高压开关学习资料.pptx

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,Xian Jiaotong University,-,#,-,西安交通大学,高电压技术教研室 丁卫东,GIS,装置及其绝缘技术,GIS,装置及其绝缘技术,2007,年,10,月,1,日,第八章,GIS设备的故障诊断,内容,GIS,设备的可靠性,GIS,设备的故障,GIS,设备故障诊断,巡检,直流电阻测量,SF,6,气体检测,机械性能检测,温度检测,局部放电检测,GIS设备的可靠性,GIS,的可靠性相当高，一般被称为,免维护设备,，随着技术的发展，其平均无故障时间提高到,400-1000,年,/,间隔。,采用耐电强度非常高的,SF,6,作为绝缘和灭弧介质,高压导体全部在金属封闭外壳之内，不受外界气候和污染的影响,SF,6,基本不发生老化,现代电力系统对,GIS,可靠性的要求：,在电气时代和信息时代，供电可靠性要求越来越高,GIS,在电力系统中占有一个很重要的位置,投资削减造成的延长,GIS,寿命的要求,GIS,系统真的不需要维护吗？,不！,合适的,GIS,故障监测技术,GIS设备的可靠性,持续的监督可以,提高设备的可靠性,，延长设备寿命,TBM,及,CBM,的概念,Time based maintenance,Condition based Maintenance,(TBM),(CBM),GIS设备的故障,根据,CIGRE,的第二次,GIS,调查结果,被调查,GIS,的平均投运时间为,9,年，只有,8.4%,的,GIS,运行超过,20,年,全球平均,GIS,故障率为,0.75,次,/100,间隔,年,大约,87%,的,GIS,从未发生故障，约,7%,发生过,1,次故障,大约,20%,的故障发生在投运后,1,年之内,断路器、母线和隔离开关是最容易出问题的部分,现存,GIS,的预期寿命大约为,30-40,年，新安装的,GIS,的寿命预期为,30-50,年,GIS,的年漏气率一般小于,0.5%,GIS设备的故障,GIS,绝缘事故的数量及绝缘事故的比例,全球平均,GIS,故障率为,0.75,次,/100,间隔,年,电压等级越高，问题越严重,GIS设备的故障,GIS,事故原因统计,绝缘故障、机械故障等,，其中,绝缘故障超过,50%,GIS设备的故障,GIS,事故的具体原因,GIS设备故障诊断,主要的故障检测方法,巡检,直流电阻测量,SF,6,气体检测,机械性能检测,温度检测,局部放电检测,GIS设备故障诊断,巡检,断路器、隔离开关、接地隔离开关以及快速接地隔离开关的位置指示器、闭锁位置是否正常,隔离开关、接地隔离开关从窥视孔中检查其触头接触是否正常,断路器、避雷器的指示动作次数是否正常,密度计、压力表的指示值是否正常,在,GIS,设备附近有无异味、异声,设备有没有漏气、漏油的现象,所有阀门的开、闭位置是否正常,各种指示灯、信号灯的指示是否正常、加热器是否按规定投入或切除,保险丝、熔断器的指示是否正常,有无发热现象，金属外壳的温度是否超过规定,可见的绝缘件，有没有老化，剥落，有裂纹的现象,所有照明、通风设备、防火器具是否完好,所有设备是否清洁，齐整，标志完善,GIS设备故障诊断,直流电阻测量,安装完成之后要测量直流电阻，测量值与制造厂商提供的值进行比较,作为故障诊断的手段之一，也可以测量直流电阻，测量直流电阻可以检测到导体接触不良,GIS设备故障诊断,SF,6,气体检测,密度,/,压力检测,泄漏检查,水分含量检测,分解物浓度检测,GIS设备故障诊断,密度,/,压力检测,气体的密度,、气体的压力,p,、温度,T,三者满足如下的方程：,实质上是一个带温度补偿的压力表,GIS设备故障诊断,泄漏检查：密封圈的老化是,GIS,寿命的一个薄弱环节,泄漏率测算：,扣罩法,吊瓶法,局部包扎法,压力降法,GIS设备故障诊断,SF,6,气体泄漏检测仪：,SF,6,的高耐电强度,SF,6,的高红外吸收能力,电离腔里的气体很稀薄很容易发生电离。当电离腔内不含,SF,6,时，由于气体电离，振荡回路的,Q,值下降，振荡幅值降低；而当电离腔内的含有,SF,6,时，大量的电子被,SF,6,气体分子所俘获，降低了电离程度，振荡器的振幅亦将回升。