油浸式绝缘系统放电故障下气-液两相特征气体变化规律研究

油浸式系统中快速发展的放电故障具有产气量大、产气速率快等特点,以致于产生的特征气体来不及在油中溶解,绝大多数特征气体逸散至油面上进入瓦斯继电器,导致可用于变压器诊断及预警的大量有效气体无法及时达到溶解平衡,使得目前电力行业常用的油中溶解气体分析方法无法准确诊断故障。基于此,本文搭建油浸式绝缘系统快速发展放电故障下的油面气体产气规律研究试验平台,获取了油浸式绝缘系统在快速发展放电故障下的油面特征气体信息。结果表明：故障发生后的短时间内液相中特征气体浓度不会明显增加,而此时气相中存在大量特征气体;当系统中存在高能放电时,CO、CO₂、CH₄、H₂会在油面上大量汇集,这4种气体可作为高能放电故障表征依据;在此基础上,发生火花放电时,C₂H₆、C₂H₄、C₂H₂也会在油面上汇集,可作为火花放电诊断辅助依据。     

基于图像分析的气体继电器积气体积辨识及自动取气方法

气体继电器是油浸式变压器的重要保护装置,通过收集油中分解气体触发报警信号及产生保护动作,然而难以动态掌握积气容量情况而且需要人工参与后续处理。为此提出了一种基于图像分析的积气体积动态辨识及自动检测方法,自动将气体引入气体传感器系统进行特征气体的成分分析,从而实时监测变压器的运行状态,排查安全隐患,提高可靠性。首先,在气体继电器观测窗安装内窥摄像头获取油位图像,通过图像分析算法检测油面位置;其次,通过BP神经网络建立油位与积气容量的非线性映射关系,从而计算出积气容量。实验结果显示,本方法检测误差率仅为3.61%,且绝大部分测试样本的预测误差都在2%以内,准确度高,能够可靠地实现对于油浸式变压器的的自动保护。     

β-Ga2O3对变压器油中乙炔气体的吸附性能研究

乙炔(C₂H₂)是油浸式电力变压器油中用来评估故障发生的重要特征气体，对其进行在线监测能实时有效反映变压器的运行状况。针对传统的气体传感器对特征气体存在响应不灵敏的问题，本文中作者采用一种超宽禁带半导体材料(氧化镓(β-Ga₂O₃))作为气体传感器来检测故障特征气体C₂H₂。通过第一性原理计算方法研究了β-Ga₂O₃的结构和电子性质，并对其气体敏感机理和吸附性能进行了分析。首先，通过结构优化确定C₂H₂气体在β-Ga₂O₃表面的最佳吸附位置；其次，通过进一步分析吸附模型的电荷密度差分、吸附能、电子态密度、能带结构和功函数获得C₂H₂气体在β-Ga₂O₃表面的吸附行为；最后，结果表明β-Ga₂O₃对...     

油浸式电力设备内部电弧引发的压力特征

油浸式电力设备内部电弧故障易引发严重的爆炸起火事故,对油浸式电力设备内部放电进行有效监测,开发高灵敏性、高可靠性的保护方案成为当下研究的重点。相比于其他放电监测手段的随机性和分散性较高、可靠性偏低,压力信号与内部贯穿性电弧的产生关联性极强,故将其作为保护依据具有更高的可靠性。而现阶段针对油浸式电力设备在内部电弧作用下的压力特征研究还并不完善,目前基于压力特征的保护方案也多停留在动作于其幅值越线的压力释放装置。为此设计并开展了油浸式电力设备内部电弧放电试验,测量并采集了针板结构油纸放电与柱板结构沿面放电两种放电模型由缺陷发展至电弧故障过程中压强信号的变化特征以及其同步电压电流数据。试验发现,两种放电模型的发展过程均可以划分为3个阶段,压强信号在针板结构油纸放电的电弧击穿阶段和柱板结构沿面放电的滑闪放电阶段与持续性闪络阶段有明显的波动,且波动特征具有很强的一致性,均由3种波动周期的压力分量叠加而成。试验中得到的压力特征可以作为判断油浸式电力设备内部是否有电弧产生的依据,从而对其内部情况进行诊断。相比传统的动作于压力幅值越线的机械式压力保护,结合压力信号的频率特征可以在较早期发现故障且能更好...     

