不同电压等级GIS局部放电UHF信号传播特性仿真研究

特高频局部放电检测是进行气体绝缘组合电器(gas insulated switchgear,GIS)状态评估的一项重要技术手段。通过信号注入方式对特高频传感器在GIS上配置的合理性和局放特高频监测系统灵敏度进行校核是确保状态监测有效实施的重要手段。不同电压等级的GIS结构尺寸不同,对UHF信号的传播和衰减的影响也不相同,因此所需注入校核信号的幅值也不尽相同。文中根据真实GIS建立110、220、500、1 000 kV 4种电压等级下的直腔体、L型、T型仿真模型,通过CST仿真软件对比研究并分析了同一结构下不同电压等级的GIS中UHF信号以及同一电压等级不同结构中UHF信号的传播衰减情况;据此得出了不同电压等级GIS各种典型结构下UHF信号的衰减量,为UHF传感器的配置合理性评价及现场校核信号注入值的确定奠定了基础。     

外置式UHF校验信号注入方法的可行性研究

在内置式特高频(ultra-high-frequency,UHF)传感器配置不足的情况下,如何向GIS设备内部注入UHF校验信号是GIS局部放电UHF检测系统灵敏度现场校验中的关键问题之一。文中提出金属法兰孔式UHF校验信号注入方法,并研究其可行性,依据工程电磁兼容原理阐述了电磁波经过小孔后的衰减特性。建立了基于252 kV GIS设备的局部放电UHF信号测试平台,在靠近出线套管的GIS腔体内设置局部放电缺陷,在距离缺陷最近的金属法兰孔处设置发射传感器,在GIS典型部位安装圆盘形传感器,利用其接收局部放电和发射传感器辐射的UHF信号。通过对比局部放电信号和注入信号的频谱分布、衰减特性,分析两者的一致性。研究结果表明,UHF电磁波经过金属法兰孔后的衰减程度随着频率的升高而减小,在600 MHz以下注入信号的能量小于局部放电。在现场校验中应适当提高脉冲源的输出幅值和上升沿时间,使注入信号与局部放电信号的幅值和频谱相当。此研究对于推进GIS局部放电检测系统的现场校验具有重要参考价值。     

GIS中盆式绝缘子表面放电特性研究

气体绝缘组合电器(gas insulated switchgear,GIS)在电力系统中占有重要地位,盆式绝缘子是GIS内部重要的部件,文章主要对其表面的放电特性进行了研究和探索。主要采用紫外成像技术、超声波检测技术和脉冲电流法对其整个放电过程进行了检测,通过对所得数据进行分析,得到了如下结论:①紫外光子数表现出了"饱和"特性,当电压增加到68 kV之后,继续增加电压,紫外光子数增加不明显;②在盆式绝缘子缺陷处,随着放电的加剧,带电粒子的碰撞更加激烈,发热增加,导致局部区域的体积急剧膨胀,压力增大导致超声信号不断增强。整个研究为后续GIS局部放电方面的研究提供了一定的参考。     

GIS局部放电检测天线本体和巴伦共面柔性小型化特高频天线传感器研究

针对变电站气体绝缘组合电器（GIS）绝缘缺陷局部放电（PD）高灵敏监测需求,以及现有刚性基底特高频（UHF）天线传感器内置安装的复杂工艺和内置后存在破坏设备内部电场分布的风险问题,该文提出柔性特高频传感技术。设计了一款柔性UHF螺旋天线传感器,采用正弦波加载的方式以及提高天线本体间隙比的方式实现了天线本体小型化,同时巴伦与天线本体共面,大幅减小了天线整体体积,设计的柔性天线直径为150 mm,较未小型化径向距离缩小了25%。仿真和网分实测结果表明：在610 MHz～3 GHz频带范围内,柔性天线在弯曲半径为0 mm、100 mm、200 mm时的电压驻波比（VSWR）≤3.5;在790 MHz～1.8 GHz频段内VSWR≤2。最后利用搭建GIS典型缺陷局部放电模拟试验平台对设计的柔性天线进行PD检测性能实测。结果表明,设计的柔性天线在不同弯曲程度下均能有效检测到PD信号,具有较高的信噪比。     

