GIS局部放電檢測研究現狀(二)-國浩電氣
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GIS局部放電檢測(cè)研究現狀(二)

發布時間:2020-09-16 09:44:31人氣:

電測法根據測量方法分為接地電流法、外部電極法、內部(bù)電極(jí)法及外(wài)置超高頻(pín)天線法,根據檢測頻率可分為三種,即傳統的(de)電測(cè)法、高頻法(fǎ)和超高頻法(fǎ)。

1)傳(chuán)統的電測法是IEC60270標準推(tuī)薦的方法,也稱為(wéi)耦合電容法,是測量局部(bù)放(fàng)電的(de)最常用方法,測(cè)量頻率在10MHz以內。這種方法(fǎ)的優點是可(kě)通過校準對局(jú)部放電進(jìn)行定量測量,靈(líng)敏度取決於耦合電容與試品等值電容的比值,一般可優於2pC。但這種方法要求試驗回路中所有(yǒu)組件包括(kuò)高壓引線均不能產(chǎn)生高於試品本身的局部放電水平。

2)高頻法(<100MHz)是將許多(duō)傳感器(qì)分布在整個(gè)GIS中(zhōng),根據(jù)頻譜分析儀接收到的最大信號來確定某一缺陷的最大靈敏度。傳感(gǎn)器可以是嵌在絕緣子中的電極或安裝在絕(jué)緣法蘭上;GIS通常采用多點接地使得局部放(fàng)電的電氣檢測可在接地回路中進行,例如采用高靈敏度的脈衝電流互感器,其原理就象羅(luó)戈夫斯(sī)基(jī)(Rogowski)線圈,檢測頻率可達幾十兆赫茲。這種方法的現(xiàn)場(chǎng)檢測靈敏度(dù)可達100pC,主要在日本使用。下麵(miàn)分(fèn)別說明了幾種檢測方法。

a. 接地電流(liú)法
同對變壓器或套管等進行局部放電(diàn)在線監(jiān)測(cè)時一樣,當GIS內部發(fā)生(shēng)局(jú)部放電時(shí),接(jiē)地線上有高頻電流通過,因而可以采用接地線電流檢(jiǎn)測法。為(wéi)測(cè)量高頻信號常用鐵淦氧作為鐵芯(xīn)的傳感器。也有的測量(liàng)處於(yú)幾兆赫茲頻率的局部放電信號,主要(yào)是考慮在該頻帶處外界幹擾較小(xiǎo),但GIS通常是(shì)多處接地,因此不(bú)宜采用外殼接地(dì)線上檢測脈衝電流的方法來測(cè)量局放。

接地線電流法的框圖
b. 外複電極法
在GIS外殼上敷上絕緣薄膜與金屬電極如下(xià)圖所(suǒ)示,外殼與金屬電極形成小電(diàn)容。局部放電引起的脈衝信號通過小電容耦合到檢測阻抗上,再經放大後檢測出來,而小電容和檢測阻抗對(duì)低(dī)頻信號則(zé)起(qǐ)隔離作用。通過電容測量到的信(xìn)號是泄露出的流動波所產生的電壓差。外複電極法檢測(cè)頻帶(dài)可以達到20-40MHz,現(xiàn)場的檢測靈敏(mǐn)度達100-200pC。原英國Robinson公司曾采用此原理研製了(le)646型TEV便攜式(shì)放電定位器,重5公(gōng)斤帶一對電容傳感器,帶寬為(wéi)15-80MHz,可定位,定(dìng)位準確度為200-300mm。
外(wài)複電極法原理圖
c. 內部電(diàn)極法
內部電極法有兩種,一種是在(zài)絕(jué)緣子裏預埋電極,另一種是采用內置專用電極。由於內置的電(diàn)極處於金屬容器(qì)內,所(suǒ)以抗幹擾性能好,靈敏度高,可以測出幾個皮庫的放電(diàn)量(liàng)。利用事先預埋(mái)在絕緣(yuán)子裏的電極作為探頭進行內部局部(bù)放電的測量,可以測量處於400kHz頻率左右的衰(shuāi)減波振幅(fú),但傳感器必須事先安裝在支撐絕(jué)緣子裏,為此常需(xū)要妥善解決處於殼內的前置放大器的電源問題。我國華通開關廠生產的GIS盆(pén)式絕緣子即預埋有內(nèi)電極。

