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GIS PD的檢測方法

發(fā)布時間:2020-07-17 00:21:08人氣:

對(duì)GIS中PD研究表明,其放電脈衝具有非常快的上升沿,所激發的電磁能量(liàng)在GIS氣室內傳播;同時,火花或電暈放電會使電離氣體通道發生擴散,產生(shēng)超聲波,同時出現被激勵的原子發光並(bìng)致使SF6氣體產生化學分解(jiě)物。因此,對應GIS產生的PD所誘發的(de)許多物理和化學效有很多檢測的方法,大致可分為電測法和非電檢測法兩大類。


①非電檢測法

非電檢測法包括超聲波檢測(cè)法、光檢(jiǎn)測(cè)法和化學檢測(cè)法。

1)超聲波檢測法
GIS的PD超聲波檢測法是利用安裝在GIS外殼上的超聲波傳感器來檢測內部PD時電子間劇烈碰撞產生的超聲波信號。由於該方法不受電氣(qì)幹擾及它能對PD源進行定位,因此人們對超聲法的研(yán)究較為深入。超聲波(bō)檢測法的靈敏度不僅取決於PD產生的能量,而且取決於信號的傳播路徑。近年來,由於聲一電換(huàn)能器效率的提高和放(fàng)大技術的發展,超聲波檢測法的靈敏度(dù)有了(le)較(jiào)大的提高。該方法(fǎ)的主要(yào)優(yōu)點有定位方便,不受電磁幹擾的影響以(yǐ)及適合在線監檢測等,適用於委托試驗和周期性運(yùn)行檢查(chá),但(dàn)目前無法利(lì)用超聲波信號對PD進行模式識別(bié)和放電(diàn)量標定,主要作為一種輔(fǔ)助測(cè)量方法。

2)光檢(jiǎn)測法
GIS中(zhōng)PD是在電場較為集中的局部使SF6原子發生電離,電離後的離子又會複合(hé),複合後以光子的形式釋放能量。根據氣體放電理論,在離子(zǐ)複合過程中會激發出(chū)不同頻率的光譜成分,因此,可用安裝在GIS內部的光電傳感器(如光電(diàn)二極管、三極管或光電倍增(zēng)管等)進行光測量來檢測PD信號。由於SF6氣(qì)體的光吸收能力(lì)會隨著氣體密(mì)度的增大(dà)而(ér)提高,GIS光(guāng)滑的內壁可能引起光的反射,以及會出現檢測“死角”,所以(yǐ)采用這種方法的準(zhǔn)確性較低。另(lìng)外,實際GIS因有許多氣室,所以需要大量傳感器,檢測的成本高,因此這種方(fāng)法不(bú)適合對GIS進行PD在線監測。

3)化(huà)學檢測法
國(guó)內外大(dà)量研究表明(míng),由(yóu)PD引起(qǐ)SF6氣體分解產生的化合氣體主要有(yǒu)SOF2、SOF4、S2F10、SO2F2、CF4、SO2、SiF4、HF、CO、CO2、CH4、SF4等,其中SO2F2和SF4屬劇毒物質,SO2屬腐蝕性物質。研究表明:不同絕(jué)緣缺陷引起的PD會產生不同(tóng)的分解化(huà)合氣體,相應的分(fèn)解化合氣體成份、含量(liàng)以及產生速率等也有差異。因此,可以通過(guò)檢測GIS設備SF6氣體不同分解組分含量與變化趨勢來(lái)判(pàn)斷其內部絕緣缺陷(xiàn)的(de)情況。

目前,對SF6氣體分(fèn)解(jiě)物的檢測項目及其(qí)方法已有離線檢測標準,檢測方法主要有五種:a.氣相色譜法;b.離子色譜法;c.紅外吸收光譜法;d.檢測管法(fǎ);e.化學分析法。這五種方法都是IEC60480-2004推薦的檢測方法,而GB/T8905-1996僅推(tuī)薦氣相色譜法。


②電測法

PD的電測法主要有傳統電測法(IEC60270標準推薦方法)、UHF法,甚高頻法等。

1)傳統電測法
傳統電檢測法是IEC60270標準推薦的(de)檢測方法,由於PD發生時(shí)試樣兩端電荷的變化,與試樣兩端連接的測試回路中就會(huì)有脈衝電流,通過測量PD所產生的脈衝電流在檢測阻抗兩端響應的脈衝電壓,因此也稱為脈衝電流法,它是檢測PD最常用的方法,測量(liàng)頻率在10MHz以內。其優點是可通過校準對PD進行定量測量,靈敏度取(qǔ)決於耦合電容與被(bèi)試品等值電容的比值(zhí),精(jīng)度可(kě)達到2pC。若(ruò)要獲得最大的靈敏度,測試係統(tǒng)必須有良好屏(píng)蔽並需要合適的電容相匹配。這種方法(fǎ)要求試驗回路中所(suǒ)有組件(jiàn)包括高壓引線均不(bú)能產生大於(yú)被試(shì)品本身的(de)PD水平。
校準電路
用IEC60270法檢測(cè)到的PD脈衝電壓與試品的視在放電量Q是成比例(lì)的,但其比(bǐ)例係數(shù)與回路及儀器性能(néng)有關,為此必須進行校準,以確(què)定整個(gè)試驗回路及儀器的刻度因數(shù)Kc,計(jì)算可得視在電荷量Q。校準前按實際試驗情況接好電路,校準線路如圖所示,將一輸出可調的校正脈衝(chōng)發(fā)生器F與試品(pǐn)Cx並聯,在Cx上產生放電量已知的脈(mò)衝(chōng)信號。通(tōng)過示波器可以測量檢(jiǎn)測阻抗Zm兩端電壓的幅(fú)值大小U。調節F輸(shū)出不同的放電量,可以繪製檢測阻抗兩端電壓(yā)U(mV)與視在放電量Q(pC)的關係。

