干扰效果和定位精度,所采用的移动式传感器具有一些重要的优点.     

变压器局部放电特高频在线监测系统的研究

本文研究了变压器局部放电特高频在线监测系统.基于混频技术研制了系统硬件,它包括特高频传感器和特高频接收机.基于虚拟仪器技术开发了系统软件,它分为数据采集、数据分析处理、数据库和上下位机通讯四大功能模块.在实验室中检测了变压器绕组的局部放电,结果表明:该系统可以有效地提取中心频率在400～800MHz之间(最小步长5MHz)、带宽为10、20、40或80MHz的特高频局部放电信号,能准确地计算放电相关参数;具有测量频带宽、抗干扰能力强、工作稳定性好等优点,可用于变压器局部放电特高频在线监测和智能化诊断.     

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。     

特高频法检测GIS局部放电的试验研究

介绍了特高频法检测 GIS内局部放电的模拟试验方法。试验表明特高频法可有效地消除电晕干扰 ,检测的放电信号随 GIS内放电间隙的增大而减小 ,随传感器与放电间隙距离增大而减小。特高频电磁波信号传播时间差可对 GIS内局部放电进行初步定位。     

基于复合阵列传感器的应用射线追迹反推变压器中局部放电源

研制了将25阵元十字型超声阵列和2×2阵元特高频阵列共同构成复合阵列传感器。研究了适用于复合阵列传感器的定位算法。将特高频阵列虚拟扩展为13阵元,超声阵列虚拟扩展为193阵元。利用扩展的特高频阵列由双边相关变换算法来预估局部放电源的方位,根据预估结果再对扩展的超声阵列使用旋转信号子空间算法进行精确定向。为了提高单一阵列在局部放电定位中定向成功率和精度,以特高频信号为例,利用基于几何光学与一致性几何绕射理论的射线追迹法研究了对局部放电辐射电磁波轨迹的反演。在变压器模型中的局部放电定位试验表明,基于复合阵列传感器的定位算法对局部放电产生的宽带信号有良好的适应性,以及对局部放电辐射电磁波的追迹反演使定位精确度与成功率均远大于单一阵列的结果,发挥了特高频阵列灵敏度高而超声阵列定向精确度高的优点。     

变压器油阀内置式传感器抽气安装方法

利用变压器油阀作为安装通道,将传感器探头伸入变压器箱体内部,与变压器油直接接触后耦合内部局部放电产生的电磁波信号,是目前已投运变压器局部放电内置式特高频传感器最常用的安装方式。目前主要用于开展带电检测、在线监测以及离线故障诊断性试验,也有用于交接耐压局部放电试验时的辅助性测量。笔者针对因安装不当导致空气进入变压器箱体内的现象,设计了一种变压器油阀内置式传感器抽气安装方法,可以实现"无空气进入变压器油箱内"工况下油阀内置式传感器的可靠安装,从而确保变压器油阀内置式传感器安装工作的可推广性、操作性和实用性。     

基于特高频技术的开关柜故障预警方法研究

为实现对开关柜运行状态的在线监测,研究了一种基于特高频技术,通过特高频传感器检测开关柜的局部放电信号以判断其内部放电类型的故障预警方法,为开关柜的局部放电检测及定位提供了参考.