GIS局部放电带电测试技术研究

论述了GIS局部放电带电测试的意义、技术要求及测试方法,选择UHF电磁波信号传感法作为研究对象,通过建立GIS试验模型和设置人工局部放电源,研究不同类型局部放电信号特征,确定UHF传感器的技术参数和结构,建立局部放电定位和诊断方法。     

GIS中局部放电特高频信号与放电严重程度的关联分析

局部放电激发的特高频信号大小与放电严重程度紧密相关,笔者利用220 kV GIS设备,采用特高频检测法和IEC 60270—2000检测法同时对多种典型局部放电源进行试验。通过分析特高频信号的时域峰峰幅值与局部放电量之间的关联,发现不同类型局部放电源所激发的特高频信号峰峰值与视在放电量的对应关系存在显著差异。针对不同局部放电源特有的物理结构,通过对放电机理的对比分析,给出了不同缺陷激发的特高频信号峰峰值与视在放电量关系不一致原因的定性解释。     

局部放电光脉冲测量法及与电测法的比较

利用所建立的局部放电光学测量装置 ,研究了几种典型放电源的光脉冲信号在不同媒质中的传播衰减特性 ;比较了不同放电类型光脉冲信号与电信号之间的关系。实验结果表明 ,放电产生的光信号与视在放电电荷量及放电能量有关。光脉冲测量法已被用于防爆电机局部放电的测量。     

高压交联聚乙烯电缆局部放电脉冲的时频特性识别方法

高压电力电缆局部放电（PD）测量中,进行绝缘诊断和状态评估的一个重要方面是局部放电信号（PDs）的识别和放电源分离。传统的基于局部放电幅值大小检测的相位统计分析,不足以实现有效的诊断、风险评估和基于状态的维护。为此,从理论上研究了频率（即等效带宽∫eq）一时间（即等效时间长度teq）分离技术,通过∫eq-teq。平面的簇脉冲来识别局部放电脉冲,并求解出局部放电脉冲信号在∫eq-teq。平面形成紧凑的簇所需要的相似属性参数。Xi。PE绝缘样片缺陷实验将气隙放电、沿面放电和电晕放电不同类型脉冲映射到∫eq-teq。平面;XI。PE电缆缺陷实验将不同位置的相同缺陷放电脉冲映射到∫eq-teq平面。结果表明,不同类型的缺陷产生的PD脉冲信号能有效形成自己的簇,电缆不同位置的缺陷产生的PD信号也能形成不同的簇。可见,∫eq-teq识别技术可为高压XI。PE电缆的缺陷类型及放电源分离提供判断依据。     

多局部放电源的电/电磁波和声信号时序分析

局部放电既产生瞬态的电/电磁波信号,也辐射声波,为了解决设备内多局部放电源的存在给诊断所带来的困难,通过对局部放电辐射的电脉冲、电磁波和声波检测信号的分析,忽略脉冲信号的幅度特性和持续时间,仅考虑脉冲接收的起始时间点,构成对应的布尔量时间序列,以分别代表局部放电的电/电磁波和声波的布尔量时间序列,为两个坐标轴建立直角双时间坐标系。理论分析认为,任何一个局部放电源的电/电磁波和声波的布尔量时间序列在该坐标系下构成一条45°直线,不同局部放电源因时延的不同形成的直线位置不同。实验研究工频下不同位置的3个局部放电模型的放电时序关系及由它们的电/电磁波和声波布尔量时间序列建立的直角坐标系的结果表明,该法有可能识别多局部放电源,重构各局部放电源的放电时序关系,藉此研究各放电源的相间局部放电谱图及其放电模式变迁,并获得用于局部放电定位的关键参数超声波传输时延。该法物理意义明确、应用简单。     

基于超高频传感器的电力变压器局部放电定位研究

局部放电（partial discharges,PD）是导致电力变压器绝缘故障的重要因素,因此,局部放电源的定位对于变压器的评估和维修至关重要。本文提出一种基于超高频（ultra high frequency,UHF）传感器的局部放电定位技术,采用在变压器内部安装传感器的方法来克服外部电晕放电等测量干扰问题,通过对单个UHF传感器进行适当的信号处理来准确地识别电力变压器内的单个局部放电源。为了验证这一方法,在变压器油中进行了点对球放电（point to sphere discharge,PS）、表面放电（surface discharge,SD）和悬浮电位放电（floating potential discharge,FP）3类局部放电实验,验证支撑这一方法的5个条件的准确性。结果表明：局部放电活动产生的UHF信号独立于局部放电类型,并且包含从局部放电源到超高频传感器过程中特有的畸变特性,也包含了其在结构位置中特定的信号特征。因此,证明了单个UHF传感器识别变压器内单个局部放电源的可行性。     

