GIS机械振动和局部放电融合检测系统研究北大核心CSCD

气体绝缘组合开关潜在性的绝缘缺陷和机械缺陷是导致其发生故障的主要原因,因此同步检测GIS设备内部绝缘状态和机械状态,对电力系统的正常运行具有重要的现实意义。文中从GIS的实际检测需求出发,设计振动—超声融合传感器,搭建融合检测系统。系统基于小波包算法实现对融合信号的分离与去噪,并利用振动基频信号获取工频电压相位,作为局部放电PRPD(partial discharge phase distribution)谱图的相位参考信息,检测系统可综合实现振动—超声融合信号采集、调理转换、处理分析等功能。在实体GIS设备上开展了隔离开关接触不良机械振动—局部放电联合检测试验,试验结果表明GIS设备隔离开关接触不良缺陷程度越高,机械振动信号中100Hz基频分量和300Hz异常分量越大,且隔离开关严重接触不良状态下会产生600、900Hz的异常分量,并伴随有悬浮放电信号,PRPD谱图显示放电幅值稳定且较高,放电相位固定,特征明显。文中研制的振动—超声融合检测系统可实现对GIS机械振动、超声局放信号的时空同步检测,进而综合分析GIS的机械状态和绝缘状态,实现对于缺陷类型、缺陷程度的精准诊断;系统便携性强,提高了现场对于电力设备的巡检效率,为现场GIS便携式精准检测提供了新方案。     

基于宽频振动传感器的电力设备状态监测方法可行性分析

宽频振动信号包括1 Hz～20 kHz的低频振动信号和20～500 kHz的高频超声信号。近年来,利用振动信号对变压器、电容器、电抗器等电力设备进行状态检测的手段日益成熟,超声信号也可以很好地检测出电力设备中的局部放电并定位,均已有较为成熟的应用。文中提出了基于宽频振动传感器的电力设备状态监测方法,并使用该传感器同时测量了脉冲振动源的振动以及油纸绝缘针板电极局部放电的超声,借助仿真对超声时延进行了修正,对局部放电进行了识别,并与脉冲电流法所得结果进行了对比。结果表明,所提出的监测方法可以很好地监测到振动和超声,并实现局部放电的识别,该方法应用于电力设备状态监测是可行的。     

互感器振动对GIS超声波局部放电检测的影响

超声波局部放电检测是气体绝缘组合电器(GIS)的重要带电检测方法,但是该方法易受到电气设备机械振动的影响。本文分析了互感器的铁心和绕组等部件的固有振动原理,指出了其主要振动分量为100Hz频率分量,将造成超声检测信号中出现100Hz频率成分,可能被误判为悬浮电位放电。运用希尔伯特-黄变换分析了机械振动引起的GIS超声实测信号,获取了该信号的时频特征;结合现场检测经验,指出了机械振动引起超声局部放电检测异常的综合诊断方法。根据以上分析,提出了使用GIS超声波局部放电检测提高工程安装质量、重视与初始检测结果比较、综合诊断GIS设备的机械振动等相应对策。     

基于振动原理的GIS母线触头松动缺陷诊断技术研究

笔者在分析GIS设备母线触头松动缺陷产生机械振动机理的基础上,研制了采用振动加速度传感器的GIS振动信号检测装置,并在实验室搭建了GIS机械振动检测试验平台,通过模拟GIS母线触头松动的机械缺陷,开展了GIS母线触头正常、松动两种情况下的试验研究,研究结果表明:不论GIS母线触头是否存在缺陷,在GIS绝缘盆子附近的外壳上都可以检测到明显的振动信号;正常运行时,各方向上的振动信号在1 400 Hz和100 Hz两个频率点上的幅值较高,且数值基本相等,比值约等于1;当GIS母线触头存在松动缺陷时,GIS壳体上检测到的振动信号在不同的方向上表现出不同的特征,选取1 400 Hz与100 Hz频率点对应幅值的比值可作为母线是否存在松动缺陷的判断特征量,当比值小于0.5或大于2时可初步判断存在母线松动缺陷。     

