GIS局部放电在线检测装置的现场测量.doc

GIS局部放电在线检测装置的现场测量
来源：高压开关网　　　时间：2007-12-28　　字体：[ 大 中 小 ]
　　由于城市经济的发展，市区负荷密度大增，人们对电力供应的可靠性要求愈来愈高。另一方面，电力设备的性能也在提高，设备外形的设计朝着紧凑化方向发展，要求设备在运行中进行有效的维护并防止故障的发生．对变压器进行在线测量的系统已研制出来并已进入实用阶段．
　　从GIS预维护的观点看，检测壳体内的绝缘故障和产生的感应很有必要。人们普遍认为检测这类故障最有效的方式是检测伴随它们的局部放电。已有一些关于GIS中局部放电检测技术研究的报道文章发表。在这些技术中，一种在GIS壳体中用于检测电极的内部电极检测法在检测灵敏度上可靠性很高，还介绍了几种检测装置。对于局部放电的在线检测，GIS内的噪音的每个探测点的探测范围对于设计检测装置都是很重要的因素。首先，测量数据不足；其次，尽管提出了一种在超高频范围内选择探测频率的方法，对GIS壳体内局部放电信号传播的了解还不很清楚，所测数据也不足。
　　在这种情况下，对运行中的300kV GIS进行现场试验时，对GIS的噪音分布进行测量，并用模拟的局部放电脉冲注入法对GIS中的脉冲传播进行研究，用局部放电探测器对GIS内局部放的可能位置进行测量．该文给出了所进行的一系列现场试验的结果。
　　试验方法和测量回路的结构
　　图1示出了测试方法和检测回路图。嵌在绝缘子接地端子上的电极是耦合器用来测量GIS壳体内噪音的。将一种多点接地系统用于GIS样机的结构中，并在GIS中安装保护电流互感器。绝缘子法兰为铝材。这等于将GIS除连沿外，如套管，从外部和内部屏屏蔽起来。另外，绝缘子和终端一起用于检测局部放电。
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　　为了检测GIS壳体内的噪音，信号从测试终端通过一双层屏蔽同轴电缆(10D2V、20米长)传至宽带放大器(1-1000MHz、最大放大率：60dB)，在放大器中它们被放大并输入光谱分析仪(YHP8590)．
　　如图1所示，该方法利用局部放电脉冲对GIS壳体内的传播进行研究，将模拟的局部放电脉冲从－绝缘子的测量终端注入壳体并用频谱分析仪进行测量，信号从另一绝缘子的测量终端出来。图2示出了模拟局部放电脉冲发生器的输出波形。图3示出了在工厂中用一10米长单相母线(导体CD60mm、壳体ID215mm)对300kVGIS中从绝缘子测量终端对信号的频率分布测量情况。这里用于脉冲注入的绝缘子和用于光谱测量的绝缘子之间距离约为400mm。从靠近脉冲注入点的测量频率带扩展到GHz范围。这意味着目前的方法可对GIS中产生的实际局部放电现象进行模拟。目前的试验方法的优点是用于在线检测，而不需中断运行。
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对GIS中噪音分布测量的结果
　　在两个300kV不同结构的变电站中，一个为空气绝缘式，另一个为SF6气体绝缘式(GIS)式，对它们中的杂音进行了测量。变电站的结构示于图4和图5中。A变电站包括空气中套管，它通过一100m左右的三相共筒气体绝缘母线(GIB)与开关设备相连。由于户外型的变电站B位于市郊区，它没有绝缘输电线但有一电缆引入端结构。图6和图7示出了GIS内噪声分布测量情况以及用天线对噪音的测量结果。通过将频谱分析仪输入信号汇总20秒获得所有测量结果。图表中的纵轴和水平轴分别代表100MHz/div和10dB/div。波形上的数字与图4和图5绝缘子上的数字一致。采用频率范围为0~1500MHz的定期测程天线测量气体中噪音。
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　　如图6所示，既使在GIS内靠近气体套管的地方，仍有与气体中噪音频谱很相似的噪音。该噪音超过几百MHz时在GIS传播太快，几乎在开关设备中不存在。而且，如图7所示，由电缆引入的GIS比A变电站的气体中噪音多，因为它位于市郊区，但其壳体噪音水平较低。另外，测量波形还包括施加于测量系统上的噪音分量。
　这里的测量结果表明在GIS壳体内，除了靠近空气套管的地方，超过几百MHz的频率范围内的地方存在一个噪音狭窄区域(金属干扰带)。在这样的噪音狭窄区域选择探测频率，可提高局部放电探测的精度。GIS内局部放电脉冲的传播特性
　　如图1中试验回路所示，通过在介于绝缘子插入环和绝缘子测量终端壳体之间注入一模拟的局部放电脉冲，对GIS壳体内的高频脉冲传播特性进行研究。在图8和图9中示出了A和B变电站的一些试验结果。它们与图6和图7中所获得的回路相同。模拟的局部放电脉冲发生器设计为在工频下每周波输出一个脉冲。在噪音测量中，通过将频谱分析仪输入值累积20s，从而获得测量的波形。在这里输入的电压与图2中的脉冲峰值电压值一致。测量结果证实了下列情况。模拟的局部放电脉冲频率分量和高于500MHz的高频分量，当信号传输距离延长时，这些频率分量决速衰减，衰减距离约为5m。现存的频率分量逐渐偏离脉冲注入点。如上所述，GIS中模拟局部放电脉冲高频分量的衰减部分归咎于下列原因。注入GIS的模拟局部放电脉冲信号，在信号产生的地方存在一快速上升的脉冲波形，它包括范围很广，扩散至GHz范围的频率分量，但当它在GIS中传播时，由于受到各种元件之间和阻抗不一致的影响，该波形逐渐发生畸变。将测得的波形远离图8和图9中的脉冲注入点，现存的频率分量趋向于500MHz以下范围内集中。这可以认为是上述提及的GIS内信号相互影响造成的某种谐振的象征。 来源:

