特高频局部放电检测关键技术.docx

第三章 特高频局部放电检测技术目 录第1节 特高频局放检测技术概述21.1 发展历程21.2 技术特点41.2.1 技术优势41.2.2 局限性51.2.3 适用范围61.2.4 技术难点61.3 应用情况81.3.1 国外应用情况81.3.2 国内应用情况8第2节 特高频局放检测技术基本原理102.1 特高频局放电磁波信号基本知识102.1 GIS内部电磁波的传播特性102.3 特高频局放检测技术基本原理122.3 特高频局放检测装置组成及原理13第3节 特高频局放检测及诊断方法163.1 检测方法163.1.1 操作流程163.1.2 注意事项183.2 诊断方法193.2.1 诊断流程193.2.2 现场常见干扰及排除方法203.2.3 放电缺陷类型识别与诊断223.2.4 放电源定位253.2.5 局部放电严重程度判定26第4节 典型案例分析274.1 220kV GIS盆式绝缘子内部气隙缺陷检测274.2 110kV电缆-GIS终端绝缘内部气隙缺陷检测294.3 220kV GIS内部刀闸放电缺陷检测34参考文献39第1节 特高频局放检测技术概述1.1 发展历程电力设备内发生局部放电时电流脉冲（上升沿为ns级）能在内部勉励频率高达数GHz电磁波，特高频（Ultra High Frequency，UHF）局部放电检测技术就是通过检测这种电磁波信号实现局部放电检测目。特高频法检测频段高（普通为300M3000MHz），具备抗干扰能力强、检测敏捷度高等长处，可用于电力设备局部放电类缺陷检测、定位和故障类型辨认覃剑. 特高频在电力设备局部放电在线监测中应用J. 电网技术. 1997，21(6)：33-36.。特高频法过去曾被称为“超高频法”。但是按照中华人民共和国无线电频率划分规定，300MHz3000MHz频带划分为特高频，因而该检测办法正式名称为特高频法。特高频局部放电检测技术是20世纪80年代初期由英国中央电力局（Central Electricity Generating Board，CEGB）一方面提出来，该办法由Scottish Power于1986年最先引进并应用于英国Torness 420kVGIS设备上B.M. Pryor. A review of partial discharge monitoring in gas insulated substationsC. IEE Colloquium on Partial Discharges in Gas Insulated Substations：1994.。Torness电站近年运营经验验证了该办法可行性，并得到了人们承认。随后UHF法也被用于变压器等其她电力设备局部放电检测中。通过三十余年发展，该办法逐渐成熟，有关技术原则也相继形成。期间英国Strathclyde大学、德国Stuttgart大学、荷兰Delft大学和日本Nagoya大学研究工作最为突出钱勇，黄成军，江秀臣，等. 基于特高频法GIS局部放电在线监测研究现状及展望J. 电网技术. (1)：40-43.。此外，英国Rolls Royce工业电力集团、QualitrolDMS，德国Siemens AG、Doble-Lemke，瑞士ABB，荷兰KEMA，法国ALSTOM T&D，日本Kyushu Institute of Technology、东京电力、三菱、东芝、日立、AEPower Systems，韩国Power System Diagnosis Tech、HYOSUNGCorporation，澳大利亚New South Wales大学、Powerlink Queensland Ltd作了大量基本理论研究与技术开发工作。自20世纪90年代末以来，国内西安交通大学、清华大学、重庆大学、华北电力大学、上海交通大学等高校和公司也开展了大量研究和推广工作，获得了一定研究成果。基本从以来，UHF局放检测技术在国家电网公司、南方电网公司等国内电力公司得到了广泛应用，特别是在气体绝缘金属封闭开关设备（Gas Insulation Switchgear，GIS）绝缘缺陷检测中发挥了重要作用。20世纪90年代，由Judd和Hampton等人对局放电磁波勉励特性及其传播特性做了研究，对电磁波表达式进行了推导分析。