550 kV GIS盆式绝缘子多气泡放电的测试与诊断

为了提高现场气体绝缘全封闭组合电器(GIS)绝缘缺陷的诊断能力,提升特高频(UHF)法在现场的检测经验,该文对一起550 kV GIS盆式绝缘子多气泡放电开展了详细的测试与诊断。首先在现场利用UHF法检测发现了550 kV GIS盆式绝缘子的异常信号,该信号呈气隙放电特征。对该盆式绝缘子更换返厂后开展了耐压、局部放电、雷电冲击、X射线探伤等试验,同时采用UHF法和脉冲电流法对盆式绝缘子局放信号进行检测,并对比了雷电冲击试验前后放电特性的变化。最后利用时差定位统计和多源放电分离方法开展了进一步的诊断分析。结果表明:该盆式绝缘子内部存在8个气泡,呈线性状分布,UHF和脉冲电流法两者信号幅值正相关;随着电压的升高,放电谱图逐渐由单气隙放电转为多气隙放电特征;在耐受雷电冲击后,盆式绝缘子的局部放电起始电压下降,熄灭电压不变,相同电压下UHF信号幅值与局放量变大;时差统计和多源分离表明,该盆式绝缘子UHF信号呈多源时差和聚类特征,与X射线结果一致。该文研究结果可为GIS UHF检测与诊断提供现场经验。     

带金属法兰的110kV盆式绝缘子局部放电特性研究

在对大量的盆式绝缘子电气性能测试过程中,发现带有金属法兰的盆式绝缘子在正常测试条件下,局部放电测试存在不稳定的现象。文中通过三维有限元仿真分析同时结合验证性试验,从理论和实验上确认了该现象发生的根本原因在于外围金属法兰与环氧树脂浇注材料间的气隙宽度偏低,最终导致气隙发生局部放电。同时仿真结果表明:气隙宽度和环氧浇注材料的介电常数对气隙电场有较大影响,气隙宽度越小,相应气隙电场越大;介电常数越大,相应气隙电场越大。针对查找出的问题点,提出通过改变填料的比例份数来调节环氧树脂浇注材料的介电常数和气隙宽度,达到了优化气隙电场的目的,提高了产品的合格率。     

110kV盆式绝缘子法兰金属缺陷局部放电研究

针对现有运行的带金属法兰和未采用全屏蔽内环的盆式绝缘子中,会出现局部放电时而不时的发生现象,采用有限元仿真和试验验证,确认了这种现象发生的原因是由于盆式绝缘子浇注体与金属法兰之间的缝隙气隙分布不均匀造成的。为了解决存在的问题,提出通过调节螺栓来调节缝隙气隙的均匀度、采用全屏蔽内环设计的解决方案。实践证明,2种解决方案都是有效的、可行的。     

GIS局部放电检测用特高频天线研究现状及发展

因抗干扰能力强、灵敏度高等优点,目前特高频法检测GIS局部放电在电力系统中获得广泛应用,其中天线是特高频检测系统中的关键组件之一。笔者在介绍特高频接收天线基本工作原理的基础上,分别综述了多种不同类型的内置及外置特高频天线的性能及结构特点,分析了用于GIS局部放电检测中各种天线的优缺点,并讨论了其发展的趋势。论文对天线的性能优化及新型天线的研制有重要指导意义,并可为GIS局部放电特高频检测系统中天线的选择提供依据。     

GIS设备超声波局放信号异常的分析

结合一起超声波检测案例,介绍了超声波局部放电的检测与分析方法。首先对缺陷设备外壳进行网格划分,在每个网格处填入超声波信号有效值,初步确定缺陷位置;再结合特高频测量结果、SF6气体成分检测结果、超声波信号特征信息和设备的内部结构,最终确定缺陷的具体位置。     

GIS盆式绝缘子内部气隙放电检测与诊断

针对一起550 kV GIS设备母线特高频局部放电异常的缺陷,根据现场带电检测对缺陷进行初步分析;其次结合局部放电重症监护系统的监测,判断该相母线内部存在间歇性绝缘缺陷放电;利用时差定位法对母线内部放电缺陷位置精准定位,通过设备返厂试验验证了现场检测与诊断的有效性,并进一步探讨盆式绝缘子出厂试验检测方法的可靠性。     

一种GIS绝缘子预埋天线式超高频局部放电传感器的研究与应用

针对GIS设备运行故障中常出现的绝缘故障,介绍了一种利用GIS绝缘子的预埋天线的UHF局部放电传感器,通过研究及其应用方案分析,提出了将其应用于新设计的GIS项目,以达到有效评估GIS产品寿命的建议。     

GIS中局部放电测量用超高频方法的研究

分析了GIS中局部放电测量用超高频宽带和窄带两种方法的优缺点。实验室中模拟GIS常见 3种故障(母线上有固定金属微粒 ,盆式绝缘子表面有污秽和内部有气泡 )的超高频宽带法和窄带法局部放电测量表明 ,窄带法得到的同种故障时域波形很相似 ,而不同故障则差别较大 ,有明显的可分性。因此窄带法更有利于提取局部放电模式识别的特征参数     

