GIS局部放电在线检测技术及UHF法介绍

气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）因其优异的性能在甘肃电力系统应用日趋广泛,在GIS设备加工、现场安装及运行期间不可避免地产生一些缺陷,引发局部放电,积累发展可能导致绝缘击穿。在线检测GIS局部放电,从而及早发现缺陷,可以避免由这些缺陷导致的击穿发生。     

GIS内部局部放电检测的研究

根据测量系统等效电路的传递函数的幅频特性图,优化设计了CT线圈测量系统和外被电极测量系统,CT线圈测量系统有一个较好的频率选择特性,有一个可以减少外界干扰的谐振频率,当第一个谐振点频率约为100kHz时,CT线圈测量系统的测量灵敏度为2～10pC,外被电极测量系统的灵敏度为15～30pC,应用这两种测量系统,对充有SF_6或SF_6/N_2或SF_6/空气混合气体且带有固定微粒或自由微粒的同轴电极系统,获得了一些检测局部放电的结果。     

GIS局部放电在线检测技术分析

1GIS局部放电在线检测方法 以SF6作为绝缘介质的气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）的局部放电会在外壳上产生微弱的电流,使接地线上有高频放电脉冲流过;局部放电还会使通道气体压力骤增,在GIS内部气体中产生纵波或超声波,并在金属外壳上出现各种声波;局部放电还会导致SF6气体分解或发光,这些物理和化学变化特征,都可作为局部放电信号检测的对象。目前,国内外在线检测GIS局部放电的主要方法有以下几种：     

特高频技术在状态检测中的应用

采用常规的电气试验方法对气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）进行检测受到很多限制。介绍了用于GIS局部放电检测的特高频局部放电检测系统的组成、工作原理及选用范围。该技术应用于实际生产现场状态监测工作的实践证明,其有利于GIS运行状态评价。     

GIS设备局部放电定位技术与现场应用

通过带电检测发现气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)存在局部放电信号后,需对局放源进行快速准确定位,以判断缺陷类型,制定检修消缺方案。对GIS设备超声波定位、特高频定位、声电联合定位等方法进行了分析,并例举现场定位应用案例,案例表明三种定位方法对GIS一般缺陷都有良好的定位效果。对于超声波或特高频难以定位的缺陷,可以采用声电联合定位法同时分析超声波与特高频信号,实现缺陷准确定位。     

局部放电在线监测与离线检测在GIS设备状态评价中的应用

为了提高气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)运行状态评价水平,介绍了GIS的主要状态监测手段,如在线检测、离线检测,以及两者相结合的实施方式。针对某220 kV变电站的实例利用在线监测和离线检测两种方式配合检测,并结合经验分析成功定位局部放电信号源,成功排除了一次局部放电。     

超声波法在GIS局部放电检测中的应用

在概括对比GIS局部放电检测方法的基础上,结合对公司所辖变电站GIS设备开展的超声波局放测试情况,分析了毛刺、悬浮屏蔽、自有颗粒等缺陷的基本特征,给出了其典型图谱和经验判据,对现场工程人员具有相当的实用和参考价值。实践证明超声波法对带电巡检中的缺陷诊断具有较高的灵敏性和有效性,并可对缺陷进行精确定位,适合GIS设备短时的在线监测。     

基于声光联合法发现的GIS内部绝缘子裂纹引起的局部放电缺陷

首先阐述气体绝缘金属封闭开关设备(gas-insulated switchgear, GIS)局部放电带电检测的现状,然后介绍一起应用超声波、特高频等带电检测技术发现的GIS内部支撑绝缘子裂纹引起的局部放电缺陷案例。综合分析该缺陷的超声波、特高频信号特征以及SF₆分解物测试结果,对缺陷进行精确定位。经解体检查以及绝缘件返厂完成局部放电和X光探测检查,发现异常局部放电信号是GIS内部某绝缘件上的微小裂纹引起的。最后结合该案例,对GIS局部放电带电检测技术提出相关建议。     

超高频在线监测技术在GIS局部放电检测中的应用

鉴于超高频(UHF)法用于局部放电检测日渐增多,结合UHF用于广东电网变电站GIS局部放电检测案例,分析了UHF在线监测技术的优越性,并对PDM UHF局部放电在线监测系统的应用效果进行了试验研究。试验和实践表明,UHF在线监测技术能够提高变电站GIS局部放电的监测效果,具有很好的应用前景。提高监测灵敏度的关键在于选择合适的传感器安装位置。此外,对于全封闭的GIS设备UHF法宜结合超声波定位技术一起使用。     

基于超声波法的GIS局部放电测试及分析

介绍了引起气体绝缘开关设备(GIS)局部放电的主要缺陷,分析了基于超声波法的GIS局部放电测试的原理、试验接线及注意事项,对部分变电站GIS设备进行了超声波局部放电测试。经测试结果分析表明,若周期峰值小于15 mV,应以跟踪监测为主;若大于15 mV,应考虑进行分合闸操作,再进行复测,如果信号消失,信号由动静触头接触不良引发的可能性较大,若分合闸不能消除信号,建议停电检查。     

