SF_6气体中电晕放电的多光谱脉冲特性研究

为了对SF_6气体中电晕放电下的多光谱脉冲特性进行研究,搭建了一套全光谱波段下的光、电局部放电检测系统,分别在紫外光、可见光及近红外光下对针-板电极放电进行检测,分析不同光谱波段下的局部放电光脉冲特性。实验结果表明:在针-板电极放电下,紫外光、可见光及近红外光的脉冲相位分布差别较大,而脉冲相位分布的偏斜度Sk和陡峭度Ku存在一定规律。随着电压的升高,可见光平均脉冲幅值变小,放电重复率增加;紫外光平均脉冲幅值先增大后减小,在放电负半周期,放电重复率随电压升高先增加后减少。在紫外光和可见光下检测得到的光脉冲幅值与视在放电量均有良好的线性关系。因此,通过SF_6气体中电晕放电下的多光谱脉冲特性研究,可对放电状态进行评估及对放电类型进行判断。     

SF_6气体中电晕放电的紫外光、可见光及近红外光脉冲特性研究

为了研究SF_6气体中金属尖刺处局部放电伴随的发光现象及特性,搭建了一套局部放电紫外光、可见光及近红外光波段同步光学检测平台。采用均匀背景电场中的针-板电极作为实验对象,采用逐级升压方式对SF_6气体中针-板电极进行局部放电试验,分别对不同电压下的局部放电光脉冲信号进行测量,并对局部放电光脉冲的N-?柱状图及幅值分布区间进行统计分析。结果表明:3种光谱波段下检测到的脉冲放电重复率和脉冲幅值分布区间宽度与外施电压都具有良好的线性一致性关系;随着外施电压升高,3种光谱波段的放电光脉冲幅值分布范围逐渐增大,且存在饱和现象和明显的极性效应;紫外光和可见光范围内的光脉冲具有较大的活跃性,而近红外光波段内的光脉冲多出现在放电较为剧烈的情况。该研究结果可为光测法在GIS设备内绝缘检测中的应用提供参考。     

开关柜内沿面放电及电弧放电多光谱特征分析

在极端条件下,高压开关柜中的局部放电可发展为非贯穿或贯穿性电弧,导致严重绝缘失效.从放电的光辐射特性出发,提出了一种针对局部放电和异常电弧的光学检测方法,利用紫外光、可见光和红外光三波段光信号的同步监测,获得了沿面放电和电弧放电的多光谱光脉冲特性,并对比分析其平均光脉冲强度、三波段光强占比和放电重复率.结果表明:放电光信号幅值与外施电压存在良好的对应关系,三个波段的统计特征在低能放电和高能放电中表现出较大差异,可依据此特征制定低能放电和高能电弧放电的判别阈值,从而提高开关柜状态预警和主动保护的置信度.     

空气中电晕放电光电脉冲联合检测方法研究

为了对空气中电晕放电强度进行评估,搭建了一套能够同时采集光电脉冲信号的局部放电光、电联合检测系统,并设计了典型的针-板电极缺陷。通过对不同外施电压下光、电脉冲特性的研究,发现光电脉冲在时间上有很好的一致性,且在放电负半周期,光电联合检测到的放电重复率随外施电压升高而增大;在外施电压正半周期,光脉冲幅值与视在放电量存在较好的线性关系,而在负半周期电压较低时,光脉冲幅值与视在放电量无线性关系,且随着外施电压不同,正半周期光、电脉冲相位分布谱图呈现"包络"状。结果表明:通过光电联合检测得到的放电重复率、脉冲幅值及相位分布谱图特征可对电晕放电剧烈程度进行判断。     