H2S及CO的近红外波段光声光谱检测技术

SF6常用于电力设备内部充当绝缘介质,在SF6绝缘设备内部出现过热或局部放电时,进一步反应后还会出现SO2、SOF2、SO2F2、H2S、CO等分解产物.本研究基于光声光谱检测技术对H2S、CO进行定量测量,从理论出发对影响光声信号的因素进行探讨,搭建光声光谱试验平台,根据气体的光声效应对气体进行光声光谱检测.通过选择合适的气体吸收谱线作为特征谱线进行检测,避免其他组分气体存在潜在的交叉干扰.根据HITRAN仿真结果,选定的H2S气体特征谱线为6 336.6 cm-1,CO气体特征谱线为6 380.3 cm-1.结果 表明:所测气体CO、H2S的气体浓度与净光声信号幅值之间的线性度非常高,即通过测量气体光声信号值可精确反演计算出气体浓度.在SF6作为背景气体情况下,CO检测下限为9.88×10-6,H2S检测下限为1.75×10-6.     

氟化硫酰(SO2F2)和氟化亚硫酰(SOF2)气体的中红外光谱特性检测分析

为获得SF₆气体绝缘设备在运行缺陷下产生的氟化硫酰(SO₂F₂)和氟化亚硫酰(SOF₂)气体的含量,开展了SO₂F₂和SOF₂气体的中红外光谱特性检测分析。首先,建立气体中红外吸收光谱检测平台,检测得到SO₂F₂和SOF₂的典型红外光谱图,其中SO₂F₂检测结果与HITRAN数据库的吸收截面数据一致,验证了光谱检测平台和检测方法的有效性,提出了SO₂F₂和SOF₂气体的特征吸收谱;然后,检测分析环境温度和气体压力对气体红外光谱特性的影响规律,得到了吸光度随温度和压力变化的拟合表达式;最后,开展了光声光谱(photoacoustic spectroscopy,PAS)和可调谐半导体激光吸收光谱(tunable semiconductor laser absorpt...     

SF6电气设备的SO2在线监测装置研究

在线监测SO₂的含量及其趋势变化,对SF₆电气设备的故障预警和故障分析具有极其重要的意义。基于紫外荧光法的SO₂在线监测装置,设计了SO₂紫外荧光检测光路系统、检测电路及软件、在线无损气体采样系统。其中,在线无损气体采样系统不仅能自动采样,还能回收气体,避免待测气体的损耗、泄漏和污染,并支持多种分解气体的同时在线检测。实验测试及现场运行结果表明,该装置完全满足电力设备中SO₂的在线监测需求。     

Ni掺杂单层PtSe2检测变压器油中溶解气体CH4和C2H4的DFT研究

甲烷(CH₄)和乙烯(C₂H₄)是变压器故障的重要特征气体，其组分可以有效反应变压器的运行状态。为实现特征气体的快速精准检测，文中提出一种新型材料Ni掺杂单层PtSe₂(Ni-PtSe₂)用于检测变压器油中溶解特征气体CH₄和C₂H₄的检测方法。基于第一性原理密度泛函理论，文中对单层Ni-PtSe₂吸附变压器油中溶解特征气体CH₄和C₂H₄进行理论计算，从理论上探讨单层Ni-PtSe₂在气体吸附前后的几何结构、单层NiPtSe₂电子态密度以及能带结构的变化。计算发现，CH₄和C₂H₄气体吸附体系的吸附能分别为-1.536 eV和-2.502 eV，表明单层Ni-PtSe₂对两种特征气体的吸附均为化...     