测量振荡器的振幅，即可知道被试气体中,SF,6,的浓度。,GIS设备故障诊断,AC high voltage,随着,SF,6,气体的泄漏，电极的击穿电压极大提高，通过检测击穿电压的变化监测,SF,6,气体的泄漏。,气压的变化,大气湿度的变化,灰尘,GIS设备故障诊断,参考资料来自,NIST,的数据库，其中,SF,6,的浓度未知,SF,6,的吸光度,不透明领域,SF,6,气体泄漏激光成像系统,GIS设备故障诊断,GIS设备故障诊断,GIS设备故障诊断,GIS设备故障诊断,GIS设备故障诊断,水分含量检测：,重量法,电解法,阻容法,露点法,GB8905-88,；,SD305,-,89,；,SD306,-,89,；,DL506-92,；,重量法原理：,用恒重的无水高氯酸镁吸收一定体积六氟化硫气体中的水分，并测定其增加的 重量。由此计算六氟化硫气体的含水量。,操作起来比较复杂，但是最可靠的方法,GIS设备故障诊断,电解法：,让含水气体通过一个电解池，电解池内装有两个铑电极，极间有一层,P,2,O,5,薄膜。当,P,2,O,5,完全干燥时，极间加直流电压不会有电流通过。而,P,2,O,5,吸收气中水分后使薄膜导电，将所吸收的水电解而产生,H,2,和,O,2,。,由法拉第定律可知，电解所需要的电量就是水分量的度量。,阻容法：,通过电化学方法在铝电极表面形成一层氧化铝薄膜，然后再膜上形成一层金属膜，这样两层金属膜之间形成了一个电容器，当氧化铝膜吸收水分之后阻抗发生变化，通过检测阻抗的变化即可确定水分的多少。,GIS设备故障诊断,露点法：,露点法的测量系统是一个温度可调的金属镜面，当金属镜面的温度持续降低时，在一定的温度下，水蒸汽开始在镜面上凝结，该温度称为露点。在只有水蒸气一种可冷凝的物质的条件下，露点温度的高低与水蒸汽的分压力直接相关，也就是说，与水蒸气的含量相关。通过测量气体的露点温度可以测定气体的水分含量。,例：,20100 Pa,如果充气压力为,0.4 MPa,则体积浓度为：,GIS设备故障诊断,DP-99,露点仪,GIS设备故障诊断,分解物浓度检测：,气体检测管、气相色谱仪、移动度计、质谱仪、红外分光光度计、变色膜,(dye film),、固体电解质传感器、碳纳米管气体传感器,GIS设备故障诊断,机械性能检测,机械性能的衰退对设备寿命的影响很大,对象,寿命影响因素,寿命上限,GCB,表面镀银部件的表面损伤,几千次分、合闸次数,GIS,密封性能,(O,密封圈的封装,),气体的性能，大于,50,年,测试断路器分、合闸动作时间,断路器的分合闸动态曲线,断路器的备用行程,断路器的分合闸力过程曲线,三相断路器的同步性,从零压力开始到储满能马达运行时间,隔离开关、快速接地开关分合闸操作马达持续电流,GIS设备故障诊断,温度检测,大电流,接触不良,温升,世界最长,GIL-Shinmeika-Tokai,线的基本情况,GIS设备故障诊断,GIL,监测系统,GIL,本体检测：,外壳温度,、气体密度、故障定位,隧道环境监测：门禁、隧道位移、照明、水位、风扇、天然气管道,GIS设备故障诊断,光纤温度传感器,故障判断准则,传感器的安装方法,GIS设备故障诊断,局部放电,(PD),检测,电气,UHF,、,IEC60270,、箔电极,振动,加速度计、超声波传感器,(,AE,),光,光电倍增管、光电二极管,分解气体,气体检测管、色谱仪、,CNT,气体传感器,UHF,和,AE,传感器在国内研究比较多，,UHF,法的灵敏度比较高，,AE,传感器使用比较方便，但两种方法有一个共同的缺点，那就是抗干扰性有待提高。传统上，分解气体检测法不能用于检测微弱的局部放电，但随着技术的发展，情况已经有所改变。