基于序列运算的随机直流潮流改进算法及实例分析

为了对GIS不同绝缘缺陷局放超高频(Ultra High Frequency,UHF)信号与视在放电量(pC)之间的对应关系,即UHF信号标定技术进行研究,在GIS内模拟了四种典型缺陷模型,选取300～400 MHz、700～800 MHz、1.4～1.5 GHz以及0.3～3 GHz等四种检测频段,对不同缺陷UHF信号标定进行研究,并采用多种数学回归模型和拟合优度校验指标对标定结果分别进行回归分析和拟合优度校验分析。研究发现,同一类型缺陷在不同检测频段上UHF信号幅值(mV)与视在放电量(pC)之间存在较为明显的对应关系,不同频段间对应关系存在差异,可以近似采用一元线性多项式回归模型对不同类型缺陷UHF信号幅值进行放电量标定。     

GIS四种缺陷局放UHF信号标定技术研究

为了对GIS不同绝缘缺陷局放超高频(Ultra High Frequency,UHF)信号与视在放电量(pC)之间的对应关系,即UHF信号标定技术进行研究,在GIS内模拟了四种典型缺陷模型,选取300～400MHz、700～800MHz、1.4～1.5GHz以及0.3～3GHz等四种检测频段,对不同缺陷UHF信号标定进行研究,并采用多种数学回归模型和拟合优度校验指标对标定结果分别进行回归分析和拟合优度校验分析。研究发现,同一类型缺陷在不同检测频段上UHF信号幅值(mV)与视在放电量(pC)之间存在较为明显的对应关系,不同频段间对应关系存在差异,可以近似采用一元线性多项式回归模型对不同类型缺陷UHF信号幅值进行放电量标定。     

基于电平扫描法的超高频局部放电测量方法的特性分析

为准确采集超高频局部放电(UHF PD)信号并提取其特征,分析了采用基于电平扫描法的UHF PD检测系统测量局部放电信号的基本原理和特征提取方法。分别采用电平扫描法、超高频波形采集法及脉冲电流法采集局部放电信号,分析了3种方法采集所得信号的差异,验证了电平扫描法的有效性。并采用高频正弦信号分析了系统的测量误差。结果表明:3种测量方法所得谱图相位特征基本一致,相位–电平谱图波形相关度0.9;电平扫描法测得的脉冲幅值小于实际幅值,其检测灵敏度与放电检测时的脉冲宽度有关。此外,增大信号幅值、降低检测频带以及增大扫描频率均可提高电平扫描法的检测精度。     

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。     

基于超高频的直流电场下油纸绝缘局部放电检测与特性研究

为研究直流电场下的局部放电特性,开发了直流电场下局部放电的超高频信号测量系统,设计了针板、悬浮、沿面和气隙四种放电模型,通过对不同放电模型中局部放电产生的超高频信号进行测量和特性分析,研究了不同放电模型中超高频信号的频谱特性。结果表明:直流电场下不同放电模型中的局部放电可产生几百纳秒的超高频信号,其频谱分布中幅值较高的频段并不相同;在不同极性直流电场下,针板放电模型中超高频信号都存在300~500 MHz的超高频段,且负极性时还存在600~700 MHz的超高频段,除针板放电模型外的其他模型在不同极性直流电场作用下局部放电产生的超高频信号频谱较为相似;当外施直流电场升高时,局部放电产生的局部放电超高频信号的频谱幅值明显增大,但主要峰值的频率位置和频段并未发生明显变化,该特点可作为区分放电模式的有效依据。     

基于曲流技术的多频段特高频传感器的研制

变电站局部放电(PD)检测特高频传感器的工作频率范围为300~1 500 MHz,为避开该频段内手机信号等诸多外界干扰,基于环形天线原理和曲流技术设计了一种新型多频段全向特高频传感器。通过仿真和实测研究了该传感器的局部放电检测性能,并将其与宽频传感器的局部放电检测性能进行对比。结果表明,该传感器的工作频段为480~520、800~850、1 100~1 150 MHz,覆盖了电晕放电、沿面放电、自由金属微粒放电3种典型的局部放电缺陷信号的主要频率范围;且具有体积小、近似全向测量和灵敏度高的特点。该传感器能较好地检测各种类型的放电信号,满足变电站局部放电检测及定位要求。     

