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特高频法检测GIS局部放电的试验研究

2020-10-04 来源:个人技术集锦
2001年6月            高电压技术         第27卷第3期   ・15・

在线监测

特高频法检测GIS局部放电的试验研究

ExperimentalResearchofUHFMethodfortheDetectionofPartialDischargeinGIS

武汉大学电气工程学院(武汉430072) 邵 涛 周文俊 朱宜飞

孝感供电局(孝感432100) 吴世华        

摘 要 介绍了特高频法检测GIS内局部放电的模拟试验方法。试验表明特高频法可有效地消除电晕干扰,检测的放电信号随GIS内放电间隙的增大而减小,随传感器与放电间隙距离增大而减小。特高频电磁波信号传播时间差可对GIS内局部放电进行初步定位。

Abstract Thispaperpresentsasimulatingexperimentmethodandtheexperimentalresultsabouttheultra2high2frequency(UHF)methodfordetectionofpartialdischargeingas2insulated2substation(GIS).TheexperimentalresultsshowthatUHFmethodcaneliminatethecoronainterferenceeffectively,andthedischargesignalisdecreasedwiththeincreaseofthedischargegapdistanceinGIS.Furthermore,therelationofthesignalintensitydecreasedwiththeincreasingdistancebetweenthesensorandtestset2upcanbeusedtolocation.ThepropagationtimedifferenceoftheUHFelectromagneticwavecanbeusedtolocatethegeneral

.positionofapartialdischarge

关键词 气体绝缘变电站 局放检测 特高频法

Keywords GIS partialdischarges detectionUHFmethod中图分类号 TM835   文献标识码 A

GIS的现场试验用于发现和消除运输和安装等1 引 言

局部放电检测是电力设备绝缘状态诊断的重要方法。GIS的故障涉及绝缘、过热、开关操作等引起的快速暂态过电压、绝缘老化、密封性变差等方面。

使用过程中均可能使GIS内部有电极GIS在制造、

表面脏污、毛刺、自由粒子、接触不良引起浮电位等缺陷。上述缺陷导致GIS在高电压下造成内部电场畸变,畸形电场发展到一定程度,便形成GIS内的局部放电。在GIS局部放电检测中,特高频(UHF)法是近年来发展起来的一项新技术。它采用测量GIS内绝缘隐患在运行电压下辐射的电磁波来判断GIS内是否发生局部放电,该方法可以非接触测量及在线监测。

2 GIS局部放电检测方法

GIS局部放电检测除了在制造厂的型式试验和出厂试验外,绝缘缺陷的及时发现更依赖通过现场

试验和在线检测来实现。211 现场试验

因素可能导致GIS内的绝缘故障隐患。一般是将设备分成几部分进行,以减小试验时的容性负载,从而限制击穿时的放电量和便于故障的定位。现场试验一般主要是耐压试验,但为提高其发现绝缘缺陷的有效性和降低其可能损害正常绝缘等副作用,局放检测是十分重要和有效的。212 在线检测

即使现场试验可以发现一部分包括绝缘隐患在内的缺陷,但从实际运行情况来看,GIS绝缘隐患导致的故障仍有部分发生在GIS投入运行后,尤其是在刚投入运行后的一段时间内,因此在线检测及时发现故障很有必要。

GIS内发生局部放电时,伴随有各种现象出现,如气体分解、光辐射、声振动、高频电磁波的激发等,它们均可用于GIS局部放电的检测。按工作原理,GIS局放检测可分为电及非电方法,后者如化学方法、光学方法、机械方法等,和前者如外贴电极法、测接地线电流法等[1]均有不足之处,或局部放电信号识别可靠性不高,不适用于在线检测,或灵敏度低、抗干扰性差实用效果不够满意。因此,后期开发的UHF检测法成为人们注意的重点。213 UHF法及其定位

GIS局部放电的现场试验和在线检测均可采用UHF检测法,其原理是:GIS内局部放电时产生的电流脉冲激发出电磁波,包括中低频和UHF段(013~3GHz)电磁波,均可从GIS上盘式绝缘子处泄露出来并由传感器接收,然后根据接收的信号来分析局部放电的严重程度及其位置。由于使用UHF段信号检测,可避开常规的电气干扰(主要是<150MHz的电晕干扰)。

UHF段信号虽抗干扰性能好,但该频段信号较弱,故需要较精密的仪器来测量和显示,该段信号的检测既可使用只有几MHz带宽的窄频法,也可使用达GHz带宽的宽频法。窄频法一般除了需要频谱分析仪外,还需要低噪音󰃗高增益的UHF放大器来

.27No.3・16・   Jun.2001       HIGH VOLTAGE ENGINEERING     Vol

收集局部放电信号,在有特高频干扰的情况下比较

适用,且要求仪器较精密。宽频法在一般的场合使用更广泛,它需要可达ns级采样率的示波器和截止频率为250~300MHz的高通滤波器。

GIS局部放电检测的目的在于检测放电信号的大小,判别其性质,并对其定位。但由于放电脉冲上升时间极快,激发的UHF段电磁波有TEM波,也有TE波和TM波,且各种因素引起反射等导致电磁波长时间不衰减和复杂的谐振,使UHF段信号不易准确检测,精确定位更难。目前用UHF法进行定位主要从两方面着手:1)据图1中各传感器收到的信号幅值大小定位,一般只能确定局部放电位于某一隔室内。2)根据任意两传感器收到信号时间差(ns级)计算确定局部放电位置。也可利用三平面汇交于一点的原理[2]定位局部放电,但实际操作较困难。气检测的局限,灵敏度大为提高。

11水阻;21螺旋密封装置;31钢针;41支撑绝缘板;51支撑装置;61环氧树脂板;71抽气及灌气处;81密封圈;

