检测GIS局部放电的内置传感器的模型及性能研究

全封闭组合电器(GIS)局部放电检测对于保证其安全可靠运行具有重要的意义。该文从电气测试的角度，研究了GIS局部放电信号的内置传感检测，研制了圆板型和圆环型两种内置传感器，采用电容耦合模型和天线模型研究了这两种传感器的性能。GIS局部放电实测结果表明，文中所研制的内置传感器性能优异，能够传感纳秒级的局部放电脉冲信号，频率响应特性好，完全能够满足GIS局部放电信号测量要求，圆环传感器的灵敏度高于圆板传感器。     

252kV GIS局部放电特高频信号在直线和L型结构中传播特性的试验研究北大核心CSCD

随着高压开关智能化的发展,GIS局部放电在线检测技术得到了越来越多的推广应用。由于内置式局部放电传感器具有较高的传感灵敏度和良好的抗干扰性能,目前在252 kV及以上电压等级的GIS产品上出厂时都要求安装内置式局部放电传感器,内置式局部放电传感器在GIS上布置的合理性尤为重要,因此需要开展局部放电信号在GIS中传播特性的研究。文中采用频谱仪和同步扫频信号发生器测量不同位置局部放电传感器的插入损耗及波形图,试验研究了局部放电产生的电磁波在252 kV GIS典型结构(直线型和L型结构)中的传播特性。结果表明:局部放电UHF信号在252 kV GIS中沿直线距离平均衰减为0.37 dB/m,经过一个L型结构衰减5.5 dB,研究结果可以为局部放电内置传感器在GIS上的布置提供理论指导。     

一种用于GIS局部放电检测的新型特高频传感器

研制了一种用于GIS局部放电检测的宽带特高频外部传感器,其有效带宽为300～3000MHz。用天线理论对该传感器的特性加以分析,并在实验室进行了性能实测,结果表明,该传感器有良好的特性。     

三相共箱式GIS局部放电超高频信号特征的研究

GIS在制造和装配过程中难免会留下一些潜伏缺陷,导致在运行中引起GIS内部局部放电。研制了一种超高频宽带振子天线——套筒天线传感器,并对其性能进行了仿真计算,结果表明可以用作局部放电检测的超高频传感器。为研究三相共箱式GIS中存在缺陷引起的局部放电超高频信号的特征,建立了6种典型缺陷模型来模拟局部放电故障,采用自建的局放检测系统测量得到了各种缺陷下GIS局部放电的宽频带特征,为三相共箱式GIS局部放电缺陷的监测和诊断奠定了良好的基础。     

基于光纤迈克尔逊干涉仪的GIS内置局部放电超声传感技术

气体绝缘开关设备(gas insulation switchgear, GIS)局部放电超声传感器主要采用外置安装方法。受制于GIS设备内部的复杂结构和SF6气体的强声波吸收率,局部放电产生的超声波信号传达至GIS外壳时往往非常微弱,传统的压电传感器灵敏度难以满足对局部放电微弱声波信号的检测需求。因此,基于光纤传感器的全绝缘和抗电磁干扰特性,提出了一种内置型迈克尔逊超声传感技术,设置仿真和试验研究光纤对于GIS内部电场分布的影响。分析光纤环的尺寸对超声信号检测灵敏度的影响,搭建平台测试光纤超声传感器的频响特性和抗干扰性能。在此基础上,搭建了GIS局部放电检测试验平台开展局部放电检测试验。结果表明：内置式迈克尔逊超声传感光纤环布置在GIS局部放电模型附近后可以检测到8.8 pC的尖端放电、15.3 pC的自由颗粒放电和53.5 pC的沿面放电,且相同放电量下压电传感器未测得有效信号。     

纳秒级高斯脉冲源的研制及其在GIS局部放电研究中的应用

为了更好了解局部放电UHF信号在GIS中的传播和衰减特性,研制了一种纳秒级脉冲源,用于模拟GIS中局部放电信号,并采用实验和XFDTD仿真相结合的方法分析了此纳秒级脉冲信号在GIS内的衰减特性。实验结果和仿真结果综合表明,研制的纳秒级陡脉冲源完全可以模拟GIS内部的局部放电,利用XFDTD仿真软件建立的GIS局部放电模型是正确的、可行的。     

一种加载短路针的小型化气体绝缘组合电器内置特高频传感器

基于安全考虑及内置特高频传感器小型化、回波损耗小、灵敏度高的要求,设计了一种带短路针的气体绝缘组合电器(GIS),内置特高频传感器。通过仿真计算研究短路针数量、短路针位置对传感器的影响,结合GIS法兰尺寸确定最优设计。通过仿真及试验研究,对影响传感器的各项性能参数进行了探讨,结果表明:对于110k V GIS短路针数量为4、且短路针距离圆心距离为40mm时,回波损耗和灵敏度达到最优。在实验室对传感器高低温耐受、气密性检测及局部放电检测效果进行了验证,结果表明:本文研制的传感器高低温耐受循环、气密性检测效果好,对GIS内部典型局部放电具有良好的响应特性和较高的检测灵敏度,能够检测到清晰的特高频局部放电波形,且检测信噪比均大于10。     

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%。     

用于变压器局部放电检测的超高频传感器的初步研究

传统的局部放电检测方法，由于测量频带窄、抗干扰能力差、信息量少，已经不能满足变压器局部放电检测（特别是在线检测）的需要，因此，近年来提出的超高频检测技术得到了较快的发展。根据GIS中超高频检测的经验，并结合变压器的结构和放电特性，该文研制了一种宽带超高频传感器，其有效带宽为500～1500MHz。用天线理论对传感器的特性加以分析并在实验室中进行了性能实测，结果表明该传感器具有良好的使用特性，该文用该传感器研究局部放电信号，在其有效频率范围内可以精确地提取放电发射的电磁信号，从而为进一步研究超高频局部放电检测技术在变压器中的应用奠定了基础。     

应用正向传输系数的GIS局部放电UHF传感器布置方式现场校核方法

为保证特高频(ultra-high-frequency,UHF)法在气体绝缘金属封闭开关设备(gas-insulated metal-enclosed switchgear,GIS)局部放电在线监测中应用的有效性,提出了一种基于微波网络正向传输系数(S21参数)的GIS局部放电UHF传感器布置方式现场校核方法。首先,在252 k V GIS真型试验平台上利用网络分析仪测试传感器间的S21参数,同时采用脉冲注入法间接计算传感器间的传递函数,结果表明:两者的频谱特性具有较好的一致性;在此基础上,研究了S21参数与不同缺陷类型局部放电频谱之间的相似度,结果表明:S21参数能有效反映UHF传感器对局部放电信号的接收特性。然后,在252 k V GIS真型试验平台上测试得到传感器间若要满足5 p C局部放电检测灵敏度,要求S21参数平均值?-75 d B。最后,将提出的方法应用于1100 k V GIS局部放电UHF传感器布置方式有效性的现场校核中,取得了良好的效果。研究成果可为GIS局部放电在线监测和带电巡检中UHF传感器的差异化布点提供参考。