SF6气体中典型缺陷的光电脉冲光谱极性效应分析

为了更好地将光学探测和弧光监测应用于SF6气体绝缘系统，并进一步完善对放电光电极性效应的认识，搭建了一套SF6局部放电光电联合模拟实验系统，通过多光谱传感器对绝缘子爬电和电晕放电2类典型情况下的多光谱信号进行采集，分析其多光谱光电脉冲极性效应。研究结果表明：2种放电3个波段的光辐射强度幅值及占比存在显著区别，其中电晕放电多光谱极性效应更为明显，其正、负极性放电多光谱脉冲信号幅值在相基统计图谱上存在明显区别；随着外施电压上升，沿面放电多光谱信号幅值上升且速率加快，而电晕放电幅值增长幅度减缓，并且2种放电类型的紫外波段占比减小，可见波段占比增加，红外波段保持较低水平；在脉冲重复率分析中，2种放电的脉冲重复率均随电压增大而增加，其中电晕放电正极性脉冲重复率小于负极性；在多光谱数据三元分布统计中，电晕放电的正、负极性脉冲分布发生明显分离，而沿面放电分布基本重叠。     

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。     

基于雪崩面阵的气体绝缘放电光脉冲检测技术及传感性能研究

局部放电光测法是一种抗干扰能力较强的检测方法,具有极高的检测置信度,但由于局部放电光辐射强度较低,而传统单光子计数器件体积大、驱动电压高、寿命短,导致局部放电光学探测大多应用于放电实验研究。为解决光测法在电力设备局部放电检测中的实际应用问题,搭建了光电联合局部放电模拟实验系统,对空气和SF6气体中局部放电检测的信噪比、线性度、灵敏度、脉冲分辨率以及脉冲恢复时间等性能进行了对比验证和理论分析,论证了基于微型雪崩二极管面阵局部放电光学检测技术的优势。结果表明,传感器信噪比主要受外施偏压的影响,通过优化外施偏压其能够检测得到比脉冲电流出现更早的光脉冲信号;在2种气体中光脉冲信号幅值与视在放电量具有近似线性关系,并受放电类型和气体氛围的影响;传感器获得的脉冲统计特性与光电倍增管及脉冲电流法结果均具有较高一致性,并表现出比光电倍增管更优的抗电磁干扰能力。     

交直流复合电压作用下油纸绝缘典型缺陷放电现象及特征

为实现换流变压器油纸绝缘故障诊断,搭建了一套交直流复合电压作用下油纸绝缘缺陷局部放电和油中溶解气体检测平台,选取针板模型、沿面模型和悬浮模型作为研究对象,得到每个模型不同发展阶段的局部放电和产气特性,对比了3种典型缺陷模型的特征区别。研究结果表明:1)根据3种典型缺陷模型的脉冲重复率、平均放电量和总烃体积分数变化趋势中的变化现象可以将放电过程划分为起始阶段、发展阶段和邻近击穿阶段;2)针板模型的脉冲重复率最低,沿面模型起始脉冲重复率较低但是放电后期较大,悬浮模型放电脉冲重复率最高;针板模型起始时放电量为97.5 pC,邻近击穿时超过900 pC,沿面模型起始时只有7.1 pC,随后增长到18.2 pC,而邻近击穿时也只有45.6 pC;悬浮模型起始阶段的平均放电量很大,发展阶段迅速减小到1 000 pC,邻近击穿阶段大于1 500 pC;3)针板模型在放电发展阶段总烃中以CH4为主,沿面模型在放电发展阶段中C2H2占到总烃体积分数的60.6%,悬浮模型在放电发展阶段4类烃类气体都有产出,其中C2H2气体最多。     

GIS灭弧室放电缺陷的检测与分析

分析了一起典型的GIS设备的悬浮电位放电缺陷,通过利用超声及UHF局放检测对放电部位及放电类型进行了判断,通过解体检查发现断路器气室内灭弧室进线、出线以及快速接地开关处的9个导电体屏蔽罩均存在松动现象,金属屏蔽罩与导体之间接触不良造成了悬浮电位放电,经与厂家沟通发现,日本公司的设计存在较大隐患,明确缺陷责任与原因后,提出了更换屏蔽罩并将屏蔽罩与金属导体用螺栓固定的整改措施。     