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。     

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。     

UHF传感器GIS局部放电检测特性的实验研究

文中搭建了252 k V GIS局部放电实验平台,采用内置式、外置式UHF传感器以及自主研制的利用盆式绝缘子内部均压屏蔽环的抽取式环形UHF传感器,实验研究不同传感器的频率响应特性和在高压导体金属尖端、悬浮电位、盆式绝缘子边遗留金属垫片和自由金属颗粒等4种典型绝缘缺陷下的检测特性,并探讨了不同电压下局放的发展规律。结果表明,内置式、外置式和抽取式环形UHF传感器的检测频段分别在1.5 GHz以下、500 MHz至1.5 GHz、1 GHz以下,且抽取式环形UHF传感器在400 MHz左右其灵敏度最高。不同绝缘缺陷的局放检测结果表明,按PRPD谱图和放电严重程度,高压导体金属尖端可分为负电晕主导、正负电晕并存、正电晕主导以及"兔耳状"阶段,认为尖端附近空间电荷在阶段转变过程中起主要作用;悬浮放电逐渐由"尖端放电阶段"转变至放电幅值、密度及相位对称的典型悬浮式放电;盆式绝缘子边遗留金属垫片将由初始类悬浮放电转变至临界闪络状态;自由金属颗粒则可分为"跳动"、"舞动"和"滑移"阶段,放电主要集中在过零点附近。高压导体金属尖端、悬浮电位和自由金属颗粒缺陷的检测灵敏度为内置式传感器最高,外置式传感器最低,而对于盆式绝缘子边遗留金属垫片缺陷则是抽取式环形UHF传感器的灵敏度最高。     

GIS局部放电特高频检测方法灵敏度的研究

GIS局部放电特高频UHF在线检测得到了广泛的实际应用,但对GIS绝缘子的闪络故障还缺少有效的预警能力,由此引起了对UHF检测方法灵敏度的极大关注。文中对一个实际GIS支撑绝缘子的实际局部放电进行了实验研究,结果表明,局部放电UHF检测方法确实存在灵敏度的死角。该支撑绝缘子的局部放电的脉冲电流陡度在很大的范围内变化,所产生的电磁波的频带也在很大范围内变化,但大部分局部放电的电磁波频率低于UHF频段,不能够被UHF检测方法有效检测。由此推断,在局部放电UHF检测中,严重的局部放电未必表现为高脉冲幅值和高脉冲频度,有可能被现有的诊断机制所忽略。     

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。     

变压器局部放电超高频检测中的混频技术研究

信号的提取和分析是局部放电超高频检测中的重点和难点，文中提出用混频技术提取局部放电信号超高频分量的新方法。用混频技术进行超高频数字信号处理的仿真实验，结果表明该技术既可保留信号包络的峰值和相位特征，又降低了超高频信号的频率。基于混频技术建立变压器局部放电超高频在线监测系统，并对典型局放模型进行实验，结果表明混频技术的应用可以有效地提取中心频率在400—800MHz之间(最小步长5MHz)、带宽为10、20、40或80MHz的局部放电超高频信号，准确地计算放电相关参数，抗干扰性强且提取的放电信息丰富，可用于变压器局部放电超高频在线监测和智能化诊断。     

直流电压下油纸绝缘中局部放电的超高频特性

为研究直流电压下油纸绝缘中局部放电的超高频特性,组建了一套直流电压下局部放电试验系统以及由局放超高频检测和超宽带检测组成的测量系统,其中脉冲电流超宽带检测的作用是确保超高频检测获取的信号来自于试品自身的局部放电。试验设计了6种油纸绝缘局放模型以模拟换流变压器的典型缺陷,并引入毫瓦分贝(DBM)频谱分析对超高频信号进行了统一化处理,以比较不同缺陷模型对应的超高频信号。直流下试验结果表明:局部放电电流脉冲具有极快的上升沿,能激励起大于300MHz的超高频电磁波,它可以通过超高频传感器加以耦合接收。各种缺陷模型局部放电的DBM频谱分布各异,超高频段能量幅值最大处也不一样。因此若想以高信噪比实现直流下局部放电超高频信号的在线监测,需要使用中心频率可调的窄带滤波器。这些特性为直流输电系统中使用油纸绝缘的电工设备进行局部放电超高频信号在线监测提供了试验依据。     