此外，还提出采用分析电磁场有限时域差分(FDTD)办法对GIS 局放勉励特性进行仿真分析。德国Stuttgart大学Kurrer和Feser等研究人员采用脉冲电流法、超声波法和UHF法对GIS中局放进行检测研究，对电磁波在GIS腔体内传播衰减状况进行了研究。日本大阪大学Kawada和东京电力公司Okabe等人对GIS内电磁波勉励和传播特性以及采用UHF办法对其进行检测做了诸多细致仿真和研究工作。荷兰Delft理工大学Gulski和Meijer等学者采用并对比了脉冲电流法、UHF窄带以及宽带法检测局放成果，指出可以通过度析检测到局放信号，对GIS设备进行风险评估。上世纪90年代以来，以英国DMS公司为代表特高频局放检测仪器制造公司成功研制了便携式检测装置，并得到了广泛应用。国内某些仪器制造公司于以来将该技术引入国内，开始研制、开发特高频局放检测装置，并投入商业运营，但整体性能尚不及国外水平。上海交通大学智能输配电研究所江秀臣、钱勇等学者系统进一步地研究了GIS设备局放基本特性，并结合新型传感器技术和数字信号解决技术，开发出基于UHF和超声传感器局放在线检测、定位和故障诊断设备。通过大量模仿实验和现场检测，收集了大量现场数据，积累了丰富局部放电检测经验，在局部放电定位、局放脉冲提取、放电类型辨认以及放电量预计方面逐渐形成了自己独特经验和知识，并获得了良好使用效果黄成军，郁惟镛. 基于小波分解自适应滤波算法在抑制局部放电窄带周期干扰中应用 J. 中华人民共和国电机工程学报，23(1)：107-111.-肖燕，黄成军，江秀臣等. 波形匹配追踪算法在多局放脉冲提取中应用J. 中华人民共和国电机工程学报，25(11)：157-162.钱勇，黄成军，江秀臣等. 多小波消噪算法在局部放电检测中应用J. 中华人民共和国电机工程学报，27(6)：89-95.HuijuanHou，Gehao Sheng，Xiuchen Jiang，et al. Robust Time Delay Estimation Method for Locating UHF Signals of Partial Discharge in Substation J. IEEE Trans. on Power Delivery，28(3)：1960-1968.。西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室邱毓昌和王建生等人对特高频传感器进行了研究，并采用网络分析仪对其频率响应特性进行测量，具备良好频率响应特性，实测带宽可达3GHz。研制了GIS局放特高频检测系统装置，并在实验室GIS内模仿故障缺陷，通过对特高频局放测量系统进行实验，表白检测效果良好王建生，邱毓昌. 气体绝缘开关设备中局部放电在线监测技术J. 电工电能新技术，19(4)：44-48.。清华大学电机系刘卫东、钱家骊等学者从1986年获得机械工业部七五公关项目GIS内部故障检测开始，进行了GIS局放监测和诊断技术研究。1994年，最早提出了基于体外特高频传感GIS局放在线监测办法，并于1995年开发出应用装置，至今已在国内外数十家电力公司和电力设备制造公司得到应用，多次发现了放电并进行了定位刘卫东，钱家骊，黄瑜珑. GIS局部放电特高频(UHF)在线检测定位装置J. 华通技术，(2)：18-21.,钱家骊，刘卫东，金立军. GIS局部放电监测诊断技术研究J. 华通技术，(1)：19-22.。但该装置对采集放电信号如何进行分析解决，进而进行模式分类判断问题，尚无法给出定论。华北电力大学高电压与电磁兼容实验室李成榕等学者对UHF传感器进行了研究，在实验室设计了用于模仿GIS内部局放各种绝缘缺陷模型并进行局放检测实验。采用FDTD法对GIS 局放传播特性进行了分析，开发出一系列在线监测装置，既可以对GIS进行在线监测，也能固定安装进行长期监测，并可实现对局部放电源定位李信，李成榕，李亚莎,等. 有限时域差分法对GIS局部放电传播分析J. 中华人民共和国电机工程学报，25(17)：150-155.。重庆大学高电压与电工新技术教诲部重点实验室孙才新、唐炬等学者对UHF传感器模型和性能做了大量研究，研制了圆板和圆环两种内置传感器以及用于局放在线监测高频微电流传感器，分析了它们频率响应特性以及输入输出特性。