电气设备局部放电检测技术述评

局部放电检测被认为是电气设备最为重要和有效的绝缘状态评估方法,在电气设备绝缘状态的诊断和评估中得到了大量的研究和应用。从局部放电的检测方法、缺陷类型的模式识别及局部放电源的定位等几个方面进行归纳,综述了这些方面近年来的重要研究成果。讨论了带电检测和在线监测、不同检测方法的局限性、局部放电源的危险程度评估方法及不同类型电压作用下局部放电的检测等目前局部放电研究及实践中存在的问题,提出了今后研究和应用中可能的发展方向。认为应加强在线监测系统的可靠性和准确性,研究不同检测方法对不同缺陷检出的有效性,研究对局部放电检测结果更为合理和科学的评估方法,并进一步深入研究不同类型电压作用下的局部放电特性和检测方法。     

电网高压电缆外防护绝缘层局部放电识别研究

采用目前方法识别电缆绝缘层的局部放电事件时,无法准确定位局部放电源,导致对局部放电的定位精度不足。提出一种电网高压电缆外防护绝缘层局部放电识别方法。通过时窗能量比检测电网高压电缆外防护绝缘层中存在的局部放电事件,计算时变峰度变化率,以获取脉冲初至时刻,结合时间分析法完成局部放电源的定位;利用局部线性嵌入方法对局部放电信号进行降维处理,获得局部放电信号的特征,根据特征完成局部放电识别。实验结果表明,所提方法的定位精度高、识别准确率高、识别率高。     

大型变压器局部放电多目标定位实验

为了解决大型变压器内部局部放电源难以准确定位的问题,进行了以变压器内部同时存在多个放电源的定位为对象,通过传感器阵列接收放电源辐射的超声波信号,应用阵列信号处理技术中的空间谱估计理论,分析阵列传感器所接收信号的特征信息,实现局部放电的多目标定位的研究。研制了4阵元均匀等间隔线阵,建立了局部放电定位实验系统,针对单放电源和二个放电源的不同情况,对放电源空间位置进行了定位模拟实验。实验结果表明,该法具有良好的定位准确度,能有效地估计出变压器内多个放电点的空间位置,可实现电力变压器内部多局部放电源的定位,为变压器内多局放源的定位建立了实验研究基础。     

开关柜局部放电检测技术的应用研究

在商用实体开关柜中对典型局部放电源的放电特征进行了分析研究。综合应用暂态对地电压(TEV)和超声波技术对高压开关柜典型缺陷的局部放电进行了检测与分析,对TEV和超声波法检测典型局部放电源有效性进行了综合分析。实验结果表明,不同典型缺陷的放电脉冲相位分布图各有其特征。放电能量不同,同一典型缺陷放电脉冲相位分布图也不尽相同。超声波法检测到信号频谱主要集中在40 kHz附近,放电越剧烈,出现倍频成分。超声波检测法对绝缘空穴放电的有效性差。TEV法检测到的信号的频谱主要集中在3~80 MHz之间,高频分量(150 MHz以上)较少。不同缺陷类型TEV检测信号的频谱存有差异,悬浮电极缺陷的频谱分量丰富。     

波形匹配追踪算法在多局放脉冲提取中的应用

针对现场实际中可能存在多个放电源同时放电的情况，利用基于Laplace小波的匹配追踪算法，提取出每个局部放电信号的起始时刻、振荡频率和衰减系数等信息，根据这些结果来确定其是同一个放电源的多次放电，还是不同放电源的各次放电。仿真及对实验数据的分析结果显示在多个放电脉冲同时存在的情况下，用该方法提取和辨识多个局部放电脉冲信号是有效的。     

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。     

基于辐射电磁波检测的电力变压器局部放电定位研究

在局部放电特高频检测技术基础上，提出一种基于天线阵列技术和时间差算法的电力变压器局放定位新方法。研究了电磁波法的定位精度与检测频率的关系，提出1~5GHz的局放定位检测频带；对铁心、线圈模型对电磁波传播的影响进行了试验探讨；提出基于4阵元天线阵列检测的方式；设计了基于多样本互相关－移位－叠加－互相关的时延测量算法；最后开发了融合遗传算法的时间差法定位技术，试验验证了该技术的定位效果。结果表明，提出的检测频带、传感器阵列技术及时延算法有效地解决了铁心对定位的不利影响，实现了时延的自动测量并将时延测量精度提高到数十皮秒；通过把遗传算法与时间差算法有机结合成功实现了对单一局放源的定位，实验中定位精度可达数厘米。     

基于GIS中电磁波传播路径特性的局放源定位方法

气体绝缘开关设备（GIS）中发生局部放电（以下简称局放）时,为查找绝缘缺陷,需对局放源进行准确定位。超高频（UHF）时差定位法由于原理简单、实现方便、定位精度高等优点获得了广泛应用,但当局放信号的初始脉冲较小而难以确定信号的起始脉冲时间时,UHF时差法将难以有效运用从而导致较大误差。为提高时差定位法的准确性,对局放电磁波在GIS中的传播路径特性进行研究,分析结果表明,局部放电产生的电磁波在GIS中的传播路径与局放源的位置、检测点的位置密切相关,据此提出了基于传播路径的脉冲时差定位法。实验结果表明,当局放源位于GIS外壳附近、电磁波信号初始脉冲很小、难以辨识时,用该方法可以准确定位。     