高压电气设备绝缘气体分解产物光学检测技术研究综述

SF₆及其替代气体分解组分的检测是评估高压电气设备绝缘状态的重要手段。以SF₆分解组分为例进行文献调研，总结了不同工况下SF₆及其替代气体特征分解组分的浓度分布，据此提出组分检测量程、检测下限等方面的建议；综述了基于光学的各类SF₆及其替代气体分解产物的检测手段，包括发射光谱法、直接吸收光谱法和间接吸收光谱法。相较于传统检测方法，基于光学原理的检测手段往往能兼顾检测速度、检测精度和灵敏度要求，检测下限通常低至体积分数10^-6量级，具备高压电气设备在线监测的潜力。目前看来，单一检测方法难以实现SF₆及其替代气体分解产物的全组分检测，未来可考虑按照不同检测场景和需求形成光学检测为主、非光学检测为辅的在线集成检测系统。     

智能瓦斯继电器气体容积在线监测技术研究

气体继电器作为电力变压器主要的非电量保护装置,其作用日益凸显。传统检测方法无法反映气体继电器液位,且运维中会出现轻瓦斯误报警等问题。基于此,首先分析气体继电器的工作原理,提出采用非导电体电容传感器,实现气体继电器内气体容积实时监测;然后,通过对瓦斯保护模块和液位测量模块的选型分析、优化设计,构建一种新的智能气体继电器在线监测方案,基于气体继电器内气体容积变化状态量,可对电力变压器进行更精准、及时地故障诊断,并完成了样机加工;最后,通过不同液位高度和不同环境温度两种情况下的试验对比,验证该容积测试方法的可行性。该方法对于发现变压器潜伏性故障,实现油浸式电力变压器状态监测,保障电网设备和人员安全具有重要意义。     

光声光谱技术在油浸式电气设备故障气体检测中的应用

光声光谱气体检测技术具有精度高、检测范围宽、不消耗被测气体和载气等优点,适用于油浸式电气设备油中溶解气体的在线监测。对气体光声信号的产生机理进行了理论研究,分析了油中溶解气体的红外光谱特性。基于顶空脱气和光声光谱监测技术,构建了油中溶解气体在线监测平台。结合平台对标准气样和标准油样进行重复性和准确度的测试。采集实际运行的变压器中的油样,与实验室的气相色谱仪进行对比测试,结果都达到或优于电力系统油中溶解气体在线检测的要求,能有效地检测油浸式电器设备油中溶解气体含量。     

SF6电气绝缘设备故障时气体特征分解物的检测及应用

SF6电气绝缘设备在电力系统中的应用越来越广泛,寻求设备故障判断的有效检测手段和判断方。法,对设备状态监测尤其重要。介绍SF6电气绝缘设备故障时的气体特征分解物的组成、故障判断经验和现场常用的几种检测方法,并从检测项目、测量范围、最小检测量及检测方式等方面对各检测方法进行应用分析,为有效、准确、快速判断电气设备故障类型及开展设备状态监测提供参考。建议将气体特征分解物检测纳入SF6电气绝缘设备预防性试验项目中。     

检测变压器油中溶解气体的碳nm管传感器研制

对变压器油中溶解气体进行检测分析是判断油浸式电力变压器早期潜伏性故障的重要手段。为克服常用油气分析方法的缺点,提出了一种基于碳nm管传感器检测油中气体的方法,并研制了一种用混酸修饰,以印刷电路板为基底,用于检测油中气体的多壁碳nm管传感器。分析了碳nm管膜的电学特性以及气敏响应机理,在实验室采用甲烷等标气对修饰前后的传感器的气敏性进行了测试,试验结果表明,用经混酸修饰后的样品缺陷多,并含有活性官能团,对油中气体表现出较强的吸附性,具有良好的灵敏度和快速响应特性。     

联合 TCT 和 W-SpSF 的气体泄漏定位

为提高基于声学检测压力气体漏源定位方法在强噪声干扰下定位运算收敛速度和定位精度,提出一种基于加权子空间拟合(WSF)准则的宽带测向稀疏表示模型(W-SpSF),将模型与双边相关变换算法(TCT)相结合,通过聚焦运算得到聚焦频率处的协方差矩阵,并作为稀疏恢复的数据,最终实现DOA定位,得到漏源的位置。定位过程中,采用加权子空间拟合降低噪声的敏感程度。分别在仿真和实验室模拟环境中对算法进行测试,经仿真结果表明,在加入强噪声干扰条件下,相比于同类算法的运算速度提升最低50%,定位误差减少20%,在实测环境下,本文搭建了8元声传感器阵列的声源定位系统,针对气瓶模拟泄漏能够实现定位,且漏源定位速度快,证明了算法在实际环境中的可行性。     