研制出一套GIS 局放在线监测装置，已成功运营于某220kVGIS变电站唐炬，许高峰，孙才新,等 GIS局部放电两种内置传感器响应特性分析J. 高电压技术，29(2)：29-31.。UHF局放检测技术下一步研究与应用工作重要环绕如下几种方面展开：（1）对新型UHF传感器研究。鉴于国内大量初期设计制造GIS无法安装内置传感器，敏捷度高、抗干扰性能好外置传感器尚有待进一步研究。（2）对UHF信号在GIS内外传播特性研究。鉴于GIS构造及UHF信号传播模式复杂性，研究GIS内部和外部UHF信号传播特性对于完善UHF监测系统具备重要意义。（3）对局放源辨认和定位新办法研究。应注意选取最优神经网络构造，由于局放信号分散性，分形分析等新技术可用于辨认局放源；鉴于常规时间差定位法对传感器及分析仪器高规定，研究简捷定位技术也是当务之急。（4）对UHF检测装置研究与开发。当前国内UHF检测办法核心核心技术依然整体落后于国外，特别是落后于以英国、韩国等为代表检测仪器制造水平。这就需要尽快集中华人民共和国内技术优势，研究和开发具备国际领先水平UHF检测装置。1.2 技术特点1.2.1 技术优势当前局部放电检测手段重要有脉冲电流法、特高频法、超声波法、化学法以及光学法。脉冲电流法是局部放电最成熟可靠检测办法，敏捷度高，可定量分析，但是其缺陷是不能定位，且不能用于运营中设备；化学法是运用放电使绝缘介质发生分解，通过检测这些分解产物含量来判断与否存在放电及放电量大小，涉及充油设备中成熟应用气相色谱法，以及SF6开关设备中气体分解产物法。但是SF6分解产物法由于SF6气体自身复合力强，且气室内有吸附剂存在，以及GIS设备中往往各种气室互通等因素存在，敏捷度较低。光学法需安装各种传感器，不能用于设备内部放电检测。特高频法具备如下技术特点：（1）检测敏捷度高。局部放电产生特高频电磁波信号在GIS中传播时衰减较小，如果不计绝缘子等处影响，1GHz特高频电磁波信号在GIS直线筒中衰减仅为35dB/km。并且由于电磁波在GIS中绝缘子等不持续处反射，还会在GIS腔体中引起谐振，使局部放电信号振荡时间加长，便于检测。因而，特高频法能具备很高敏捷度。此外，与超声波检测法相比，其检测有效范畴要大得多，实当前线监测需要传感器数目较少。（2）现场抗低频电晕干扰能力较强。由于电力设备运营现场存在着大量电磁干扰，给局部放电检测带来了一定难度。高压线路与设备在空气中电晕放电干扰是现场最为常用干扰，其放电产生电磁波频率重要在200MHz如下。特高频法检测频段普通为300M3000MHz，有效避开了现场电晕等干扰，因而具备较强抗干扰能力。（3）可实现局部放电源定位。局部放电产生电磁波信号在气体中传播近似为光速，其到达各特高频传感器时间与其传播距离直接有关，因而，可依照特高频电磁波信号到达不同传感器时间先后，判断信号源方向，或运用电磁波到达气室两侧两个传感器时间差以及两个传感器之间距离，计算出局部放电源详细位置，实现绝缘缺陷定位。为GIS等设备维修筹划制定、提高检修工作效率提供了有力支持。（4）利于绝缘缺陷类型辨认。不同类型绝缘缺陷局部放电所产生特高频信号脉冲幅值、数量、相位分布、频谱不同，具备不同谱图特性，可依照这些特点判断绝缘缺陷类型，实现绝缘缺陷类型诊断。1.2.2 局限性同步，UHF局放检测技术也具备一定局限性，重要体当前如下几种方面：（1）容易受到环境中特高频电磁干扰影响。由于UHF局放检测技术检测频率范畴为300M3000MHz，在如此宽频带范畴内也许存在手机信号、雷达信号、电机碳刷火花干扰等环境电磁干扰信号，在超高压敞开式变电站内也存在着较强电磁干扰信号。这些干扰信号也许会导致对UHF检测干扰，从而影响到检测精确性。（2）外置式传感器对全金属封闭电力设备无法实行检测。对带金属法兰屏蔽环GIS、全金属封闭变压器等电力设备，内部局部放电激发电磁波无法传播出来，也就无法应用外置式UHF检测技术实行检测，特别是对已经运营该存量设备特别如此。（3）尚未实现缺陷劣化限度量化描述。当前国内外尚没有该检测技术、检测装置技术原则，同步受到电磁波信号传播途径、缺陷放电类型差别等因素影响，虽然其检测信号幅值与缺陷劣化限度在趋势上基本具备一致性，但尚不能实现与脉冲电流法类似缺陷劣化限度精确量化描述。