GIS设备特高频局放检测缺陷的识别与诊断.docx

GIS设备特高频局放检测缺陷的识别与诊断 摘要:本文主要介绍了特高频局部放电检测原理、典型缺陷放电特征、GIS局部放电类型，以及结合了特高频带电检测现场案例，对带电检测流程中的干扰信号和排除、放电源定位、PRPS/PRPD等重点环节进行了探讨，并且在此基础之上提出GIS局部放电缺陷的识别与诊断关键技术。关键词:特高频带电检测技术；GIS；局部放电；识别引言GIS的全称为GasinsulatedSwitchgear，气体绝缘金属封闭开关设备。其作为一种结构紧凑、性能优良的成套高压电气设备，目前已经成为变电站和发电厂升压站的主流设备，广泛的应用于电力系统中。与此同时，在GIS制造、运输、安装以及运维中可能出现GIS内部绝缘表面脏污、自由离子、尖刺、固体绝缘内部降低等各种问题，这种缺陷都可能致使GIS内部电场在高压电场下发生不同程度的畸变，使得局部电场加剧而产生局部放电。在一定程度上来讲，GIS并非严格意义上的免维护装置，目前已经出现了较多的GIS事故。局部放电是引起绝缘劣化的主要原因，同时也是表征绝缘状况的特征量，有调查表明，50%以上的GIS故障是能够提前发现的，而有效的检测手段就是带电检测。开展GIS局部放电的检测，对深化设备状态评价深度、实现设备运行状态的“可控、在控”、全面保证电网的安全与稳定运行具有十分重要的现实意义。1.GIS局部放电的类型（1）悬浮电位体放电。其主要是包括松动部件的悬浮电位放电，非移动金属颗粒和设备部件之间的放电。（2）电晕放电，位于高电位或低电位的金属毛刺、尖端，由于电场较为集中，产生的六氟化硫电晕放电，也就是金属尖端放电。（3）自由金属颗粒放电。金属颗粒和金属颗粒之间的局部放电，金属颗粒的金属部件之间的局部放电。（4）绝缘件内部气隙放电。绝缘件内部空隙、异物和裂纹的等缺陷引起的放电。2.特高频带电检测技术2.1特高频带电检测技术的原理GIS中绝缘强度和击穿电场强都非常高，当局部放电在很小的范围内发生时，击穿过程是十分快的，这将会产生很陡的脉冲电流，其上升时间只有几个ns，同时激发频率高达数百MHz的电磁波。局部放电检测特高频的基本原理是通过特高频传感器对电气设备中局部放电产生的特高频电磁波信号进行检测、采集，从而获取局部放电的相关信息，进而确定GIS内部局部放电的类型和放电源位置。2.2特高频局部放电检测方法GIS局部放电特高频检测方法主要有两种形式，利用局部放电在线监测系统对GIS进行实时或定时的监测和利用便携式局部放电检测仪进行带电测量。局部放电带电检测仪一般是由UHF传感单元、信号处理单元和分析诊断单元组成。UHF传感单元用于耦合GIS内局部放电产生的电磁波信号，包括特高频传感器和射频同轴传输电缆，特高频传感器是一种耦合GIS设备内部3001500MHz频段的电磁波信号的天线，安装方式主要有内置式和外置式。信号处理单元对传感器的信号进行滤波、放大、检波处理及模数转换。分析诊断单元实现局部放电信号的分析、处理以及数据储存，并具备人机交互功能。在不同的检测装置中，以上各功能单元可能有各种各样的组合方式。2.3传感器及其布置方式根据GIS的实际情况，局部放电检测可以采用内置式或外置式特高频耦合传感器。新建GIS设备建议配置内置传感器，已经投运GIS设备则宜采用外置传感器。内置传感器宜由GIS生产商在制造时置入，在设备制造前应与GIS进行一体化设计，在出厂时应同GIS一起完成出厂试验。外置传感器应置于未包裹金属屏蔽的GIS盆式绝缘子外侧或者是GIS壳体上存在的介质窗处，当GIS盆式绝缘子外包金属屏蔽时，需要对金属屏蔽开窗。传感器安装不应影响设备美观。