高灵敏硅凹槽膜片型光纤F-P局部放电超声传感器

文中设计并制备了一种硅凹槽膜片型光纤法布里-珀罗(Fabry-Perot,F-P)超声传感器,用于电力设备局部放电检测。采用有限元软件优化设计传感膜片的凹槽参数,与传统圆形膜片相比,硅凹槽膜片的静态灵敏度提升4.09倍且谐振频率基本不变。通过耦合效率修正传统双光束干涉模型,研究F-P腔长对传感器干涉光谱对比度的影响,以提升传感器的声压灵敏度。利用微机电系统(micro-electro-mechanical system,MEMS)制备硅凹槽膜片,其凹槽直径为829.44 μm,厚度为2.09 μm,F-P腔长为163.600 μm。在谐振频率61.5 kHz处,传感器声压灵敏度可达357.78 mV/Pa,并结合气体绝缘开关(gas insulated switchgear,GIS)局部放电缺陷模型对传感器性能进行验证。实验结果表明,文中所制备的光纤F-P超声传感器具有声压灵敏度高、实时性好、超声信号检测能力强等优点。     

GIS中典型缺陷局部放电的超声信号特征分析

GIS以其可靠性高、维护率低和尺寸小等优点在变电站中广泛应用。然而,GIS中不可避免的缺陷仍经常引发绝缘击穿事故。设计并模拟了GIS中常见的三类局部放电典型缺陷:金属突出物缺陷、自由金属颗粒缺陷和悬浮电位缺陷,使用外置的超声传感器采集局部放电产生的超声波信号,并分析了这些信号的特性。试验结果表明,三种典型绝缘缺陷局部放电时具有不同的超声信号特征,超声波法可用于检测和分离GIS中常见的绝缘缺陷。     

基于光电复合传感器的GIS局放检测方法研究

气体绝缘组合开关(gasinsulatedswitchgear,GIS)设备内部发生局部放电时,会产生并向外辐射光和电磁波信号,通过测量产生的光和电磁波信号可以实现对局部放电的检测。局部放电特高频法目前已被广泛应用于GIS中局部放电的检测。光测法具有灵敏度高、对电磁干扰完全免疫等优点,拥有广阔的应用前景,但由于未解决传感器安全植入GIS内部的问题,目前尚无现场应用。将荧光光纤和GIS内置特高频传感器相结合,研制出用于GIS内部局部放电检测的新型光电复合传感器。仿真结果表明,复合传感器在不影响GIS内部电场分布以及内置特高频传感器性能的基础上,实现了荧光光纤的植入;实体GIS局部放电检测试验显示复合传感器可同时检测局部放电中光和特高频信号,对于金属尖刺缺陷,荧光光纤法具有更高的检测灵敏度。光测法的检测幅值和放电量近似为线性关系。随着缺陷和传感器距离的增加,光信号幅值呈现每厘米约2.2%的衰减。研究结果为GIS中局部放电检测提供了一种更加灵敏、可靠的检测方法。     

基于Michelson光纤干涉的GIS局部放电超声信号检测技术

传统的局部放电超声检测技术主要是使用PZT传感器进行检测,但其性能已难以满足电力设备局部放电超声检测需求。近年来,研究人员对光纤超声传感器开展了大量研究,但缺乏针对传感器检测下限的研究,且测试较少在真实GIS平台上开展。为此,基于Michelson干涉原理研制光纤超声传感系统,并研究芯轴尺寸对传感器性能的影响规律,搭建声发射传感器性能测试平台,探究光纤传感器对微弱超声信号的检测性能,优化传感单元设计方案。在此基础上,基于126 kV GIS开展干涉型光纤超声传感器局部放电检测性能测试。实验结果表明:所研制干涉式光纤超声传感系统可用于实际GIS设备局部放电超声信号检测,所研制的光纤超声传感器平均灵敏度为82.5dB(0dB=1V/(m×s-1)),比PZT传感器(R15a)高18.7dB。对于GIS壳体尖端放电,光纤超声传感器的局部放电检测电压比PZT低44%,可测放电量低37.2%。在相同超声信号激励下,光纤传感器最大响应幅值比PZT高552%。     

GIS局部放电两种内置传感器响应特性分析

研制了气体绝缘组合电器(GIS)局部放电检测的圆板和圆环型两种内置传感器,分析了它的频率响应特性以及稳、暂态的输入输出特性。人工模拟缺陷下局放信号的实测结果表明,所研制的传感器性能可靠、灵敏度高,可用于GIS局部放电的测量。     

基于声电联合的便携式GIS局部放电检测系统

GIS设备内部出现绝缘缺陷时会在运行中产生局部放电.为了检测和分析GIS设备的绝缘状态和发展趋势,研发出运用超高频法和超声法实时检测GIS内部局部放电信号的系统.     