1.2.3 合用范畴UHF法合用范畴重要取决于该技术办法检测原理，即只有电力设备内部局放激发电磁波可以传播出来并被检测到，该办法即可用。UHF法在各种电力设备现场应用中，以GIS中局部放电检测效果最佳，当前已是国际上对GIS设备普遍采用状态检测技术，可以达到相称于几种pC检测敏捷度。当前特高频法现场应用较多有在线监测，也有带电检测，检测设备对象涉及GIS、变压器、电缆附件、开关柜等，多数采用外置式传感器检测。而内置式传感器检测重要用于GIS、电力变压器等核心设备。采用预先设立内置式传感器实现电力设备状态检测，可灵活进行带电检测，也可构成在线监测系统，必将成为一种趋势。在国家电网公司修订十八项电网重大反事故办法中，明确规定了新建220kV以上GIS设备应内置特高频传感器。1.2.4 技术难点UHF法自身具备检测敏捷度高、现场抗干扰能力强、可实现局部放电在线定位和利于绝缘缺陷类型辨认等长处。与此同步，UHF法在实际应用过程中依然有某些问题未得到解决，技术难点重要体当前如下几种方面。（1）UHF传感器技术。这是UHF局部放电检测技术核心，按其安装位置可分为内置传感器和外置传感器。外置式传感器使用和维护以便，尺寸和机械性能规定较低，成本低，能用于无法或难以安装内置传感器老式电力设备。但由于电磁信号衰减，以及传感器直接暴露在外界空间中受到电磁干扰，外置式传感器敏捷度相对较低、抗干扰能力相对较弱。相比较下，内置式传感器敏捷度高、抗干扰能力强，但是制作和安装成本也更高，普通在设备生产时直接安装在内部。内置式传感器构造不但和敏捷度关于，还受到工作环境和安装方式影响。适当内置式传感器应当在不影响电力设备构造和内部场强分布前提下，实现带宽为300M3000MHz局部放电信号检测，并具备足够敏捷度和抗干扰能力 M.D. Judd，L. Yang，I. Hunter. Partial discharge monitoring for power transformers using UHF sensors Part 1：Sensors and signal interpretationJ. IEEE Electrical Insulation Magazine. ，21(2)：5-14.。（2） 抗干扰和放电源定位问题。干扰信号排除和放电源定位往往是同步进行。实际检测中需要综合应用时差法、幅值比较法、方向性、三维定位法、特性谱图辨认等办法进行分析，实现抗干扰和放电源定位目。由于干扰种类是多样，体现出特性也不同，找出一种有效办法来抑制所有干扰是很难，因而需要针对不同干扰源，采用不同办法，综合运用，达到抗干扰目。现场干扰依照其时域特性不同，可分为白噪声干扰、窄带周期性干扰和脉冲型干扰三类，而脉冲型干扰又可进一步分为周期型脉冲干扰和随机脉冲干扰。应用UHF办法来采集局部放电信号对某些频率较低干扰信号可以直接避免，有也许采集到干扰信号源及其频率重要有如下几种 胡明友，谢恒堃，蒋雄伟，等. 基于小波变换抑制局部放电监测中平稳性干扰滤波器研究J. 中华人民共和国电机工程学报，20(1)：37-40.- X. Ma，C. Zhou，I. J. Kemp. Interpretaion of Wavelet Analysis and Its Application in Partial Discharge Detection J. IEEE Trans. on Dielectrics and Electrical Insulation，9(3)：446-457. 黄成军，郁惟镛. 基于小波分解自适应滤波算法在抑制局部放电窄带周期干扰中应用 J. 中华人民共和国电机工程学报，23(1)：107-111.：手机干扰：窄带周期性干扰，频率为900MHz或1.8GHz等；白噪声：涉及各种随机噪声，如热噪声、地网噪声、配电线路以及继电保护信号线路中由于耦合而进入各种噪声等。干扰抑制普通从干扰源、干扰途径、信号后解决三方面来考虑。直接消除干扰源或切断相应干扰途径是解决干扰问题最有效、最主线办法。例如对于因系统设计不当引起各种噪音，可以通过改进系统构造、合理设计电路、增强屏蔽等加以消除；提供一点接地，保证测试回路各某些良好连接，可以消除接触不良带来干扰；清除现场孤立导体，可以消除浮动电位物体带来干扰；通过电源滤波可以抑制电源带来干扰；屏蔽测试仪器，可以抑制因空间耦合导致干扰。