GIS局部放电特高频时差定位法应用案例分析

局部放电检测是目前气体绝缘金属封闭式开关设备（gas insulated switchgear,GIS）状态诊断的关键技术手段。分析各种局部放电检测方法,认为特高频法抗干扰能力较强,检测效率较高,可实现故障模式识别及定位。基于此,采用局部放电检测法发现一起 GIS典型悬浮放电缺陷,采用时差定位法确定缺陷位置采用相位同步技术确定缺陷相序。经过解体检查验证,检查结果与特高频诊断结果一致。     

GIS局部放电常规检测和超声波检测方法的应用比较

介绍了几种GIS局部放电常用的检测技术,并应用常规脉冲电流检测法和超声波检测法对模拟的GIS运行中常见的几种典型缺陷,包括带电导体上尖端、壳体内壁上尖端、自由金属颗粒、悬浮电位、绝缘子内气泡以及黏附在绝缘子表面的金属颗粒等进行了检测。再通过对测试系统记录的放电脉冲和超声波脉冲的相位分布比较、不同缺陷在一定电压下的脉冲放电量大小比较,以及不同缺陷超声波脉冲有效值和周期峰值的特征和大小比较,总结得到在上述各种典型绝缘缺陷情况下,应用这两种检测方法所得波形和信号的主要特征,为超声波局部放电检测技术在GIS现场交流耐压试验和运行阶段的有效应用提供参考。     

GIS局部放电检测方法的分析研究

为了研究脉冲电流法、超声波法和超高频法检测GIS设备内部局部放电的优缺点,利用220 kV GIS试验段建立了一套GIS局部放电检测平台。应用脉冲电流法、超声波法以及超高频法对高压导体尖端、地电极尖端和悬浮尖端典型缺陷进行了测试,获取大量的实验数据和图谱。试验结果表明:脉冲电流法对缺陷普遍具有较高的灵敏度,但抗干扰能力较差,对于现场应用有一定局限性;超声波法对于局部放电信号灵敏度较低,但是抗电磁干扰性强;超高频法抗干扰能力强且灵敏度高,适合用于现场检测。总体来看,多种检测方法需要配合来综合确认。     

GIS局部放电外置超高频检测系统

研制了宽带和窄带两种超高频外置天线传感器,两种传感器增益均大于1,驻波比在其有效带宽范围内均小于2,均能用于GIS局部放电超高频检测。设计了高性能放大器和半分布参数超高频滤波器,工作频带为300～1000MHz,完全覆盖了两种传感器的工作频带。性能测试表明,传感器和滤波放大器性能优良,频率匹配,能满足超高频信号检测预处理的要求。通过对绝缘子表面金属污染缺陷产生的局部放电信号进行检测研究表明,超高频检测系统能够检测到超高频段微弱的局部放电信号,并能抑制低频段干扰,为后续模式识别的研究打下了基础。     

基于网络分析仪的GIS局部放电在线监测特高频传感器现场校核技术

如何校核已投运的传感器性能是保障气体绝缘金属封闭开关设备（gas-insulated metal-enclosed switchgear, GIS）局部放电监测可靠性的重要课题。基于网络分析仪,采用扫频方法测试安装在实体 GIS 上的传感器的响应特性,并研究其与特高频传感器平均有效高度的关系。通过比较分析发现,实体 GIS 上传感器的等效频率响应特性与其吉赫兹横电磁波（gigahertz transverse electromagnetic,GTEM）小室内的等效高度曲线具有相似的频谱特征,实体 GIS上传感器的平均等效响应幅值与 GTEM小室内的平均有效高度具有相同的变化规律;结论认为,通过利用网络分析仪进行频响特性测试,可以有效反映特定型号 GIS 结构下的特高频传感器性能。基于该结果,提出了基于网络分析仪的 GIS局部放电监测特高频传感器现场校核方法。     

GIS内4种典型缺陷的局部放电超高频数学模型构建

通过对GIS内4种典型绝缘缺陷的物理模型试验,获得大量的PD超高频信号数据。对获取的,n-u-t三维谱图样本数据,用统一化和归一化的方法得到对应的二维散点图,采用高斯函数构建4种常见绝缘缺陷的数学模型,总结出构造原则和方法。用定义的误差判定系数、根的均方误差值来定量分析模型的误差,通过功率谱相似性参数NCC的定量计算和时频域SPWVD分析以及人工加噪后用复小波变换技术去噪的应用研究,进一步证明该数学模型可用于GIS中PD超高频仿真研究。最后指出只要适当地调节数学模型中的参数值,就适合于不同绝缘缺陷所对应的物理模型。     

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。