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做和GIS局部放电检测技术

发布时间:2021-09-23 12:01:26 阅读: 来源:客车厂家

GIS局部放电检测技术

局部放电:指绝缘结构中由于电场分布不均匀、局部电场过高而导致的绝缘介质中局部范围内的放电或击穿现象。

存在的范围:它可能产生在固体绝缘孔隙中、液体绝缘气泡中或不同介质特性的绝缘层间。如果电场强度高于介质所具有的特定值,也可能发生在液体或固体绝缘中。

局部放电的检测都是以局部放电所产生的各种现象为依据,通过能表述该现象的物理量来表征局部放电的状态及特性。

局部放电过程中会产生电脉冲、电磁辐射、超声波、光以及一些新的生成物,并引起局部过热。因此,相应地出现了脉冲电流检测法、UHF方法、超声波检测法、光测法、化学检测法、红外检测法等多种检测方法。

不同检测方法的优缺点如下:

脉冲电流检测法:测量频率低,不能避开空气电晕干扰,不适合监测,是目前唯一具有标准的检测方法;

超声波检测法:难以定量,且不易区分运行中设备干扰信号;

光测法:尚未成熟;

红外检测法:适用检测设备外部接线端等过热现象,不易监测运行中设备内部状况;

化学检测法:监测结果可靠性高,但对突发性故障反应较慢;

UHF方法:检测频带高,可避开电晕干扰;能反映放电的强度,对突发性故障也能及时反应,适合监测。

总的来说,根据现场经验,目前对于特高频法和超声波法比较认可,也是现场常用的两种检测方法。

2、特高频检测方法

UHF信号的产生:在绝缘强度很高的介质中(如SF6气体、油纸绝缘等),如果发生了一个微小放电,则会产生一个前沿很陡的电流脉冲,从而辐射出高频电磁波信号,信号频率可达到上GHz。特高频法的抗干扰性能好,特别是对变电站的电晕干扰具有良好的抑制能力。

对于特高频法,目前尚未有专门的标准,IEC42478(高电压试验技术-局部放电的电磁波和超声波检测)是有IECTC42工作组制定的一个与特高频检测相关的草案,目前还在制定过程中,还未正式发布。

该草案对定义了电磁波和超声波检测的频带范围(UHF:300MHz——3GHz),给出了相关物理定义,简单给出了灵敏度校验过程。但未给出但还重要的内容,如检测方法的选择、现场应用等尚在制定当中

对于检测而言,窄带和宽带是应用较多的两种方法。

窄带:

优点:抗干扰性能好,可进行检测频带的人工(自动)选择

缺点:信息量少,硬件复杂

代表:西安交通大学

宽带

优点:信息量大,硬件简单

缺点:抗干扰性能差,特别是高频干扰

代表:英国DMS

特高频窄带测量的中心频率通常为几百MHz、带宽为几十MHz,避开了现场的许多干扰,因而能较有效地抑制外部干扰和提高信噪比。其示意图如图1所示。

窄带检测系统则选择整个检测频带之内的某一段频带送入检测系统,如图所示,以选择中心频率为600MHz,带宽为100MHz为例,则送入检测系统的频带为550MHz——650MHz,这样可以将此频带之外的干扰信号有效抑制,从而达到抗干扰的目的。

采用特高频宽带局部放电检测技术可以在足够宽的频率范围内对局部放电进行检测,避免遗漏放电特征峰。示意图如图2所示。

如图所示,宽带检测将检测频带之内的所有信号都送入检测系统,这样信息量大,但如果有检测频带之内的干扰信号,会造成信噪比低,影响后续的分析。

传感器是局放检测的一个关键部件,特高频传感器的基本要求:传感300MHz——3GHz内的电磁波信号。安装要求:适合于现场使用。

对GIS而言有两种方式:内置和外置。如图3所示。

内置:灵敏,但须GIS制造厂设计,停电安装。

外置:不如内置灵敏,但可安装。

对于传石墨烯也具有很强的发展潜力感器的一个基本要求是不能畸变设备原有电场。

3、现场灵敏度校核方法

现场工作人员希望得到特高频检测月传统检测方法之间的联系,即用特高频检测结果表征pC值。但目前的研究结果表明,国内外学者都认为其与脉冲电流法隶属于两个不同的物理方法,两者之间不存在明确的等效关系。