非接触式局部放电检测天线的设计和优化研究

为实现基于超高频（UHF）法非接触式检测一定范围内电气设备局部放电（PD）,需要研制合适的天线作为超高频（UHF）传感器。锥形天线具有宽频带、高增益和水平面（H面）全向性的特点,文章选取该型天线进行分析,研究其尺寸参数对天线性能的影响,得出该天线的设计规律。通过天线性能分析再结合PD检测的要求,最终选择锥高30cm、锥角45°的锥形天线作为非接触式PD检测的UHF传感器。经测试该天线频带为200MHz~2GHz以上,在200MHz~2GHz频带内平均增益达4.5dB以上,在对较远距离外模拟放电信号的接收试验中表现出良好的UHF信号接收能力,完全达到设计要求。基于该天线可以开发出固定式或车载式PD监测系统,该系统可以监测整个变电站设备PD情况并且其工作时不与设备发生接触。     

基于宽频带声电检测的变压器现场局部放电诊断及定位方法

为提升变压器局部放电特高频信号检测灵敏度和抗干扰能力,研制了上限检测频率达480 MHz的特高频线圈传感器,其具备在变压器铁芯/夹件接地位置检测局部放电特高频电流信号的能力。在实验室设置局部放电模拟缺陷,研究了变压器悬浮电位放电和绝缘表面放电的信号特征,有助于对现场检测的信号进行类型识别。研究了变压器现场检测去干扰方法,在此基础上研究了基于宽频带声电检测的变压器现场局部放电诊断及定位方法,并进行了实测验证,检出110 kV变压器内部局部电位放电缺陷,有助于提升变压器局部放电现场检测水平和诊断准确性。     

新型GIS局放超高频传感器抑制干扰的研究

利用一种新型的便携式超高频 (UHF)传感器对GIS局放在线监测可能遇到的干扰模型进行抗干扰试验 ,其中包括 :高压导体上的金属尖刺及接触不良、接地体之间的接触不良、沿面闪络及无线电通讯信号。利用UHF传感器对各个模型进行抗干扰实验 ,通过对放电的常规信号和UHF信号的比较表明 :新研制的UHF传感器可抑制空气中高压导体上的金属尖刺的电晕和沿面闪络的干扰 ,无法抑制无线通讯信号和空气中高压端悬浮电位产生的干扰 ,可通过相位信息给予解决。     

局部放电特高频检测校准影响因素研究

局部放电特高频(UHF)法广泛应用于电气设备在线监测,由于UHF信号传递函数的影响因素相当繁复,至今未能实现定量校准。为研究UHF检测技术定量校准的影响因素,分析了典型局部放电源的放电机理,通过试验研究了UHF信号的传播规律以及天线测量特性。研究表明,基于特征参量放电量的UHF检测校准可靠性与放电源有较大关联,电晕放电与悬浮放电的校准曲线更能准确表征设备绝缘缺陷的严重程度,内部气隙放电与沿面放电的准确性则相对较差。UHF信号能量衰减至平稳期所需距离随频率增高而变小,而UHF信号频率变化时不影响传感器在不同角度测量的信号能量衰减变化规律。因此,UHF信号校准必须综合考量具体的放电类型与测量条件。研究结果可为构建UHF校准体系的进一步研究提供参考,对推进UHF法在电力设备故障诊断和绝缘状态评估中的应用具有重要意义。     

GIS局部放电超高频电磁波的传播特性研究

SF6气体中的局部放电过程可激发产生超高频电磁波。为研究GIS中超高频电磁波的传播特性,采用时域有限差分法仿真计算GIS中超高频信号的传播特性。仿真计算表明,GIS中局部放电产生电磁波在传播过程中存在延迟现象,有利于局部放电点的定位。因GIS中存在不连续点,超高频信号在传播过程中产生衰减,通过绝缘子时平均衰减3dB,通过T型接头时最严重的支路信号平均衰减10dB,而传播过程中产生的谐振使其衰减变慢。     

油中局部放电UHF频带选取及干扰的抑制

为消除变压器局部放电对现场测量的干扰,在对绝缘油中局部放电特高频信号频谱特征研究基础上,给出了特高频法测量绝缘油中局部放电的频率范围;为满足实际测量要求。采用包络检波方法对放大后的特高频信号进行降频处理;同时,提出了高频与特高频联合测量方法,用来消除现场局放测量中的干扰。对现场测量数据的处理结果表明,所提出的方法可很好抑制干扰信号。