但这些规定详细分析干扰源和干扰途径，而现场普通不容许变化原有设备运营方式，因而在这两方面所能采用办法总是很有限。而对于经电流传感器耦合进入监测系统各种干扰，则需要通过各种信号解决技术加以抑制。（3） 缺陷类型诊断和劣化限度评估问题。不同绝缘缺陷所体现出来局放特性并不相似，对GIS损害限度也不同，要精确理解和掌握缺陷类型性质和特性，最有效办法是对获得局放信号进行模式辨认研究周倩，唐炬，唐铭，et al. GIS内4种典型缺陷局部放电特高频数学模型构建J. 中华人民共和国电机工程学报，26(8)：99-105.-成永红，谢小军，陈玉，et al. 气体绝缘系统中典型缺陷超宽频带放电信号分形分析J. 中华人民共和国电机工程学报，24(8)：99-102.段大鹏. 基于UHF办法GIS局部放电检测与仿生模式辨认D. 博士学位论文，上海交通大学 .。然而，由于现场存在各种各样干扰，对采集局放信号一方面要进行降噪工作，另一方面局放信号自身所包括信息与缺陷类型之间关系尚未完全清晰。如何从检测到局部放电信号中判断局部放电类型以及GIS绝缘状况是该技术难点之一。1.3 应用状况1.3.1 国外应用状况UHF检测技术于20世纪80年代由英国提出，由于其检测敏捷度高、抗干扰能力较强特点，逐渐被各国电网公司承认。当前已在英国、韩国、新加坡、香港等30各种国家和地区广泛应用，积累了30近年现场应用经验。在对UHF检测技术进行大量研究工作基本之上，国外某些研究机构和设备厂商陆续开展了基于UHF技术局放检测设备研制，应用于现场检测并获得了某些现场运营经验。如：英国DMS公司于1993年开发出世界上第一套基于UHF检测技术局放在线监测系统，该系统通过计算不同检测点收到局放信号时间差，可以实现对局放源定位B.F. Hampton，J.S. Pearson. UHF diagnostics for gas insulated substationsJ. Monitoring Technologies for Plant Insulation，IEE Colloquium on，1994，3/1-3/3.；荷兰Delft理工大学Meijer和Smit等学者开发了一套基于UHF技术便携式多目的GIS局放在线检测系统并投入运营；瑞士Zurich大学Neuhold开发出一套结合宽带和窄带多通道、实时响应GIS 局放测量系统，每个测量通道涉及一种低噪声宽带传感器，带有自动高压暂态保护，可以用于实验室实验和现场GIS长期监测，装置能初步实现对故障源监测、定位和辨认；韩国HYOSUNG Corporation公司开发了一套基于UHF智能局部放电监测系统(Intelligent Partial Discharge Monitoring，iPDM)，用于监测25.8kV GIS。该系统运用时频变换进行信号降噪，运用人工神经网络诊断系统可以对的诊断局放因素，给出pC-dBm标定关系以及风险评估成果；日本AE Power System Corporation公司开发了基于UHF技术GIS局放检测系统。该系统对比不同类型内置传感器检测效果，采用神经网络对故障缺陷进行模式辨认，并给出了系统现场运营经验；日本Hitachi Engineering & Services公司开发出一套便携式GIS局放检测系统。该系统具备较高检测敏捷度，采用神经网络理论用于缺陷类型辨认以及可以对放电源进行定位；德国Siemens AG公司Huecker等人开发了一套基于UHF技术GIS局放检测系统。每套系统带有3个检测单元，每个单元可接9路UHF传感器，单元之间采用以太网通信，后台专家系统带有诊断功能，可以给出缺陷类型。1.3.2 国内应用状况特高频法在各种电力设备现场应用中，以GIS中局部放电检测效果最佳，当前已是国际上对GIS设备普遍采用状态检测技术，可以达到相称于几种pC检测敏捷度。初，UHF局放检测技术开始引入国内。起，通过与新加坡新能源电网公司进行同业对标，以北京、上海、天津为代表一批国内电网公司率先引进UHF局放检测技术，开呈现场检测应用，并成功发现了多起GIS内部局部放电案例，为该技术推广应用积累了宝贵经验。