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GIS用超高频局部放电检测的两步法灵敏度校验解析
论文作者:同为论文网 论文来源:twlunwen.com 发布时间:2016-12-14 09:29:37

GIS是以SF。作为绝缘介质的气体绝缘金属封闭开关设备,它包括断路器、隔离开关、接地开关、电压传感器、电流传感器母线、连接管和过渡元件,这些元件全部组装在一个金属外壳内,并充以0.4-O.SMPa的SF。气体作为绝缘和灭弧介质GIS突出的优点是可靠性高,一般约为常规设备故障率的1i10〔目前己经有GIS运行了约45年〔然而,随着电压等级的提高,GIS的故障率也随之升高〔由于GIS设备庞大,且被金属外壳密封,导致故障定位困难〔因此,GIS在线检测技术对掌握设备运行状态,及时定位故障位置尤为重要。

从故障分析发现,GIS设备失效与绝缘系统的缺陷有关,这些缺陷发生时通常引起局部放电〔目前,较为先进的GIS局部放电检测方法有超声波检测法和超高频检测法、超声波检测法是将超声波传感器贴在GIS的外壳上,通过接收GIS局部放电释放出的超声波脉冲信号进行诊断〔通常,GIS局部放电时释放的脉冲信号比较微弱,如果超声波传感器灵敏度不高,容易捕捉不到这些信号、当GIS内部发生局部放电时,会释放出频率成分很丰富的信号,可以覆盖300-3GHz的范围而GIS的腔体类似于一个同轴波导,特高频信号在传播过程中衰减很小,因此特高频检测法己经被世界各地的GIS设备供应商使用

超高频检测法是在20世纪80年代引入到局部放电检测的〔超高频检测法比传统检测法的优势在于,它对噪声不敏感,并且易于实现〔对于超高频检测法而言,因为复杂的局部放电脉冲传播特性,局部放电检测的灵敏度决定于各种各样的参数、为了保证超高频检测系统的灵敏度,可以采用精度更高的传感器、运算放大器、滤波器或辅助的信号处理设备,但这会增加硬件成木、除此之外,也可以采用两步法、即使是处于临界状态的缺陷,也能被可靠检测到、两步法分为实验室测试和现场测试两个步骤,实验室测试的目的是为现场测试提供参考和对比、下面详细介绍这两个步骤。

1实验室测试

实验室测试实施的思路如下:在中超高频传感器的附近设置一个缺陷、当施加一个足够高的电压时,这个缺陷处将开始放电〔如果局部放电的视在放电量达到检测阂值如spC,则超高频信号的信号强度(如脉冲能量或脉冲幅值)将在传感器C2处被检测到,这个超高频信号的幅值(设为A)将在接下来的测试步骤中用于比较〔在传感器C1处注入一个人造脉冲,在传感器C2处又可以检测到超高频信号(设其幅值为B),并将此幅值与之前检测到的幅值A比较,如果二者的误差在可接受的200Ic容差范围之外,则需要调整人造脉冲的幅值,直到其误差落在这个范围之内、两个传感器之间的距离应该越小越好,这样信号的衰减可以最低,检测的结果也会越准确。

超高频信号在时域或频域里均可以被检测到、时域里最直观的测量结果是超高频信号的幅值〔频域内的测量结果是频谱,这个频谱可以反映局部放电脉冲中各谐振量的幅值、需要注意的是,当选取一种测量方法后,该方法在实验室测试和现场测试这两步中应保持一致。

目前,常用的检测设备有频谱分析仪,其检测带宽窄,故常称为窄带宽系统、窄带宽系统可以准确检测出部分频率范围的局部放电信号、它具有如下优点,可以抵御复杂环境中强的电磁干扰,并能改善信噪比,从频谱中可以辨识一些重要的信息,如局部放电缺陷的类型和位置等、宽带宽系统能准确检测出300-1500MHz的频谱〔将这些信号放大,然后直接送到检测器整形,最后直接送入显示设备(如示波器)或A/D转换器中、比较这些检测出的超高频信号,不难发现人造脉冲的幅值存在轻微的波动、然而,这些波动是目前检测方法中不可避免的固有特性,对检测精度的影响较小、另外,选取测量电缆时应考虑它是否能适应超高频信号的频率范围。

采用窄带宽系统测量时,基于一个完整频谱的对比有助于选取合适的人造脉冲幅值,这样可以保证更高的灵敏度、如果采用固定频率带宽的窄带宽系统测量,则无法得到一个完整的频谱用于对比,此时敏感性校验显得尤为重要、灵敏度校验与测量信号的频率有关、如果测量频率能选取恰当,可以保证测量结果的准确性〔表1为不同频率下窄带宽测量方法检测所得的等效电压脉冲、可以看出,740MHz频率时的测量结果与实际缺陷的测量结果一致性较好,而其它两个频率的测量结果与实际存在较大偏差。

 2现场测试

现场测试时,需要安装一个和步骤一相同的GIS来校验安装的传感器和超高频测量系统的灵敏度、在GIS中传感器的安装位置和数量决定于局部放电缺陷的类型和需要检测的灵敏度、通常,检测局部放电缺陷产生的超高频信号需要至少2个传感器,在确定这些传感器安装位置时,应该保证GIS腔体任意位置发生的局部放电信号都能被传感器准确检测到。

图1为一个含有5个超高频局部放电传感器检测系统的实例,这些传感器分别安装在A,B,C,D和E处,电缆的终端A和变压器的套管E分别位于GIS的两端〔图2(a)给出了一个测量顺序的说明、为了简化分析,假设两个传感器之间的衰减是线性的〔这里考虑两种缺陷位置:情况一,将一个SpC的缺陷放置在BC段的中间,从图2(b)可以看出这个缺陷能被传感器B和C检测到,但不能被传感器A和D检测到;情况二,将一个SpC的缺陷放置在靠近传感器C的位置,从图2(。)可以看出这个缺陷能被超高频局部放电传感器B,C,D和E检测到。

GIS的不同缺陷引起的局部放电,应能被GIS内所有联接的传感器检测到,这种灵敏度校验应该可以被重复实施、为确保上述要求,灵敏度校验实施时应该遵行下面的步骤:

(1)脉冲发生器联接于超高频局部放电检测的一个传感器、超高频检测装置联接于邻近的传感器、

(2)第一次测量时,先关掉脉冲发生器,以检测背景噪声的水平〔这需要在1 min内完成,为的是考虑发生在现场的随泪L干扰信号

(3)第二次测量时,将脉冲发生器打开,并将人造脉冲的幅值设置与步骤一实验测试阶段的幅值保持一致、

(4)检查测量所得的超高频信号幅值,并将其归档、

需要注意的是,现场的灵敏度校验应该应用于GIS的调试和常规工作中、为了通过现场敏感度校验,当人工脉冲被注入时,检测到的超高频信号的幅值应显著高于噪声。

3两步法检测指导原则

基于上面的介绍,表3总结了两步法测试的指导准则、根据表2的准则,设备供应商和用户可以有效的应用超高频法检测法.

4结论

从GIS返回的经验表明一些现场的失效与绝缘系统的缺陷有关、大多数的缺陷可以用超高频局部放电诊断所检测到、1999年出版的Electra报告描述两步法灵敏度校验、木文对两步法进行了阐述.总结出一个简易的指导原则。


2016年12月14日
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