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。     

空气中针板直流正负电晕发展过程实验研究

为了探明干燥空气中直流电压下电晕放电发展过程,搭建了局部放电测试系统,开展了针–板模型不同极间距离下的正负电晕放电实验。实验结果表明,随实验电压的增加,正电晕逐步经历猝发性流注放电、周期性流注放电、辉光放电及刷状放电等过程;负电晕逐步经历Trichel放电初期和中期、锯齿状放电及辉光放电等过程。当在电压增幅相同下针–板间距增加时,正电晕流注阶段脉冲幅值及重复率变化较小,刷状流注阶段脉冲幅值与重复率变化较大,增加幅度均减小,脉冲幅值峰值减小,重复率峰值增加;负电晕Trichel放电阶段,脉冲幅值增加幅度减小,脉冲幅值峰值减小,重复率增加幅值减小,重复率峰值相近。正负电晕发展过程变化不同,原因均可归结于针-板间正负空间电荷迁移速率不同,电荷迁移过程中加强或削弱电离区域电场方式不同导致电离电荷的聚集、消散方式不同。     

110kV电压等级GIS实体缺陷设计及带电检测

为满足新疆电力公司带电检测示范工程的建设要求,通过ANSYS仿真计算和现场试验,设计了110 kV电压等级GIS中包括金属尖端和悬浮电位在内的2种实体缺陷,测定了缺陷在运行条件下的放电特性。发现与外置式传感器相比,内置式传感器测量结果不易受环境噪声的影响,缺陷识别结果准确度高。在本文研究范围内,传感器与放电源距离并未对测得信号特性有明显影响。尖端缺陷起始局放电压低,放电发生相位较分散,主要在电压极性反转时刻,放电幅值相对较小;悬浮电位缺陷下放电主要发生在峰值电压附近,放电幅值相对较大。另外,还研究对比了金属尖端缺陷在不同充装气压下的局部放电特征。     

振荡型雷电冲击电压下SF_6气体中悬浮电位缺陷的局部放电特性研究

为模拟悬浮电位缺陷,设计了一种悬浮电位缺陷模型,并通过构建可产生符合IEC 60060-3标准要求的振荡型雷电冲击电压试验平台及相应的局部放电检测系统,对GIS中最常见的悬浮电位缺陷在振荡型雷电冲击电压下的局部放电特性进行研究,分析最大放电幅值、放电次数等随外加电压增加的变化规律。结果表明:在振荡型雷电冲击电压作用下,悬浮电位放电发生在外施电压的下降沿和上升沿处,随着外加电压的增加,放电最大幅值和放电次数均增加,且放电次数的增加幅度大于放电幅值的增加幅度。     

SF_6断路器内部悬浮电位放电产生的分解产物分析

在某断路器SF6分解产物检测时发现SO2气体体积分数异常,判断该断路器存在潜伏性缺陷。通过理论分析并对断路器进行解体检查,最终判断该断路器的潜伏性缺陷为悬浮电位放电故障。笔者分析了悬浮电位的形成过程及其对断路器的影响,分析了SF6气体在悬浮电位放电下的气体以及固体分解组分的生成机理。     

航天器内部孤立导体电子照射表面起电时域特性

为解决高能电子给航天器内部孤立导体带来的静电充电问题,综合考虑空间环境中电子流密度、照射电子能量、金属材料二次电子特性及材料大小等因素,理论推导出电子照射金属表面起电时域一般微分表达式。利用有限差分法对微分方程进行数值求解,通过具体例子讨论了不同金属在电子照射下表面电位随时间变化的情况。得到了入射电子流密度、电子能量、金属二次电子系数及照射时间等因素与航天器内部孤立导体表面电位变化规律。结果表明,通过对材料及航天器内部空间环境参数的控制,可以使充电至放电电位所需时间大于放电时间,避免持续不间断放电的发生,从而减小放电造成的危害。     

运行中GIS局部放电检测技术的实用化研究

为了提高运行中GIS局部放电检测技术的应用水平,积累现场测试和数据分析的经验,结合深圳片区运行中GIS缺陷局部放电检测的3个典型案例,对现场运维策略、放电检测方法的有效性以及图谱特征进行分析。结果表明:超高频法对悬浮电位、SF_6气隙和金属尖刺类缺陷放电均有较高的检测灵敏度,超声波法难以发现较为微弱的金属尖刺类放电;GIS中悬浮放电信号的相位分布较集中,气隙放电信号的相位分布较广,金属尖刺类放电的信号幅值较不稳定。最后提出了运行中GIS局部放电检测的策略。     