GIS设备机械缺陷的振动检测技术研究

气体绝缘组合电器(gas insulated switchgear,GIS)在运行过程中除了电气缺陷外,还会产生机械缺陷。GIS机械缺陷的产生主要是由于其导电回路存在接触不良所导致,运行过程中GIS的机械缺陷会导致设备产生机械振动,长期的机械振动会导致设备漏气、抗震性能下降甚至导致电气缺陷的产生,影响设备的安全运行。文中针对GIS设备机械缺陷的振动法检测,分析了运行过程中GIS振动信号的来源。在实验室构建了隔离开关接触不良缺陷,研究了其在大电流作用下的振动信号特征,结果表明,GIS振动信号的基频为100 Hz,当存在隔离开关接触不良等机械缺陷时,会导致其外壳振动信号幅值增加,其中200 Hz及300 Hz分量会显著增加。利用GIS外壳振动检测可有效实现GIS设备机械状态的带电检测。     

一种新型局部放电特高频传感器性能分析

局部放电现象是电气设备绝缘材料劣化的主要表现形式,研究如何有效地检测局部放电信号以减少电力设备绝缘击穿事故的发生,对电力设备的安全运行具有重要意义。本文针对现有外置式局部放电传感器应用于上海思源气体绝缘全封闭组合电器（GIS）盆式绝缘子存在的问题,研制一种新型天线连接器（AC）型局部放电特高频传感器,并给出其结构设计。实验结果表明,本文设计的传感器的监测带宽、灵敏度等性能优良,能够有效提高局部放电检测的灵敏度,与常规外置式局部放电传感器相比,其检测强度提升了约30dB。     

一种基于DSP的GIS局部放电检测仪的实现

实现了一种基于DSP的GIS局部放电检测仪。采用宽频带的压电薄膜声电传感器将局部放电产生的声信号或超声信号转化为电信号,通过DSP片内高速AD对来自超声传感器的信号进行采样,并对是否抓取到放电信号进行初步智能判断。确认有局部放电发生后,依次显示被抓取的放电信号的波形、幅度和频率。在用户现场测试的结果表明,通过比较多台检测仪的检测结果,可以将局部放电位置定位于GIS设备的两个绝缘环之间。     

GIS壳体振动机理和局部放电优化诊断与应用

为探究气体绝缘组合电器(GIS)电磁感应振动和局部放电(partial discharge,PD)引发电力设备异常振动的机理,建立计及集肤效应的GIS感应涡流及其电磁力的分布模型,设置GIS金属尖端PD发展实验.同步测取GIS局部放电发生时的脉冲电流和GIS壳体振动信号,融合机电信号发掘GIS局部放电的振动特征和机理....     

GIS内典型绝缘缺陷的局部放电信号超声特性分析

为了研究组合电器(GIS)典型绝缘缺陷局部放电信号的超声波特性,在一段110kV GIS试验段上,设计和模拟了GIS中的母线金属尖刺缺陷、筒壁金属尖刺缺陷、悬浮电位缺陷、盆式绝缘子内部气泡缺陷、自由金属颗粒缺陷等5种典型局部放电模型和铁心电磁振动模型,使用超声波法对其放电和振动信号进行检测。结果表明,不同缺陷的局部放电或超声信号在幅值、相位特征、相位分布(PRPD)谱图特征等方面会呈现不同的特点,为缺陷的模式识别提供了试验依据。     