UHF局放检测技术在北京奥运会、上海世博会、广州亚运会等大型活动保电工作中发挥了重要作用。国际电工委员会（IEC）TC42下属工作组正在致力于有关原则IEC 62478制定工作，国内相应原则制定也正在进行中。在国家电网公司修订十八项电网重大反事故办法中，明确规定了新建220kV以上GIS设备应内置特高频传感器。国家电网公司在引入、推广UHF局放检测技术方面做了大量卓有成效工作。，在充分总结某些省市电力公司试点应用经验基本上，结合状态检修工作进一步开展，国网电网公司颁布了电力设备带电检测技术规范（试行）和电力设备带电检测仪器配备原则（试行），初次在国网电网公司范畴内统一了UHF局放检测判据、周期和仪器配备原则，UHF局放检测技术在国网电网公司范畴全面推广。8月至2月国家电网公司组织开展了特高频局放检测装置等带电检测仪器性能检测工作，初次对国内市场上25款特高频带电检测仪器进行了综合性能检测工作，对规范和引导国内仪器开发和制造技术领域起到了积极推动作用。，国网电网公司修订了输变电设备状态检修实验规程，正式将UHF局放检测技术列为开关柜设备常规带电检测实验项目之一；同年年终，为进一步规范仪器选型，指引现场检测应用，国网电网公司颁布了特高频局部放电检测仪技术规范和GIS特高频局部放电带电测试技术现场应用导则，初步建立起完整UHF局放检测技术原则体系。自以来，国家电网公司先后举办了20余期电力设备状态检测技术及技能培训工作，共培训技术与技能人员3000余人，其中也涉及特高频局放检测技术，为该技术推广应用打下了广泛人员基本。第2节 特高频局放检测技术基本原理2.1 特高频局放电磁波信号基本知识GIS中局部放电流脉冲具备极陡上升沿，其上升时间为ns级，激发起高达数GHz电磁波，在GIS腔体构成同轴构造中传播。由于GIS 同轴构造，使得电磁波不但以横向电磁波（即Transverse Electromagnetic-TEM 波）传播，并且会建立高次模波，即横向电波（Transverse Electric-TE）和横向磁波（Transverse Magnetic-TM）。TEM波为非色散波，它可以任何频率在GIS中传播，但当频率100MHz时，沿传播方向衰减不久；TE和TM波则不同，它们具备各自截止频率。与GIS尺寸关于，GIS截面积愈大，愈低。若信号频率时，信号则基本上可无损耗地传播。同步GIS母线连接腔在UHF波段可视为同轴谐振腔，电磁波谐振持续时间普通在数十us级，最长可在10ms以上。GIS内部有高压导体、接头、屏蔽、盆式绝缘子等部件，其构造有直筒、L型分支、T型分支，再加上PD发生位置各不相似。因而，GIS中电磁波传播与谐振模式非常复杂。2.1 GIS内部电磁波传播特性UHF法检测对象是局部放电产生电磁波信号。但由于受GIS构造影响，局部放电勉励电磁波信号在GIS中传播到UHF传感器时信号波形与幅值等参数发生变化，从而增长了运用检测到信号对局部放电源信号进行评估复杂性。因而，研究局部放电电磁波信号在GIS中传播特性对UHF法具备非常重要意义。GIS是同轴传播线，信号传播特性取决于频率。对工频可用电气集中参数来等值；瞬态信号时应视为分布参数传播线；而对微波则应看作同轴波导。依照分析，局部放电信号在GIS同轴构造中不但以横向电磁波(TEM)方式传播，并且会建立高次模波即横向电波(TE)和横向磁波(TM)。此外，由于GIS中存在支撑绝缘子，导致其特性阻抗及波阻抗不持续，使高频波在其中多次折反射，每节GIS及每个连接腔可视为微波同轴谐振腔，使局部放电波形十分复杂。当GIS内部存在局放现象时，所产生UHF电磁波可以沿着GIS管体向远处传播。由于GIS管体构造类似于波导，UHF电磁波在传播时衰减比较小，因而可以传播到较远距离，通过在GIS体外盆式绝缘子处安放天线，则可以检测到GIS设备内部UHF局部放电信号。但是GIS波导壁为非抱负导体，电磁波在GIS内部传播过程中会有功率损耗，因而电磁波振幅将沿传播方向逐渐衰减。并且GIS中SF6气体将会引起波导体积中介质损耗，也会导致波衰减，这种衰减比信号在绝缘子处由于反射导致能量损耗低得多，普通在进行测量时可不考虑这种衰减。