為了改善預埋電極的不足,近年來像下圖所示的殼內專用電極係統(tǒng)己有應用,由它作為GIS殼內的測(cè)量元件,而(ér)其他測量部分全在殼外(wài)。
測局放的殼(ké)內專用電極(jí)係(xì)統
最近有的研究指出:外部放電等幹擾的頻譜大多在400MHz以(yǐ)下,而內部局部放電的頻譜更寬,即使在700MHz以(yǐ)上還有較高的振幅,因而可采用測量800MHz以上的信號來(lái)發現局部放電。下表為(wéi)一實例,從這(zhè)三個(gè)頻譜圖中可以看出:當采用同樣的放大倍數(26dB),如采用800~1400MHz段,則(zé)仍可能從現場400pC的外界幹擾中測得GIS內部僅8pC的局部放電。
不(bú)同(tóng)處局放的頻譜圖例
3)超高頻法(UHF)是利用裝設的天線傳感器測量由局部(bù)放電脈衝激發傳播的超高頻電磁波來評價局放的。GIS中局部放電產生持續時間僅為納秒級(jí)的脈衝電流,在高壓導體上有針狀突出物時,因SF6氣體中負離子釋放(fàng)電子而不(bú)需要依靠場致發(fā)射電子,正極性下通常發生局部(bù)放電,典型波形如(rú)圖所示,其等值頻率可大於1GHz,屬於微波(bō)波段。

超高頻法的基礎是局部放電脈衝激發的超高頻電磁波在同軸波導中傳播時,不僅以橫向電磁波(TEM)形式,而且還會建立橫電波(TE)和橫磁波(TM)。GIS內部局(jú)部放電激發(fā)的電磁(cí)場可以從盆式絕緣子處泄(xiè)露出(chū)來,采用外(wài)置天線檢測信號的結構如下圖(tú)所示。
波形及傳感器圖
UHF法的主要優點有:①抗幹擾能力強;②可(kě)以對局部放電源進行定位;③根據所測信號的頻譜,可以區分不(bú)同(tóng)的缺陷類型;④可以進行長期現場監測;⑤靈(líng)敏度可以滿足工程(chéng)要求。

近十年發(fā)展起(qǐ)來的超高頻法是目前(qián)GIS中局部放電在線監測技術中具有很好(hǎo)應用前景的方(fāng)法。UHF法屬(shǔ)電測法,但與常(cháng)規的電測法即(jí)脈衝電流法是不同的(de)。根據GIS中局部放(fàng)電(diàn)的特點,以及UHF法用於GIS絕緣在線監(jiān)測具有明顯的優點,因此這一測(cè)量技術發展很快,己在英國和法國的幾個400kV變電站(zhàn)中取(qǔ)得經驗。德國一些大學對此技術很感興趣,對接收UHF信號的天線進(jìn)行(háng)了理論分析了實(shí)驗研究。瑞士ABB高電壓技術公司在550kV的GIS試驗裝置中對UHF法的適用性與靈敏度進行了研究,並與常規的脈衝電流法作了對比。各國的研究均表明,UHF法用於(yú)GIS絕緣的在(zài)線監測有很好的前景。

UHF法的關鍵技(jì)術是高靈敏度的傳(chuán)感器,從己有的研究來(lái)看,目前,國外普遍(biàn)采用將傳感器(qì)裝設在GIS內部,傳感器為電容式探頭,國內則采用外(wài)部天線,與內部傳(chuán)感器相比外部天線的靈(líng)敏度和抗幹擾(rǎo)能力較差。在采用內置傳感器時,大部分研(yán)究(jiū)者采用(yòng)電容圓板式傳(chuán)感器。

