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GIS局部放电检测的研究状况(2)

发布时间:2020-10-03 03:33:03人气:

GIS局部放电检测
GIS局部放电检测
电气测试方法包括常规的测量方法和超高频(UHF)方法。

(1) 常规的测量方法

1) IEC60270标准推荐的方法
众所周知的IEC60270标准推荐的方法,也称耦合电容法,是测量局部放电的最常用方法。该方法要获得最大的灵敏度,测试系统必须良好屏蔽,且需要合适的电容相匹配,这在进行单元测试时还可行,但对一个完整的GIS来说很不方便,另外,它不能进行局部放电定位且抗干扰能力差,不适宜现场使用。

2) 外被电极法
就是用贴于GIS外壳上的电容电极来耦合由于内部放电而在导电芯上所引起的电压变化。优点是结构简单、易实现,但最小检测量受地线影响。

3) 测量通过地线的电流
当GIS内部发生PD时,在接地线上有高频微电流流过,因而可以在接地线上安装高频微电流传感器对信号进行检测。该方法的优点是精心制作的传感器可以在很宽的频率范围内保持很好的传输特性。由于GIS通常是多处接地,流过接地点的电流信号很小,加之接地处有时又不便安装电流传感器,给现场使用带来不便;地线也会引入干扰。因此,实际中不宜采用在GIS外壳接地线上安装高频微电流传感器感应脉冲电流的方法来检测PD信号。

4)在绝缘子内预埋电极
可利用事先已经埋在绝缘子里的电极作为探头进行内部局部放电的测量。因为预先埋入的电极处于金属容器内,所以抗干扰性能好、灵敏度高。但必须在制造时设计预埋电极,而且必须考虑预埋电极对绝缘子绝缘性能的影响。


(2)超高频法

常规的电气测试方法用于GIS局部放电检测时,或是干扰信号缺乏识别依据,或是影响GIS的正常运行,或者兼而有之。于是,超高频法应运而生,由于其突出优点,目前已经成为研究者关注的热点,许多国家就此开展了广泛的研究,并取得了较满意的结果。

超高频(ultra-high frequency,简称UHF)法是近年来发展起来的一项新技术。UHF法测量的频率范围300MHz-3GHz。随着PD诊断技术的不断发展,UHF法在英国、法国和德国进行了部分理论分析和实验研究,尤其是瑞士ABB高电压技术公司在550kV的GIS试验装置中对UHF法的适用性与灵敏度进行了深入的研究,并与常规的脉冲电流法作了对比。结果表明UHF法具有灵敏度高、抗干扰能力强、能进行局放源定位和识别绝缘缺陷类型等诸多优点。我国在近几年才开展对GIS局部放电UHF法检测研究,并已取得了初步成果,但还未见较为满意的装置投入现场使用。

UHF法的原理是利用装设的天线传感器接收由PD陡脉冲所激发并传播的UHF电磁波来检测PD信号。在GIS高气压的SF6气体中,PD总是在很小的范围内发生,具有极快的放电时间特性,快速上升时沿的PD陡脉冲含有从低频到到微波频段的频率成分;电力系统中的电晕放电脉冲持续时间较长、陡度较缓,其等值频率一般在150MHz以下,同时在空气中传播时衰减很快。因此,当GIS中发生PD时,可通过检测其发出的电磁波中300-3000MHz信号来评价PD情况,从而避开常规电气测试方法中难以避开的电晕放电等最大的干扰,以提高检测系统的信噪比。

GIS的同轴结构对于电磁波的传播可等同于一个良好的波导,信号在其内部传播时衰减很小。采用UHF法检测GIS中PD信号的基础是PD陡脉冲所激发的UHF电磁波在等效同轴波导中传播时,不仅以横向电磁波(TEM)形式传播,而且还会建立横电波(TE)和横磁波(TM)。由于UHF电磁波可以从支撑GIS内导体的盆式绝缘子处泄漏出来,因此,在此处用外置UHF天线可接收到泄漏出的电磁信号。

在GIS装置上用多个UHF传感器检测接收到同一放电源产生的UHF信号时间差,然后根据这些时差和电磁波的传播速度可进行定位。基于这一原理进行GIS的PD定位法,所要测量的信号时差通常在纳秒数量级,这不仅要求测量记录设备具有很高的频带和采样率,还要求被测信号本身具有很陡的起始沿,方能读取纳秒量级的信号起始时刻,UHF及以上频段的信号正好满足这一要求。因此,采用UHF法对PD源进行定位的准确度是其它方法所不及的。

UHF法的关键技术是研制高灵敏度的传感器,其传感方式有GIS内置传感和外置传感两类。内置传感器主要有圆盘传感器、锥形传感器等,具有比较高的传感效率,同时,也有利于抗GIS体外的干扰。外置传感器主要有屏蔽谐振环传感器、双螺旋传感器、环型传感器、缝隙传感器、振子传感器等,它们在性能上各有优劣,使用上各有方便,国外研究的比较多的是内置传感方法,传感器在GIS制造时就已经安装好。

针对GIS体内传感方法的局限,国内外研究了GIS外置传感的方法。GIS上通常有很多盆式绝缘子,置于连接法兰之间,使连接法兰之间存在绝缘缝隙,宽度在几个厘米左右。GIS内部的超高频信号在经过法兰传播时,可以通过该缝隙辐射到GIS体外。因此在GIS体外可以接收到这一信号,实现局部放电信号传感化。GIS体外传感方式,其检测系统独立于GIS,检测时不需打开GIS的任何部件,因此特别适合于已经制造好的GIS。体外传感方法的缺陷是泄漏辐射出来的电磁波信号较弱,而且会遇到相对大一些的空间电磁干扰。因此外置传感比内置传感更复杂、更困难,目前,在工程应用上较为满意的还不多见,尤其是对外置传感器的理论分析和计算报道较少。

UHF法的主要优点有:抗低频干扰能力强,能对PD源进行定位,根据所测信号的频谱及统计特征,可以区分不同的缺陷类型,同时,可进行长期现场监测,灵敏度能满足工程要求。特别适宜连续远距离在线监测,因此,被认为是GIS中PD在线监测技术中具有很好应用前景的方法。

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