GIS特高频局部放电内置传感器自身放电缺陷分析方法

特高频局部放电在线监测装系统的内置传感器需嵌入气体绝缘金属封闭开关设备(Gas Insulated Switchgear,GIS)壳体内部,若内置传感器自身出现局部放电,不仅难以对其进行检修更换,还会导致对设备运行状况的误判,因此亟须对内置传感器自身放电的信号特征及检测方法进行研究分析。针对一起特高压GIS内置传感器监测到的局部放电缺陷,通过局部放电定位及现场检查,判断为内置传感器馈线末端绝缘减弱导致的芯线对屏蔽层放电,且示波器观察到的放电信号存在明显的折反射过程。结合波传导理论分析可知,芯线对屏蔽层放电后,由于两者间的耦合作用使得同轴电缆的波阻抗发生改变,从而与示波器端口阻抗失配,导致特高频信号在同轴电缆上发生折反射。因此,将示波器检测图谱中的折反射特征作为内置传感器馈线处局部放电的判据。实际检测情况表明,所提GIS特高频局部放电内置传感器自身放电缺陷分析方法对判别局部放电信号位于GIS内部还是内置传感器馈线处具有一定指导作用。     

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。     

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盆式绝缘子均压环特高频接收特性研究

随着带屏蔽环式盆式绝缘子的大量应用以及设备尺寸的不断小型化,气体绝缘金属封闭开关设备(gas-insulated metal-enclosed switchgear,GIS)局部放电特高频法(ultra-high frequency method,UHF)传感器的使用受到了极大限制,局部放电UHF检测日渐困难。针对该问题,以盆式绝缘子均压环作为UHF天线,测试环形天线(盆式绝缘子均压环)接收特性与局部放电视在放电量、传感器位置、传感器接地方式等因素的关系,并比较分析了各种UHF传感器的频率响应特性。结论认为,GIS盆式绝缘子均压环具有良好的UHF接收性能,用其作为UHF天线进行GIS内局部放电测试是可行的。     

GIS内置特高频传感器性能参数的数值仿真与优化设计技术

为更有效地监测气体绝缘组合电器(gas insulation switchgear, GIS)特高频(ultra-high frequency, UHF)局部放电,针对GIS内置圆盘型UHF传感器开展了优化设计技术研究。首先分别建立了内置UHF传感器GHz横电磁波小室(GHz transverse electromagnetic, GTEM)等效高度和回波损耗参数(S₁₁)的测试仿真模型,考察了传感器安装手孔、结构参数与传感器性能参数的影响关系,并开展了传感器性能的仿真与实测对比研究。结果表明:随着手孔直径的增大,谐振频率逐渐降低;传感器整体等效高度与手孔深度呈反比关系。随着电极直径的增加,最低谐振频率逐渐降低,且电极越薄越有利于UHF信号的接收。最后优化研制了内置传感器,平均等效高度为14.0 mm,与仿真等效高度曲线基本一致,实验结果表明优化后传感器的检测灵敏度优于商用传感器。     

一起500 kV GIS断路器放电故障分析

对一起500 kV气体绝缘金属封闭组合电器(GIS)断路器放电故障进行分析。通过解体检查和试验分析,确定该起故障放电闪络位置为绝缘拉杆,并给出了故障的直接原因和根本原因。为了防止类似故障再次发生,从绝缘拉杆的生产工艺、安装、检测和GIS断路器日常维护等方面提出相关建议。     

GIS局部放电特高频检测灵敏度的检验方案细化研究

为了检验局部放电特高频检测装置的灵敏度,笔者对目前广泛应用的CIGRE方案进行了实验研究。通过对脉冲源发射的特高频信号时域和频域特征分析,检验了脉冲源与实际放电源的等效性。试验发现脉冲源激发的特高频信号峰峰值随输出电压升高呈线性增长,与悬浮金属体作为放电标准源激发的特高频信号峰峰值与放电量的关系曲线类似。笔者结合对GIS中局部放电激发和传播特性的研究,提出了细化CIGRE关于特高频检测系统灵敏度检验草案的建议。     