GIS体外超高频法检测局部放电的研究与应用

简单介绍了GIS几种局部放电常用的检测方法,具体论述了GIS局部放电超高频(UHF)检测法,分别对UHF检测法检测原理、干扰原理、定位原理进行了阐述,通过对局部放电的波形特征、相位特征和频率特征的综合分析列出了各种局部放电现象的特征经验总结。最后给出了GIS局部放电UHF检测法的一个典型实例,应用此实例对GIS进行了局部放电现场测试及测试分析。     

超高频法在GIS设备局部放电检测中的应用

采用超高频法（UHF）法可以有效地解决现场干扰环境下的局部放电检测问题，目前适宜开展的GIS设置局部放电测量包括交流耐压试验条件下的局部放电试验以及运行条件下的局部放电的检测。     

绝缘子对GIS中电磁波传播特性影响的仿真研究

特高频检测方法是GIS局部放电的有效检测方法。特高频电磁波信号在GIS中的传播会影响到其检测精度、检测结果的分析等。以220 kV GIS为基础,构建了无绝缘子和含有不同厚度绝缘子的仿真模型,基于时域有限差分算法(FDTD)仿真研究了绝缘子对GIS中电磁波传播特性的影响。研究结果表明电磁波信号经过绝缘子时会有约60%的衰减,绝缘子厚度则对GIS内电磁波信号的传播影响不大。     

变压器局部放电超高频信号的外部检测

电力变压器局部放电超高频检测法中一般将传感器安装于箱体内部,这对已投入运行的变压器来说是有潜在危害的。为此,先分析了变压器箱体对局部放电超高频电磁波传播的影响,探讨了接收天线外部检测超高频信号的可行性,再实验研究了局放超高频电磁波的外传播特性。结果表明,超高频电磁波可以透过变压器箱体夹缝衍射出来,外部检测到的超高频信号强度随着变压器箱体缝宽增大而增大;变压器套管附近安装接收天线也能检测到超高频信号。     

局部放电UHF检测仪校准方法研究

针对GIS开展的UHF法局部放电检测是目前主流的带电检测方法之一,现阶段局部放电UHF检测仪偏重于对局部放电的定性判断,迫切需要建立量值溯源链并评价检测结果的可信度。本文参考IEEE推荐的电场强度校准方法,对局部放电UHF检测仪关键参量的量值溯源方法和平台进行了研究。对电气设备内部的电场信号采样,根据示值与场强的对应关系换算出被试品测得的电场强度。通过校准平台,将被试品与标准电场强度进行比对,得出被试品的测量误差为-3.74 d B~+2.98 d B。试验表明基于传递标准和稳态电场校准局部放电UHF检测仪主要参量的方法是可行的。     

GIS局部放电特高频信号特征的研究

为了研究GIS（全封闭气体绝缘组合电器）设备内部各种不同类型局放故障的特高频信号特征,利用实际的110kVGIS母线段建立了一套GIS局部放电试验平台,并在试验平台上进行了高压尖端、地电位尖端、盆式绝缘子表面金属颗粒、悬浮电位放电和绝缘子内部缺陷等几类典型缺陷模型的局放试验,获取了不同缺陷的图谱资料。试验结果表明,依据特高频信号的特征,可以对不同类型缺陷进行区分。     

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。     

人工电压脉冲与局部放电UHF信号的等效性分析

使用人工电压脉冲向GIS内部注入与局部放电等效的特高频(ultra-high-frequency,UHF)电磁波信号是UHF检测系统灵敏度现场校验的关键环节。通过实验研究人工电压脉冲与局部放电UHF信号的时域幅值和频谱分布差异。建立了基于220 kV的GIS设备的局部放电UHF测试平台,在靠近出线的腔体内分别用局部放电缺陷和人工电压脉冲发射UHF电磁波,利用安装在4个典型部位的圆盘形天线接收UHF信号。通过测量各部位的信号幅值,对比人工电压脉冲与局部放电UHF信号的衰减程度;通过对信号波形作傅立叶变换,对比2种信号的频谱分布。研究结果表明,经过断路器后人工电压脉冲的信号衰减程度略大于局部放电,人工电压脉冲的频谱分布接近于局部放电,且人工电压脉冲电压波形的上升时间在0.3?1 ns范围变化时对UHF电磁波信号频谱分布没有影响。对于开展UHF检测系统灵敏度现场校验工作具有重要指导意义。