GIS固体绝缘缺陷所激发特高频信号时频特征研究

利用特高频局部放电检测方法及时发现并处理气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)内部固体绝缘缺陷,是GIS设备运维的重要手段。目前将异常特高频信号与现行标准、规范和典型模拟缺陷图谱进行比对从而诊断缺陷类型及严重程度的方法,因现场情况复杂、设备结构各异,准确性有待进一步提升。因此文中针对现场检测中发现的GIS固体绝缘表面放电缺陷和内部气隙放电缺陷,研究该类缺陷所激发特高频局部放电信号的PRPS统计图谱特征,并利用傅里叶变换和连续小波变换分析单次特高频原始脉冲的频谱特征和时频特征。通过总结各类典型固体绝缘放电缺陷信号的脉冲持续时间、放电次数、相位宽度、极性效应、频域分布和时频特征等变化规律,有助于优化特高频检测频带,提升绝缘类缺陷的检测灵敏度,有利于检测人员更加准确进行放电类型识别和缺陷综合诊断,提升现场缺陷检测和诊断水平。     

基于多源感知的开关柜绝缘缺陷检测技术

绝缘故障在电气设备故障中占很大比例,在缺陷潜伏阶段将其检测并消除是防止故障发生的重要策略。绝缘缺陷通常伴随温升或局部放电现象,因此可将其作为判断设备绝缘状态的重要依据。红外光电传感器可检测设备的温度,紫外光电传感器可检测设备局放产生的紫外脉冲信号。以开关柜内电缆终端缺陷为例,构建了一个红外和紫外光电传感同步采集装置,基于自适应模糊神经网络,探索了一种融合了温升与局部放电2种信息源的智能检测手段。试验结果表明,相比于单传感器下的信息检测,基于多源感知的诊断算法,对设备缺陷诊断的准确性得到了显著提高。该检测技术为开关柜绝缘缺陷的识别和诊断提供了新的研究思路。     

GIS局部放电智能巡检定位技术及应用

为及时诊断出GIS运行过程中的绝缘缺陷,文中依据变电站巡检机器人与带电检测设备设计了一套变电站GIS局部放电智能巡检定位系统。其中GIS局部放电巡检系统通过特高频智能检测系统对内置式特高频传感器所检测局部放电信号进行采集;之后以无线通信的方式与搭载采集终端的巡检机器人通信,并将相应的数据上传至云端,实现局部放电信号的一次定位和长期跟踪。GIS局部放电定位系统基于GIS的筒型结构、声电信号的频带差、速度差以及定位示波器无线通信功能,采用Labview与MATLAB软件完成局部放电缺陷的声电联合二次高精度定位。试验证明:文中所设计的GIS局部放电智能巡检定位系统具有较高的检测灵活性与定位精度,可以应用于带电检测过程中GIS内部局部放电缺陷的跟踪定位。     

GIS中典型缺陷局部放电的超声波检测

为了研究超声波法在GIS中局部放电检测中的应用,在实验室以一段220 kV电压等级的GIS母线腔体为试验对象,设计和模拟了GIS中典型的局部放电模型,使用超声波方法对其放电信号进行检测。实验结果表明,不同缺陷类型的超声信号在波形、幅值和PRPD图上会呈现出不同的特点,通过对GIS腔体不同位置的检测,可以精确的定位出缺陷位置。研究表明,超声的方法在检测GIS局部放电信号时有较好的灵敏度和精确的定位,检测结果为今后对GIS局部放电模式识别提供了试验依据。     

新型GIS局部放电特高频信号仿真装置

气体绝缘开关组合电器(Gas Insulated Switchgear,GIS)特高频局部放电检测仪器广泛应用于GIS设备的绝缘缺陷检测与预警，但特高频局部放电仪器对绝缘缺陷的诊断和识别的准确性往往存疑。为了提高局部放电设备绝缘缺陷诊断和识别校验的有效性，开发了一种基于导入GIS现场绝缘缺陷图谱并能进行反向输出的装置。首先介绍了装置硬件设计的实现原理、基本结构以及局部放电仿真信号产生单元的实现方法，然后介绍现场真实特高频局部放电信号的转换、载入和下发方法，最后开展装置的实用性测试。测试结果表明：GIS局部放电特高频信号仿真装置能有效模拟现场采集到的各种真实放电信号并进行有效输出，为GIS特高频局部放电检测仪器的绝缘缺陷诊断和识别提供新的方法。