,GIS设备故障诊断,作为标准局部放电检测法的,IEC60270,局部放电测量的基本回路,(a),测量阻抗与耦合电容器串联回路；,(b),测量阻抗与试品串联回路；,(c),平衡回路,Z,f,高压滤波器；,C,x,试品等效电容；,C,k,耦合电容；,Z,m,测量阻抗；,Z,调平衡元件；,M,测量仪器,GIS设备故障诊断,校准回路,可以直接得到放电量的大小、使用放电的相位图,(PRPD),可直观诊断放电类型,测量需要高压电容器，因此不方便在现场实施,当试品电容量较大时，检测变得困难，故不太适合于,GIS,现场试验,不能被用于局放定位,GIS设备故障诊断,超高频,(UHF),法,300 MHz-3 GHz,GIS设备故障诊断,制造厂家：,使用内屏蔽电极作为,UHF,传感器,设置专用的,UHF,传感器,接地开关作为,UHF,传感器,运行单位：,外被电极法,外部天线,GIS设备故障诊断,GIS设备故障诊断,UHF,内部传感器,GIS设备故障诊断,GIS设备故障诊断,故障定位,GIS设备故障诊断,外被电极法和外部天线,由于波阻抗不连续，电磁波在绝缘子处发生折反射，故在绝缘子两侧设置薄膜电极可检测出局部放电信号,电磁波可从绝缘子的法兰处泄漏出来，故可用线圈在绝缘子的法兰处检测,GIS设备故障诊断,Shinmeika-Tokai,线局部放电检测,GIS设备故障诊断,超声波传感器,PD,信号,AE,信号,AE,传感器,AE,信号检测、处理及分析系统,优点：,实时连续监测,易进行,PD,定位,高灵敏度,-100pC,高效、低耗,GIS设备故障诊断,便携式声电检测,超声波,传感器,射频,传感器,超声波信号,处理器,射频信号处理器,微处理器,信号幅值,时间延迟计算,警报确定,显示和听觉、,警报,计算机,在线调整,数据记录,高压设备,传感器探头,信号采集,GIS设备故障诊断,分解气体检测：,气体检测管、气相色谱仪、质谱仪、移动度计、红外分光光度计、变色膜,(dye film),、固体电解质传感器、碳纳米管气体传感器,扩散型,SO,2,、,HF,气体检测管,福建电力试验研究院的,SO,2,检测结果,GIS设备故障诊断,红外分光光度计,FTIR,的概略和原理,IR,光源,G(k),半透镜面,(Split),固定镜面,移动镜面,半透镜面,(Interfere),光路长度差,x,强度,I(x),强度,I(x),频谱,G(k),GIS设备故障诊断,部分分解气体的吸光度,(,光路长度为,10 cm,),定量分析时使用的,SF,6,分解气体的吸收带,GIS设备故障诊断,随着局部放电的进行，部分分解气体的浓度变化,GIS设备故障诊断,移动度计,移动度计的原理,GIS设备故障诊断,分解物浓度检测：,纯,SF,6,含有,1000ppm,的,SF,6,分解气体时,峰值时间,峰值大小,GIS设备故障诊断,纯,SF,6,断路器开断一次，峰值大概移动,0.4 ms,断路器动作前,断路器动作后,GIS设备故障诊断,固体电解质传感器,固体电解质传感器的原理,GIS设备故障诊断,碳纳米管,(CNT),气体传感传感器,原理,:,SF,6,分解气体分子吸附在,CNT,表面，引起,CNT,的导纳发生变化,GIS设备故障诊断,与暴露于,PD,时类似，,SF,4,、,HF,也能使传感器的导纳值增加，而且,SF,4,HF,GIS设备故障诊断,GIS设备故障诊断,CNT,气体传感器对,GIS,中,PD,的基本响应特性,0.1 MPa SF,6,尖,-,板电极,施加电压,:10 kV-30 kV,使用,CNT,气体传感器能够检测出,SF,6,中发生的局部放电,PD,发生,传感器导纳增加,GIS设备故障诊断,主要研究结果,1.,敏感成分,引起,CNT,气体传感器响应的主要,SF,6,分解气体成分是,SF,4,和,SOF,2,，同时,HF,也能引起,CNT,气体传感器的响应。实验表明：,CNT,气体传感器可以检测出,1 ppm,左右的,SF,4,或,HF,气体。,2.,灵敏度,CNT,气体传感器能很好地检测出发生在,SF,6,气体中放电量大小在,10 pC,左右的,PD,。,3.,设置位置,将,CNT,气体传感器置于与,GIS,相连的气体管道中时，传感器也能检测出,GIS,中发生的局部放电。,4.,其它因素的影响,本课题还对,SF,6,充气压力、环境温度、,GIS,内设置吸附剂、混合气体绝缘的影响进行了研究，研究结果在此不作详细介绍。研究表明，将,CNT,气体传感器应用于,GIS,局部放电检测是可行的。,练习,GIS,的平均故障率大概有多大？,(2),检测,SF,6,气体水分含量有哪些方法？,(3),检测,GIS,局部放电有哪些方法？,