GIS局部放电特高频传感器有效高度的比对测试

为提高气体绝缘金属封闭式开关设备(GIS)局部放电特高频(UHF)检测技术现场应用的有效性,有必要对UHF传感器耦合性能进行校核。为此,建立了基于吉赫兹横电磁波(GTEM)小室的UHF传感器有效高度测试平台,采用0.3~1.5 GHz频段内的平均有效高度和该频段内有效高度大于等于2 mm的百分比表征UHF传感器的耦合性能。基于GTEM750小室,采用时域脉冲和扫频参考法对UHF传感器的有效高度进行了比对测试,并与GTEM1500小室的测试结果进行了比较;基于GTEM750小室的时域脉冲参考法,讨论了UHF传感器类型、工装、安装角度对有效高度测试结果的影响。研究结果表明,不同方法和平台对UHF传感器在0.3~1.5 GHz频段内的平均有效高度测试结果的偏差在±1 mm以内;UHF传感器类型、工装、安装角度对有效高度有显著的影响。     

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 局部放电在线检测技术及应用

分析了 SF6气体绝缘金属封闭开关设备(gas insulated metal enclosed switchgear and controlgear,GIS)局部放电产生的原因,结合现场应用实例,对2种 GIS 局部放电在线检测技术———超声波检测技术和特高频检测技术进行了应用比较,结果表明特高频检测法灵敏度高、抗电磁干扰能力强、有效测量范围大,能准确检测GIS 内部绝缘缺陷,适用于长期在线监测;超声波检测法定位准确,可作为特高频检测法的补充和辅助手段;2种方法综合利用可有效发现绝缘缺陷并实现准确定位。     

一起220kV GIS断路器放电故障分析与试验研究

高电压等级的气体绝缘金属封闭开关设备(gas insulated metal enclosed switchgear and controlgear,GIS)在发生大电流短路故障时,常常由于短路能量较大,故障设备烧蚀严重而无法确定故障位置和直接原因。针对此,采用扫描电子能谱(energy disperse spectroscopy,EDS)法对发生故障的220 k V某变电站GIS设备SF6气体分解产物及故障区域表面附着物进行分析研究,结合返厂解体,同时考虑断路器设备原件的成分组成,分析了造成事故的原因。同时,在实体220 k V GIS内试验研究了铁质金属颗粒对GIS绝缘强度的影响和绝缘劣化的危险程度。结果表明:GIS断路器内存在铁质金属异物是造成事故的直接原因,厂内安装控制不严造成的带缺陷出厂为间接原因;在同一电压等级下,金属异物越大对GIS的绝缘强度影响越明显,绝缘劣化越突出,GIS越易发生闪络事故。     

直流电压下GIS内部缺陷检测

在传统脉冲电流法的基础上,设计了直流电压下脉冲电流检测系统。通过施加直流电压和交流电压,对气体绝缘金属封闭开关设备(gas insulated metal enclosed switchgear and controlgear,GIS)内部缺陷的局部放电信号进行检测。直流电压和交流电压下局部放电信号特征对比结果表明,直流电压下局部放电起始电压较交流电压下低,直流检测技术可以高效、准确地检测缺陷局部放电。     

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。     

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。     

220kV变电站GIS断路器短路典型事故分析

介绍了某220 kV变电站气体绝缘金属封闭开关设备(gas insulated metal enclose switchgear,GIS)断路器短路事故经过。通过对220 kVGIS短路事故后的故障录波、气体成分、断路器解体及出厂原始数据的综合分析,认为在出厂时的雷电冲击试验中的击穿、放电造成的断路器极间绝缘筒的缺陷是事故发生的主要原因。并通过事故过程的还原从另一角度验证了事故原因分析的正确性,并提出了相应的建议,同时为类似GIS故障的处理分析提供借鉴与参考。     

110kVGIS局部放电故障定位技术的研究

为研究利用超高频法进行GIS局部放电的故障定位,研制了局部放电故障定位系统,定位系统由示波器完成对超高频信号的数据采集,数据处理与运算在计算机中完成,定位方法采用时间差计算法,利用互相关函数算法计算时间差。通过在GIS模型的不同位置设置放电源,进行定位实验,结果表明定位系统可以有效的检测GIS局部放电信号、实现局部放电故障的定位,系统的软硬件设计方案切实可行。