在進行超高頻法檢測GIS局部放電時,超(chāo)高頻法分為寬頻法和窄頻法,寬頻法加前置高(gāo)通濾(lǜ)波器;窄頻法利用頻譜分析儀對所要(yào)研究的頻段進行篩選。它們分別(bié)適用(yòng)於不同的幹(gàn)擾源。如對空氣電暈產生的頻率較低的電磁幹擾隻需加500MHz的高通濾波器,用寬頻法即可完全消除幹擾;對UHF通訊、電視信(xìn)號(hào)由於其具有中心頻率可用窄頻法對其與局部放電信號加以比較後而識別(bié)。

要準確地了解和掌握GIS內缺陷類型性質和特(tè)征,有效的方法是對獲得的局部放電信(xìn)號進行模式識別。研究局(jú)部放電現象與絕緣缺陷之(zhī)間的關(guān)係(xì),是局(jú)部放電模式識別的主要目的。

在不同的測量係統中,將會(huì)構造不(bú)同的局部放電模式用於放電分(fèn)析和絕緣診斷,主要的局部放電模式有:脈衝序列相位分布模式(shì);局部放電相位分布模式,即所謂的中Φ-q-n模式;Δu模式;局部放電時間分布模式,即放電脈衝波形(xíng)模式。

有關局部放電的標準和(hé)規程中對(duì)局部放(fàng)電(diàn)的描述參(cān)數是局部放電量q、放電相位Φ、和(hé)每個周波的放電次數n。人們通常習慣於根據這些參數來判斷局部放電(diàn)的嚴重程度,尤其是局部(bù)放電量。然而,就超高頻傳感而言,檢測信號(hào)的大小不僅和局(jú)部放電的真實放電量有關,還與放電(diàn)源的類型和形狀,超高頻信號的(de)傳播路徑(jìng)等因素有關(guān),因此,簡單地對(duì)檢測(cè)信號的大小進行放電量(liàng)標(biāo)定是無意義的。
   
目前,超高頻傳感下GIS局部放(fàng)電的標定以及嚴(yán)重程度的判斷仍然沒有成熟的(de)方法和規程,有待進一步(bù)研究,為了實現真實可靠的(de)GIS局部(bù)放電在線監(jiān)測,需要積累大量的實驗室試驗數據和現場數據(jù)。這方(fāng)麵有待進(jìn)一步的工作(zuò)。

將GIS局部放電(diàn)各種主要檢測方法進行比較,有以下基本結論:

①傳統的電測法主要適用於實驗室測(cè)量。由於無線電(diàn)幹擾及(jí)外部電暈,測量時(shí)需要對試驗回路采(cǎi)取強有力的屏蔽措施,不適合現場測量;

②化學方法由於太不靈(líng)敏而無法在給定的測試期間內給出結(jié)果,聲學方法、IEC60270推(tuī)薦的方法(fǎ)、超高頻法都有較好的靈敏度。化學方法隻適用於運行過程中定期檢測,但它可幫助確定委托試驗中閃絡(luò)放電發生的位置(zhì);

③聲學方法優點是可在(zài)GIS外部進行測量,適用於委托試驗和周期性試驗。由於其檢測範圍有限,需要大量的傳感器,因此不適合(hé)在線監測;

④IEC60270推薦方法(fǎ)測(cè)量時需要外部耦合電容,不宜應用於運(yùn)行中的GIS;

⑤超(chāo)高頻法抗幹擾(rǎo)能力強,很(hěn)適合GIS在線監測,但(dàn)要獲(huò)得最大靈敏度,傳感(gǎn)器需要(yào)安(ān)裝在GIS內部。超高頻傳感下GIS局部放電的標定以及嚴重程度的判(pàn)斷仍然沒(méi)有成熟的方法和規程,有待進一步研究。

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