91气压表;101传感器1,2;111高通滤波器

图2 试验装置及测量原理

图1 定位方法示意图

3 试验装置与方法

产生局部放电的原因复杂,且不同原因致放电现象(放电波形,放电量等)差别较大。本试验利用针—板间隙模拟一种较典型的绝缘缺陷即固定微粒,图2为GIS模拟装置长2m,直径28cm。

传感器分GIS内预置和盘式绝缘子处外置两种,本试验采用外置式。图2中左右两端传感器1、2的同轴电缆等长,后者带高通滤波器。在加SF6前检测左端,信号频率多在10~20MHz,幅值较大,而右端因背景噪音被过滤,UHF段信号少且幅值低,试验时装置内充0125MPaSF6,针—板间隙距离115cm,加压到10kV时,左端开始检出信号,而右端仍只有背景干扰见图3(a)。升压至~3kV时,右端开始有信号(图3b为放大的UHF段局部放电信号波形),且随电压升高幅值增大,而左端则信号幅值很大。上述条件下10kV时局部放电量<2pC,而30kV时约2~4pC[3],由此可知UHF法应能检测到2~4pC局部放电量的信号而常规电气检测方法需几十pC局部放电量的信号,才能保证检测的灵敏度。可见UHF法避开了电晕干扰,突破了常规电

a1信号干扰图     b1特高频信号图

图3 传感器1、2检出的局部放电信号

在一定的气压和放电电压下改变间隙距离,收

到的信号强度随间隙距离增大而减小,图4为气压0125MPa,电压45kV时信号强度与间隙距离的关系。这些特性有助于了解GIS内有固定微粒时局部

图4 信号强度与针—板间隙距离的关系

(下转第30页)

.27No.3・30・   Jun.2001       HIGH VOLTAGE ENGINEERING     Vol6 小 结

a1通过求解Maxwell方程组,推导出常用于瞬

分支导体,磁场强度越大,其变化梯度也越大。由于

塔内磁场强度<无屏蔽设备误动作阈值,因此应对置于塔内的电子设备进行有效的屏蔽。

参考文献

1 RubinsteinM,UmanMA.Methodsforcalculatingthe

electromagneticfieldsfromaknownsourcedistribution:applicationtolightning.IEEETransonEMC,1989,31(20):183

2 冯慈璋1电磁场(第二版)1北京:高等教育出版社,19833 UmanMA,MclainDK.Magneticfieldoflightning

.JGeophysRes,1969,74(28):6899returnstroke4 倪光正,钱秀英1电磁场数值计算1北京:高等教育出版

态电磁场计算的单极子法和偶极子法。

b1在现有文献中,雷电主放电产生电磁场的计算式都是针对雷击地面时推导得出的,不能直接应用于雷击建筑物󰃗微波塔的磁场计算。本文推导出雷击金属结构物时,主放电通道在空间中产生的动态向量位。

c1在计算结构体在空间中产生的动态向量位时,经分段后,导体长度很短,可忽略每段导体上不同点的电流对被求磁场点时延的影响,计算简化。

d1在求得空间中任意点的动态向量位后,将B=󰂈×A的微分关系用差分表示,求得空间任意点磁场强度的数值解。

e1实际运行计算表明,微波塔内部空间磁场分布很不均匀,中心点附近磁场强度较小,越靠近塔的社,1996

(收稿日期 2001205209)

戴传友 1971年生,博士,从事通信系统防雷、接地等方面的研究和

设计工作,电话:(0755)8780808。

(上接第16页)4 结 论

a1UHF法检测简便,适于现场试验和在线

放电的严重程度及固定微粒的大小与局部放电的关

系。不同的固定微粒导致的放电脉冲特征不同。放电间隙小时,放电的时间较短,脉冲较陡,激发特高频电磁波的能力较强。

在一定气压、试验电压和可以稳定地接收UHF局部放电信号的条件下,改变传感器与局部放电源间的距离,收到的信号强度随距离的增大而减小,图5为气压0125MPa,放电电压45kV时信号强度与距离的关系,这也有助于局部放电源的定位。

检测。

~4pC的局放信号,但该b1UHF法可检测到2

法的灵敏度依赖于传感器等测量装置的可靠性。

c1局部放电信号的强弱及特性与产生的放电的缺陷类型和严重程度有关。

d1局部放电信号强度和传感器与放电源距离的关系可确定局放源所在的隔室,不同位置传感器接收信号的时差可定位局放源,但方法需研究、完善。有关GIS局部放电的鉴别、定位还需更多试验。

参考文献

1 邱毓昌1GIS装置及其绝缘技术1北京:水利电力出版

图5 局部放电信号强度与距离的关系

将本试验传感器1、2的信号输入示波器中,用

信号时间差定位计算得到的距离差>2m。实际传输距离差~114m,误差原因是同轴电缆的衰减及复杂的谐振等使该法很难对短距离准确定位,但较其它定位方法仍是方便实用的。当然有关研究还需深入进行。

社,1994

2 刘卫东等1GIS局部放电特高频在线检测和定位.高压电

器,1999,1(3):113 Kurrer.Retal.SensitivityoftheUHF-methodfor

defectsinGISwithregardtoon-linepartialdischargedetection.ConferenceRecordofthe1996IEEEInternationalSymposiumonElectricalInsulation,Quebec:1996,16

(收稿日期2001202214)

邵 涛 1977年生,硕士生1电话:(027)67817884

周文俊 1959年生,博士,教授,从事高电压绝缘与测试、弱电设备

防雷接地等方面的研究1电话:(027)67802375

朱宜飞 1977年生,硕士生1电话;(027)82412769

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