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　外部噪音通过套管进行GIS中的传播可另外解释。外部噪音，诸如空气电晕噪音、广播和电波通过传输线路和套管等进入GIS壳体内。如图6所示，在套管附近，噪音在宽高频范围内高于500MHz的高频范围内存在，但如上所述，这些高频分量在GIS中什物时发生衰减。除了套管外，噪音分量局部存在于低于几个100MHz的频率范围内。
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采用在线监测探测器对故障位置的确定
　　为了用在线监测装置对GIS中产生的局部放电进行探测， 有必要选择探测频率范围为探测点提供圈套的探测范围，以及对诸如放大器的信号处理器进行设计。从上述介绍的试验结果看，低于400～500HMz似乎最为合适。当选择的探测频率范围低于200HMz时，相对不同的GIS，则按其特性加不同噪音清除窗，并确定其探测范围。
　　在低于100HMz的探测频率范围内，信号本身衰减程度小于高频范围内的衰减，在GIS中仅仅存在横向在场(TEM)。这意味着信号的什物在取决于隔离开关和其它开关的分合位置，或者中心导体的连接/分离。这更意味着通过将开关的位置与局部放电探测器的输出信号水平有效地确定局部放电区域的位置。特别是在图5中的GIS没有空气母线，壳体内的噪音很小，这样非常有益于选择上述提及的探测频率范围。
　鉴此，将在线检测探测器的探测频率范围选为65MHz左右。与图6和图7的测量结果相比，低于100MHz的范围证明其噪音相对较小，用在线检测探测器对局部放电区域确定的可能性进行了研究。图10中示出了在试验中用的探测器的结构。如前提及的采用装在绝缘子接地法兰中的探测电极。GIS中的局部放电信号通过双层屏蔽同轴电缆从绝缘子的测量端传至E/O(光—电)转换器。在那里分成局部放电信号和与主回路电压波形的零点相一致的相脉冲，再转换成光信号并传至接收端。在一般系统中，接收端安装于现场监测器面板上。当安装了微处理器后，它就能用主回路电压相脉冲做参考对软件进行处理。检测灵敏度的上限在几个pC和20pC之间。 来源:
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　　在试验中采用了图1中示出的试验方法，将E/O转换器附在同轴电缆上，而不是扩大器和光谱分析仪上，其光输出信号通过光缆传至接收端，并用示波图对接受端O/E转换器的探测输出电压进行测量。图11中示出了A变电站的测试结果，它与图8中的测量结果相一致。图中水平轴代表绝缘子数，纵轴探测器接受装置监测输出电压。测量结果是注入的模拟局部放电脉冲峰值。70V。
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　　采用在线探测器做的试验结果归纳如下：
　　①注入同一相的模拟局部放电脉冲信号分量在间隔内传播时衰减程度小于；
　　②如果信号从分闸的隔离开关相间通过，在隔离开关合闸时，些信号分量从原来衰减至1/3～1/10；
　　③如果在间隔的一相上测量探测器输出，而非在注入局部放电脉冲的相上测量，在相应间隔的同一相上测量的探测水平降至原来的1/3～1/10；
　　④对一相，而非脉冲注入相，其探测水平是脉冲注入相的1/5～1/10。
上述结果证实在一个间隔内产生的局部放电，用上述介绍的探测频率波段和一个探测系统(3相)进行监测。由于探测器输出因间隔不同而变化较大，故可确定每个间隔的局部放电区域。如果有可能确定每个间隔的位置，初步就完全可以进行GIS的操作。如果警报声响，将图12中示出的活动探测器移至一边，对附近的绝缘子进行测量。这可保障精确地对局部放电位置的确定。
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结论
　　为了研制对GIS中产生局部放电在线测量的探测器，用模拟的局部放电脉冲注入法对GIS在运行中脉冲传播特性进行了试验，并对GIS中的噪音也进行了测量，测量结果发现：
　　①GIS壳体中的噪音：在高于几百MHz的高频范围内，除了套管外，噪音水平较低。在低频范围内，局部存在着噪音区。
　　②高频脉冲，诸如局部放电脉冲和噪音在GIS中的传播；脉冲传播期间频率快速衰减，高于500MHz频率分量的衰减距离约为5m；而且，当脉冲在GIS中传播时，其频率分量趋向于局部化。
　　③采用研制的在线探测器对确定局部放电区域的可能性进行了研究，发现GIS每个间隔安装一个探测器(三相)局部放电进行在线检测的故障进行定位。
　　 我们准备进一步收究，发现GIS每个间隔足可以对GIS中产生的并可能对每个间隔中集不同电压等级和结构的试验数据，通过将这些测量数据进行原理分析来改善目前探测GIS局部放电的方法请登陆:高压开关网 浏览更多信息