GIS有许多法兰连接盆式绝缘子、拐弯构造和T型接头、隔离开关及断路器等不持续点，特高频信号在GIS内传播过程中通过这些构造时，必然导致衰减，研究表白，绝缘子和接头处反射是导致信号能量损失重要因素，绝缘子处衰减23dB，T型接头衰减约为810dB。（1）电磁波在同轴波导中传播时，TEM波分量衰减很小，波形基本不变，传播速度为0.3m/ns。而高次模波色散效应使得局部放电电磁波信号幅值减少较大且波形发生变化，但对能量传播影响很小。（2）电磁波信号通过单个绝缘子时，绝缘子对信号衰减较大，信号中700MHz如下分量衰减较小，700MHz以上其衰减有随频率升高而增大趋势。而由绝缘子泄露电磁波信号衰减更为严重，特别是1.1GHz如下分量严重衰减，相称于高通滤波器作用。（3）电磁波信号通过GIS各不持续部件时衰减特性仿真分析成果如表3.1所示。表3-1 电磁波信号通过GIS中各部件后衰减特性部件参数电磁波通过各种绝缘子衰减电磁波通过L分支后衰减电磁波通过T分支后衰减第一种绝缘子第二个绝缘子第三个绝缘子直线某些垂直某些信号幅值7.1dB3.2dB2.6dB8.0dB6.9dB10.5dB400MHz低通滤波信号幅值1.5dB1.4dB1.6dB0.9dB3.9dB4.9dB信号能量16.9dB6.6dB8.5dB25.1dB14.9dB19.1dB（4）各种绝缘子：局部放电勉励电磁波信号通过第一种绝缘子时由于色散效应、反射及泄漏等影响，衰减较大，达7.9dB。而后电磁波信号通过背面绝缘子是衰减变得较小。通过6个绝缘子后信号与发生局部放电气室中信号相比只有其10%，即衰减达20dB。2.3 特高频局放检测技术基本原理局部放电检测特高频法基本原理是通过特高频传感器对电力设备中局部放电时产生特高频电磁波（300M3000MHz）信号进行检测，从而获得局部放电有关信息，实现局部放电监测。特高频法正是基于电磁波在GIS中传播特点而发展起来。它最大长处是可有效地抑制背景噪声，如空气电晕等产生电磁干扰频率普通均较低，可用宽频法UHF对其进行有效抑制；而对特高频通信、广播电视信号，由于其有固定中心频率，因而可用窄频法UHF将其与局部放电信号加以区别。此外，如果GIS中传感器分布合理，那么还可通过不同位置测到局部放电信号时延差来对局部放电源进行定位。图3-1 SF6正极性放电脉冲电流波形图3-2 特高频检测法基本原理GIS中局部放电产生持续时间仅为ns级脉冲电流。例如当高压导体上有针状突出物时，因SF6气体中负离子释放电子而不需要依托场致发射电子，普通会发生脉冲放电，典型波形如图3-1所示，其等值频率可1GHz，属于特高频微波波段。依照现场设备状况不同，可以采用内置式特高频传感器和外置式特高频传感器，如图3-2所示为特高频检测法基本原理示意图。当电力设备内部绝缘缺陷发生局部放电时，激发出电磁波会透过环氧材料等非金属部件传播出来，便可通过外置式UHF传感器进行检测。同理，若采用内置式UHF传感器则可直接从设备内部检测局放激发出来电磁波信号。2.3 特高频局放检测装置构成及原理特高频局部放电检测装置普通由特高频传感器，信号放大器、检测仪主机及分析诊断单元构成，其构成框图见图3-3。特高频传感器负责接受电磁波信号，并将其转变为电压信号，再通过信号调理与放大，由检测仪主机完毕信号A/D转换、采集及数据解决工作。然后将预解决过数据通过网线或USB数据线传送至分析诊断单元，普通为笔记本电脑。电脑上分析诊断软件将数据进行PRPS（Phase Resolved Pulse Sequence）、PRPD(Phase Resolved Partial Discharge）谱图实时显示，并可依照设定条件进行存储，同步可运用谱图库对存储数字信号进行分析诊断，给出局部放电缺陷类型诊断成果。此外，应用高速法波器还可以实现局部放电源定位功能。图3-3 特高频局放测试仪构成示意图依照检测频带不同可分又为窄带和宽带监测方式。UHF宽带监测系统运用前置高通滤波器测取300M3000MHz频率范畴内信号；UHF窄带监测系统则运用频谱分析仪对特定频段信号进行监测，通过选取适当中心频率可以有效提高系统抗干扰能力。特高频局放检测装置普通由下列几某些构成：（1）特高频传感器：也称为耦合器，用于传感300M3000MHz特高频无线电信号，其重要由天线、高通滤波器、放大器、耦合器和屏蔽外壳构成，天线所在面为环氧树脂用于接受放电信号，其他某些采用金属材料屏蔽，以防止外部信号干扰。