2)高頻(pín)法
高頻法檢測信(xìn)號(hào)的頻率範(fàn)圍在30-300MHz。雖然這(zhè)個頻率範圍可避開一些電(diàn)暈幹擾,但並不能完全消除(chú)。用高頻(pín)法也可以對PD進行(háng)定位。高頻法的主要優點是對放電量的校準(zhǔn)可(kě)靠(kào)。

3)超高(gāo)頻法
UHF法(fǎ)是利用裝設在GIS內部或外部的天線傳感器接收PD激發並傳播的300-3000MHz頻段UHF信號(hào)進行檢測和分析。

運行中的(de)GIS內部充有高(gāo)壓SF6氣體,其絕緣強度和擊穿場強都很高。當PD在很(hěn)小的範圍內發生時,具有極快的放電時間特性,因(yīn)此,PD陡脈(mò)衝含有從低頻到微波頻段的頻率成分(fèn),並且脈衝向四周輻射出電磁波;電(diàn)力係統中的電暈(yūn)放電脈(mò)衝持續時間長、脈衝上升沿的陡度較緩,其(qí)等值頻率一般在150MHz以下。GIS波導壁為非理想(xiǎng)導體,電磁波(bō)在GIS內部傳播時會有功率損耗,因此,電磁波將沿傳播方向衰(shuāi)減,並(bìng)且SF6氣體(tǐ)會引起波導體積中的介質損(sǔn)耗,也會造成(chéng)波的(de)衰減。由於這種衰減的衰(shuāi)減量比(bǐ)信號在絕(jué)緣子處反射造成(chéng)的能量衰減低得多,因(yīn)此在用波導理論對PD仿真和測量時可以不考(kǎo)慮這種衰減(jiǎn)。GIS有許多法蘭連接(jiē)的支撐(chēng)絕緣子、L型結構和T型接頭、隔離刀閘及斷路器等(děng)不連(lián)續點,UHF信號在GIS內傳播過程中經過這些結構時,必然會造成較大(dà)衰減。研究表明,在絕緣子和T型接頭處的反射是造成信(xìn)號能量損失的主要原因。根據GIS中電磁波的傳播特點,可以利用UHF傳感器接收其發出的電磁波中300-3000MHz信號來評價PD情況,從而避開常規電(diàn)氣測(cè)試方法中難以避開(kāi)的電暈放電等幹擾(rǎo),以(yǐ)提高檢測係(xì)統的信噪比。

GIS腔體結構相當於(yú)一個同軸波導,因此可用同軸波導的概念來分析UHF信號在GIS中的傳播過程。采用UHF法(fǎ)檢測(cè)GIS中PD信號的基礎是PD陡脈衝所激發的UHF電磁(cí)波(bō)在等(děng)效同軸波導激發橫向電磁波(TEM)、橫電波(TE)和橫磁波(TM)。如果在GIS裝置上用多個UHF傳感器檢測(cè)接收到同一(yī)放電源產生的UHF信號時間差,可(kě)以根據這些(xiē)時差和電磁波的(de)傳播速度可進行定(dìng)位。基於這一原(yuán)理的PD定位法,所要測量的信號(hào)時差通常在納秒甚至皮秒級,這不僅要求測量記錄設備具有很高的頻帶和采樣率,還要求被測信號本身(shēn)具有很陡的起始沿,才能讀取納秒或皮秒(miǎo)量級的信號起(qǐ)始時(shí)刻,UHF及(jí)以上(shàng)頻段的信號正好滿足這一要求(qiú)。因此,采用UHF法對PD源進行定(dìng)位的準確度是其它方(fāng)法所不及的。

UHF法分為寬頻(pín)法(fǎ)和窄頻法,寬頻法加前置高通或帶通濾波器(qì),窄頻法利用頻譜分析儀(yí)對所要研究的頻段進行篩選。對空氣電暈產生(shēng)的頻率較低的電磁幹擾(rǎo),隻需加200MHz左右的高通濾波器即可消除;對UHF通訊、電視信(xìn)號可用(yòng)窄頻法對其與PD信號加(jiā)以比較後來區分。UHF法具有以下特(tè)點:a.傳感器接收UHF頻段信號(hào),避(bì)開了電網中主要電磁幹擾,具有良(liáng)好的抗幹擾能力;b.根據電磁脈衝信號在GIS內部(同軸波(bō)導(dǎo))傳播的特點,利用傳感器接收信號的(de)時間差(chà),可進行故(gù)障源定位;c.根據放電脈衝的波形特征和UHF信號的頻譜(pǔ)特征,可進行(háng)故障類型識別;d.UHF傳感器相對於振動(dòng)檢測法而言,其PD有效檢測範(fàn)圍更大,因此需要安裝傳感器(qì)的檢測點相對減少。

對以上檢測GIS中PD的方法進行綜合比較可知(zhī),超聲波檢測法、光(guāng)檢測法、化學法(fǎ)、傳統的電測(cè)法及高頻法(fǎ)均不太適合或目(mù)前還未開展PD的在線監測,而UHF法抗(kàng)幹擾能(néng)力強,在PD在線監測中具有很好的應用前景(jǐng)。

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