传感器的布置要保证GIS内部发生在任何位置的局部放电都能够被有效的传感，在这个基础上，传感器应尽量安装在GIS关键设备附近，包括断路器、隔离开关、电压互感器等。对于长直母线段测点间隔宜为五至十米。2.4在线检测（1）在线监测。在线监测系统利用预先安装在GIS上的内置或外置传感器探测GIS内部发生的局部放电特高频信号；信号处理单元要进行滤波、放大以及检波，数据采集单元将传感器捕获的放电信号转为数字量，完成特征量检出，然后进行波形、频谱和统计分析，实现缺陷预警；处理结果经过通信接口传送至诊断服务单元进行数据分析、显示、报警管理、诊断和储存，远程用户可以通过网络对GIS的运行状态进行实时监视。特高频测量分为检波测量和宽带测量两种方式，检波测量具有较高的信噪比抗干扰能力强，检测灵敏度高，但是运用此种方法却无法得到不同缺陷信号的频谱特征；宽带测量可观察到局放信号在200MHz3GHz频域上的信号能量分布，信息量较大，因此具有着较好的检测和识别效果。因为特高频局部放电检测至少需要测量一个工频周期以上的百兆赫兹到千兆赫兹的放电信号，常用的A/D转换系统在采样率和储存深度等方面很难满足要求，且数据处理难度较大，通常情况下，局部放电测量只关心信号的幅值、出现的相位和放电重复率，因此在线监测系统普遍采用检波方式，仅对放电信号的主要信息进行检测、分析和储存。（2）带电测量。带电测量是利用可移动传感器对存在异常或需要关注的设备进行巡检，检测结果可以用便携式测量仪或高速示波器进行分析和储存。在GIS运行达到规定的检测周期或在线监测系统发现异常时，需要利用便携式特高频局部放电带电测量仪对监测结果进行确认和定位。带电测量仪要具备检波测量和宽带测量，在带电测量过程中，首先利用检波信号对GIS所有测点依次的进行巡检，当发现异常信号时，则利用宽带测量对信号进行波形识别和时差定位。3.特高频检测优点由于现场的电晕干扰主要集中在300MHz频段以下，因此特高频法能够有效地避开现场的电晕等干扰，而对于分布在特高频检测频段内的固定频率干扰（如移动通信、电视、雷达等信号），则可以通过调整检测频率来避开这些干扰。检测灵敏度可达几个pC，检测范围较大，可实现局部放电带电检测、定位以及缺陷类型识别等优点。4.特高频检测流程4.1干扰信号识别与排除在背景信号测试、信号测试阶段如果发现异常信号，就要进行干扰信号识别与排除。特高频局部放电检测中主要干扰信号有雷达干扰、移动电话干扰、荧光灯干扰和电机干扰。主要根据图谱特征来识别干扰，还能够根据信号位置来判断干扰。干扰信号的主要排除手段有屏蔽带法、背景干扰测量屏蔽法、滤波器法。4.2局部放电源定位首先，将一传感器放在盆式绝缘子上，另一传感器以该传感器为中心，沿盆式绝缘子圆周的方向按照一定的半径不断移动，观察两个信号在时间上的先后顺序，判断信号是否更靠近盆式绝缘子处传感器；其次，初步判断出信号源方位后，就要计算放电源位置。4.3缺陷类型识别对局放的识别，目前主要是通过对局部放电的相位特征和波形特征的综合分析进行。局放脉冲一般是上升沿极陡、脉宽极窄的脉冲信号。根据典型局部放电信号的波形特征或统计特征提取局部放电指纹，建立模式库，通过局部放电检测结果和模式库的对比，可进行局部放电类型识别。局部放电的类型识别可采用人工神经网络、统计分类器等自动识别算法实现。结束语目前为止，特高频带电检测已形成了较为成熟的测试方法和技术手段，通过这种技术，已经发现了很多GIS局部放电缺陷。今后要开展典型故障复现和带电检测技术比对工作，以提升带电检测技术的有效性和针对性。参考文献:【1】金立军，张明锐，刘卫东.GIS局部放电故障诊断试验研究【J】.电工技术学报，2005（11）.【2】姚勇，岳彦峰，黄兴泉.GIS超高频/超声波局放检测方法的现场应用【J】.高压电技术，2008,34（2）. -全文完-