特高频传感器检测敏捷度惯用等效高度H来表征，单位为mm，其计算办法为H=U/E，其中U为传感器输出电压，单位为V；E为被测电场，单位为V/mm。（2）信号放大器（可选）：普通为宽带带通放大器，用于传感器输出电压信号解决和放大。普通信号放大器性能用幅频特性曲线表征，普通状况下在其通带范畴内放大倍数为17dB以上。（3）检测仪器主机：接受、解决耦合器采集到特高频局部放电信号；对于电压同步信号获取方式，普通采用主机电源同步、外电源同步以及仪器内部自同步三种方式，获得与被测设备所施电压同步正弦电压信号，用于特性谱图显示与诊断使用。（4）分析主机（笔记本电脑）：安装专门局放数据解决及分析诊断软件，对采集数据进行解决，辨认放电类型，判断放电强度；（5）数据解决方式。由于放电类型分析普通是由局放信号峰值和时域工频相位所决定。为了获得特高频信号峰值，采集装置需要很高采样率，并且需要记录大量数据，但是巨大信息量难以实时解决，而运用检波器可以较好解决这个问题。它从高频载波信号中取出低频调制信号，将特高频成分滤除，而仅保存信号幅值和相位信息，这就大大减少了数据量，实现了放电类型分析。但是检波后波形发生了变化，无法依照检波信号运用时差法进行定位，因而，检波器普通都装在特高频局部放电分析仪主机内部，而不装在传感器内部。而有放大器具备两路信号输出功能，即未经检波器解决原始信号以及检波器输出信号。（6）特性谱图表征方式。特高频信号显示除基本时域波形信号分析外，惯用有PRPS和PRPD两种分析谱图。PRPS即脉冲序列相位分布谱图（Phase Resolved Pulse Sequence），它是一种实时三维图，普通状况下x轴表达相位，y轴表达信号周期数量，z轴表达信号强度或幅值。PRPS谱图是UHF法局部放电类型辨认最重要分析谱图，见图3-4所示。图3-4 PRPS分析谱图PRPD谱图是指局部放电相位分布谱图(Phase Resolved Partial Discharge）,也是一种广泛应用局部放电分析谱图。它是一种平面点分布图，点横坐标为相位，纵坐标为幅值，点累积颜色深度表达此处放电脉冲密度，依照点分布状况可判断信号重要集中相位、幅值及放电次数状况，并依照点分布特性来对放电类型进行判断。PRPD谱图也是UHF法局部放电类型辨认惯用分析谱图，见图3-5所示。图3-5 PRPD分析谱图第3节 特高频局放检测及诊断办法3.1 检测办法3.1.1 操作流程1、准备工作开始局部放电特高频检测前，应准备好下列仪器、工具：（1）分机主机；用于局部放电信号采集、分析解决、诊断与显示。（2）特高频传感器；用于耦合特高频局放信号。（3）信号放大器：当测得信号较薄弱时，为便于观测和判断，需接入信号放大器。（4）特高频信号线：连接传感器和信号放大器或检测主机。（5）工作电源：220V工作电源，为检测仪器主机，信号放大器和笔记本电脑供电。（6）接地线；用于仪器外壳接地，保护检测人员及设备安全。（7）绑带；需要长时间监测时，用于将传感器固定在待测设备外部。（8）网线：用于检测仪器主机和笔记本电脑通信（9）记录纸、笔；用于记录检测数据。2、检测接线在采用特高频法检测局部放电过程中，应按照所使用特高频局放检测仪操作阐明，连接好传感器、信号放大器、检测仪器主机等各部件，通过绑带（或人工）将传感器固定在盆式绝缘子上，必要状况下，可以接入信号放大器。详细连接示意图如图3-7所示。图3-7 特高频局放检测仪连接示意图GIS内部局部放电产生特高频信号在GIS腔体内以横向电磁波方式传播，只有在GIS壳金属非持续部位才干泄漏出来。在GIS上只有无金属屏蔽绝缘子、金属屏蔽上浇注口、GIS观测窗、接地开关外露绝缘件、内置式CT或PT二次接线盒等部位才干测量到信号，特高频传感器需安顿在这些部位。检测过程中，应注意传感器应与盆式绝缘子紧密接触，且应放置于两根禁锢盆式绝缘子螺栓中间，以减少螺栓对内部电磁波屏蔽以及传感器与螺栓产生外部静电干扰；在测量时应尽量保证传感器与盆式绝缘子接触，不要由于传感器移动引起信号而干扰对的判断。3、详细操作流程在采用特高频法检测局部放电时，典型操作流程如下：（1）设备连接：按照设备接线图连接测试仪各部件，将传感器固定在盆式绝缘