基于日盲紫外成像检测的复合绝缘子电晕放电光子数变化特性

为将光子数参数用于放电强度的量化分析,以10、35、110 kV的复合绝缘子为研究对象,利用CoroCAM504紫外成像仪研究了电晕放电时,紫外光子数随放电强度、仪器增益和观测距离的变化特性。结果表明:光子数和电流脉冲峰值具有近似线性关系,且都随着电压的增加而增大;但上述3种复合绝缘子的光子数与电流脉冲峰值之间的比例系数不同。随着仪器增益的增大,光子数一般呈现出先增加后减小、在高增益时又增加的变化特性,且观测距离越近,仪器增益对光子数的影响越显著。光子数随观测距离的增大而减小,2者之间具有幂函数关系,幂指数在1.1~1.6之间。     

电晕放电下的SF6气体特征发射光谱与放电程度识别

电晕放电是局部放电的典型形式,长时间电晕放电会引起电气设备的绝缘老化,甚至导致设备在正常运行电压下发生击穿。SF₆气体的强电负性致使低电压或高气压放电条件下的光谱信号极其微弱,为此,提出一种特征谱带光信号增强的方式,选取可表征局部放电SF₆气体特征光谱,采用窄带滤光片+光电倍增管的方式,增强特征谱段的光信号,以提高信噪比。首先,模拟黄铜、不锈钢、铝等不同电极材料下的针-板电晕放电,结合SF₆气体的电离分解机理,分析表征电晕放电的激发辐射的粒子特征谱带及其成因。其次,根据特征谱带选取窄带滤光片、光电倍增管、透镜等光学器件并搭建光脉冲信号检测平台,增强特征谱段的光信号响应。最后,在对比分析不同放电阶段光信号特点的基础上,提出识别放电严重程度的指标及阈值,并通过高气压电晕放电实验进行有效性验证。本文可为SF₆气体绝缘电气设备的局部放电检测及识别提供参考。     

雷电冲击电压下典型油纸缺陷局部放电特征

雷电冲击电压下变压器绝缘的局部放电特性对其过电压防护及故障诊断有重要意义,而目前相关研究较为缺乏。为此,选取油纸气隙、悬浮金属和针板油隙这3种典型油纸缺陷,通过试验分别研究它们在标准雷电冲击电压(波前时间为1.2×(1±30%)μs,半峰值时间为50×(1±20%)μs)下的局部放电特征,并结合仿真对现象进行解释。试验结果表明:1油纸气隙、悬浮金属、针板油隙这3种缺陷的局部放电电压时域波形差异显著:油纸气隙局部放电电压波形由雷电冲击电压波前时间附近产生的放电主脉冲和分布于半峰值时间后的大量小幅放电脉冲组成,悬浮金属和针板油隙的局部放电电压波形均为分布于半峰值时间内的大幅值密集簇状放电脉冲;2随着雷电冲击电压幅值的升高,3种缺陷的放电脉冲数均显著增加,油纸气隙缺陷平均放电电压幅值缓慢降低,悬浮金属和针板油隙缺陷平均放电电压幅值均有所增加。     

含有电位悬浮导体的组合空气间隙放电特性实验研究

为研究交流电压下含有电位悬浮导体的组合空气间隙放电特性,文中以棒—板组合空气间隙模型为研究对象,实验研究了悬浮导体的空间位置对组合间隙放电过程的影响。研究表明,悬浮导体位于高压电极或接地电极附近,短间隙在较低电压下首先被电弧短接,随着电压继续增加,整个间隙完成击穿;悬浮导体位于间隙中部,电压达到临界值时,多个间隙几乎同时击穿。电场仿真表明,悬浮导体引起的空间电场畸变是影响组合间隙放电过程的主要原因。在此基础上,通过实验进一步研究了悬浮导体长度、位置,高压电极和接地电极形状对击穿电压的影响。研究结果对深入理解含有电位悬浮导体的空气间隙放电机理以及击穿特性具有一定的参考价值。