GIS中电磁波传播特性的仿真研究

为研究UHF信号在GIS中的传播特性,采用时域有限差分法进行了仿真建模和计算。GIS内部的局部放电会在腔体中激励超高频(UHF)电磁波信号,UHF法是通过对局部放电时产生的超高频电磁波信号进行检测,获得局部放电信号的有关信息以实现对设备的绝缘状态诊断和评估。UHF法抗干扰能力较强、灵敏度高。仿真结果表明,UHF信号在GIS内传播时呈现明显的时延特性,有利于局放源的定位;UHF信号的强弱和检测点与局放源的夹角Φ有关,Φ=0°和180°时信号的能量最大;局放脉冲越陡,在GIS腔体中激励的高次模波分量越大。     

高压电缆终端在线局部放电测试分析

介绍了综合运用高频(high frequency,HF)与超高频(ultrahigh frequency,UHF)2种测试技术成功实现对运行中高压电缆终端局部放电进行测试的实例.方法是首先利用UHF检测系统初步巡检,然后根据现场情况分别采用多种信号检取方式从被试电缆终端取样测量信号,进行HF深入测量.测试的结果:获得了...     

高压交联聚乙烯电缆高频损耗对局放脉冲识别的影响

等效带宽W-等效时间长度T分离技术一般通过W-T的2维笛卡尔坐标系的簇脉冲来识别局部放电(partial discharge,PD)脉冲。局部放电信号沿交联聚乙烯(cross Linked polyethylene,XLPE)电缆传播的高频损耗影响W-T簇分类。为此,提出1个近似传播分析模型,避开传播参数测量法对于长电缆的局限性和分析解方法难以测量半导电层复合介电常数的问题,将其用于分析局放脉冲的W和T与传播距离的关系;同时计算了高斯型PD脉冲的W和T,以及W、T与传播距离的数学关系模型;最后采用近似传播分析模型和数学关系模型针对实际电缆进行了仿真与测量。结果表明高频损耗对W分离影响较小,而对T分离在远距离时影响较大。可见,W-T簇分类对离测量点500m内的PD信号具有良好效果,而对远距离的PD信号主要依靠W来分离。     

高压电缆局部放电小波包 峰度法在线检测与定位

在利用双端行波法进行高压电缆局放在线检测与定位时,针对脉冲初至时刻拾取精度不高影响定位精度的问题,引入地震信号检测领域中的时变峰度法。首先利用时窗能量比检测局放事件,然后在确定的局放时窗内,通过计算时变峰度变化率并求其最大值点,初步实现脉冲初至时刻拾取。为了克服现场强噪声干扰对拾取精度的影响,利用小波包分离出局放脉冲所在的主要频带,并在此频带内求取时变峰度极大值,实现了局放脉冲初至时刻的高精度拾取。最后运用到达时间分析法实现局部放电源的在线精确定位。实验结果表明,该方法抗噪声干扰能力强,定位精度高,在-14 d B的噪声环境下定位误差小于2 m,能够满足高压电网对局放故障在线定位的精度要求,有效提高供电可靠性。     

一种多样本信息的局部放电源逐次逼近定位方法

时延估计是利用时间差方法对局部放电(PD)源准确定位的关键,然而在测量时延时不可避免地产生误差,从而导致因时延获取准确度不高而带来定位误差大的问题。因此,为了降低时间差定位法中对准确获取时延的依赖性,提出一种基于多样本寻优PD源的逐次逼近定位方法。采用逐次逼近式粒子群搜索原理,对传统定位方法得到的单样本初值与传感器阵列所建立的寻优目标函数进行递归逼近处理,最终确定最优PD源位置。通过对实验室实测PD信号逐次逼近寻优定位,表明提出的逐次逼近定位方法可有效地解决因时间差测量不准确而引起的定位结果较差的难题,结果较传统时间差定位方法具有更高的准确度,验证了所提方法的正确性与有效性。     

Partial discharge location in power transformers using wideband RF detection

This paper presents a method for partial discharge (PD) source location in power transformers based on detecting electromagnetic (EM) radiation emitted from PD. The key problem of PD location by EM waves is the difficulty in getting the accurate time arrivals of the signals from the source to multiple sensors. Several measures are taken to improve the time arrival resolution. Firstly, a measuring frequency band (1 GHz-5 GHz) within RF band is proposed to accurately pick up the fast rise time of the signals. Secondly, an antenna array with diamond-shaped configuration is designed to improve the correlation coefficient of the waveforms from multiple sensors. Thirdly, two antenna arrays are proposed to eliminate the influences of the EM wave scattering caused by the iron core. Fourthly, an algorithm is proposed to increase the signal to noise ratio and to measure the time arrivals automatically through cross-correlation and averaging operation. Lastly, a hyperboloid-genetic algorithm is developed to search the PD source. Experiments on a single-phase transformer model were conducted in the laboratory. The tested results proved the validity of the proposed method and showed that the location error in 16 cm, mostly is about several cm