光学麦克风封装材料相容性试验

为确保光学麦克风在电气设备内部应用的安全可靠性,文中选定聚氨酯、聚四氟乙烯、环氧树脂、聚醚醚酮和酚醛树脂作为封装材料,进行光学麦克风与电气设备相关的环境相容性试验,并采用扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)和傅里叶变换红外(Fourier transform infrared,FTIR)光谱仪对试验前后的材料性能进行检测。结果表明:聚氨酯表面易浸润变压器油且有明显颜色变化,不适用于油浸式变压器,但可用于水听器、空气和常温环境中;聚四氟乙烯与变压器油的相容性较好,可用于油浸式变压器、气体绝缘开关设备(gas insulated switchgear,GIS)和温度变化较大的场景;其余材料与电气设备的相容性不佳,适用性有待进一步研究。文中提出的封装材料与环境相容性试验的检测方法可为光学麦克风封装材料选型提供有益借鉴,具有一定的工程实用价值。     

电气设备超标含气量数据分析与现场处理

电力变压器和电抗器作为电力系统的核心设备,研究有效的方法评价其内部早期故障状态对保证设备的可靠运行具有重要意义,其中油中含气量因能及时反映密封性能而成为油浸式电力设备维护和故障诊断的重要技术手段。文中结合福建省内三起典型高压设备油中含气量超标的故障案例,通过现场停电检查泄漏点和历史含气量、O2/N2比值对比分析,得出了含气量超标的原因及处理依据。文中首次确立了利用含气量、O2/N2比值历史曲线判断油浸式高压设备密封性能的方法,可为含气量超标设备的运维检修提供重要参考。     

SF6电气绝缘设备故障时气体特征分解物的检测及应用

SF6电气绝缘设备在电力系统中的应用越来越广泛,寻求设备故障判断的有效检测手段和判断方法,对设备状态监测尤其重要。介绍SF6电气绝缘设备故障时的气体特征分解物的组成、故障判断经验和现场常用的几种检测方法,并从检测项目、测量范围、最小检测量及检测方式等方面对各检测方法进行应用分析,为有效、准确、快速判断电气设备故障类型及开展设备状态监测提供参考。建议将气体特征分解物检测纳入SF6电气绝缘设备预防性试验项目中。     

Partial discharge diagnostics for gas insulated substations

A defect such as a free metallic particle or stress-raising edge on an electrode could lead to breakdown in a gas insulated substation (GIS), but may be detected by the partial discharges it generates. Of the various detection means available, most success has been achieved with either acoustic transducers to detect sound waves from the discharge, or electrical couplers to pick up the ultra-high-frequency (UHF) signals generated inside the GIS chambers. All new GIS in the UK are fitted with internal couplers for UHF monitoring, and two examples of continuous monitoring schemes on 400 kV GIS at nuclear power stations are described. Further developments, which are already well advanced, include specifying and measuring the coupler characteristics, making use of expert systems to interpret the UHF discharge data, and extending the monitoring system to include the performance of circuit breakers and other equipment     

变压器油中溶解气体在线监测发展现状

变压器油中溶解气体在线监测是判断油浸式电力变压器早期潜伏性故障的一种有效手段,首先阐述了变压器中故障气体的产生机理,之后分别根据不同的测试对象,不同的传感器以及不同的取气方法介绍了现有油中溶解气体的在线监测技术。     

SF6气体状态在线监测的实现

在广泛了解国际上SF6相关研究的进展和对电力系统实际需求分析的基础上，提出了数字式SF6气体状态在线监测的概念和设计方案，除了对常规的SF6气体温度、压力、密度进行监测外，还增加了气体湿度检测，通过气体压力信号分析进行电气设备故障检测，实现了对SF6气体状态较全面的在线监测，并提出了进一步的发展设想。