GIS中特高频信号的检测依赖因素很多,如传感器特性,缺陷与传感器位置之间的路径(传感器布置及距离)等。此外,检测结果还受检测设备的影响,如传输电缆、放大器、频谱分析仪及传感器安装位置等,而且缺陷处放电的放电量也很难准确获得。因此,目前认为适合于IEC60270标准中的标定,对于特高频测量系统而言几乎是不可能的。

出于工程实际应用的目的,IEC和CIGRE(WGD1.25)提出了确定特高频检测系统灵敏度的流程和方法。

该方法分两个步骤:

步骤1:实验室测试

步骤2:现场测试

校验流程为:

1、确定人工脉冲源及缺陷。人工脉冲源幅值可调,缺陷可采用金属微粒。

2、实验室测试。确定与5pC放电相当的人工“NASA与工业领域的合作脉冲源幅值。

3、现场测试。确定现场是否可检测到相当于5pC放电的电磁波信号。

4、根据校验结果,确它在很大程度上决定了该种塑料和橡胶的使用处合定灵敏度。

步骤1:实验室测试

实验室测试的目的是确定与真实缺陷相关的人工脉冲的幅值,人工脉冲会在现场使用。步骤1的试验装置如图4所示。

一个人工缺陷设置在GIS间隔中靠近特高频传感器C1的位置。当电压升高到足够高时,缺陷就会发生放电。缺陷放电产生的放电量可以通过IEC60270方法进行检测得到。缺陷放电产生的特高频信号通过特高频传感器C2检测到,当IEC60270方法检测到放电量为5pC的时候,记录此时C2检测到的特高频信号A,这个特高频信号幅值A将会在下面的步骤中与人工脉冲信号进行比较。

将人工脉冲注入传感器C1,如图5所示。

人工脉冲产生的特高频信号可以被传感器C2进行检测。检测到的幅值B同人工缺陷产生时检测到的幅值A进行比较。不断调节人工脉冲的幅值,直到A和B的值基本相等,即A=B±20%。

例如对于一个420kV的封闭直立GIS间隔,当外加电压为385kV时,一个长度为3mm的金属微粒会产生约5pC的放电量。其缺陷所产生的信号和人工排除方法:往实验机油箱内加油脉冲源所产生信号的频谱比较如图6所示。

(a)缺陷信号 (b)人工脉冲信号

可以看出,在低于1.5GHz以下的频段,这两个信号的频谱分布是很类似的,包括幅值信息。在300MHz——1.5GHz范围内,其幅值误差在4%以内,满足要求。因此可以认为该人工脉冲可以模拟一个放电量为5pC的缺陷辐射出的电磁波信号。

步骤2:现场测试

如果人工脉冲激发的特高频信号能够在被校核设备传感器耦合得到,那么认为这个设备在这个安装位置是具有5pC的检测灵敏度。

可以看出,对于这种灵敏度校核方法而言,主要是校验检测系统安装在GIS现场时,其是否具有可检测到5pC放电量的能力,或者是在那些范围内可以检测到5pC放电水平的能力。由于在实验室和现场均采用相同的传感器,其本质上是对其安装位置的校验,而无法对测量系统本身的灵敏性进行校验。但如果采用一个得到认可的标准传感器及检测装置时,则可对检测系统本身进行校核。

尽管可以通过校验来确定检测系统的检测灵敏度,但对于不同的检测方法,还是使用其自身的单位为好,不要纠结于和pC的对应,毕竟不同的检测方法所产生的物理机制不一样。

4、超声波检测法

国际大电CIGRE认为声发射检测方法(又称超声方法)与特高频检测方法均适用于GIS局部放电测量,二者均具有很好的灵敏度。但对于超声波检测而言,对于盆式绝缘子表面类型的放电目前认为检测灵敏度很低,甚至检测不到。

实际上对于特高频和超声波,一旦局放涉及到固体绝缘介质,其检测灵敏度均不高,现场检测时需注意。

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