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简析GIS局部放电检测方法(一)
点击次数:1884 发布时间:2017-11-14

GIS设备局部放电的现阶段研究结果表明,由于SF6气体的绝缘强度比较高,因此在GIS设备内高气压的SF6气体中,局部放电脉冲的持续时间很短,约为几纳秒,波头的上升时间仅为1ns左右,这种持续时间极短的陡脉冲,包含高达上GHz的信号,会在GIS设备外壳上产生流动的电磁波,接地线上有高频放电脉冲电流流过,外壳对地呈现高频电压并向周围空间产生电磁波。局部放电还会使通道气体压力骤增,在GIS设备气体中产生纵波或超声波,并在金属外壳上出现各种声波,如纵波、横波和表面波等。GIS设备中的局部放电也可导致SF6气体分解或发光。这些伴随局部放电出现的物理和化学的效应变化是实现GIS设备在线检测的依据。GIS设备局部放电的检测方法大致可分为两大类:电量检测法和非电量检测法,电测量法主要有脉冲电流法和超高频法,非电测量法主要有超声波检测法、光学检测法、SF6气体分解产物检测法。

 

1.1 脉冲电流检测法

脉冲电流法是研究zui早、应用zui广泛的一种局部放电检测方法,也是IEC60270和GB/T7354标准所推荐的检测方法。由于发生局部放电时试样两端电荷的变化,与试样两端连接的测试回路中就会有脉冲电流,通过测量局部放电所产生的脉冲电流在检测阻抗两端引起的脉冲电压,可以获得视在放电量。脉冲电流法是目前检测局部放电zui常用的方法,测量频率通常在10MHz以内。脉冲电流传感器按照带宽的不同可以分为窄带和宽带两类,窄带传感器带宽一般在10kHz左右,中心频率在20-30kHz之间或更高;宽带传感器带宽为100kHz左右,中心频率通常在200-400kHz之间。

 

脉冲电流检测法具体的检测原理是利用贴在GIS外壳上的电容电极藕合探测局部放电在导体芯上引起的电压变化。该方法原理是在产生一次局部放电时,试品Cx两端产生一个瞬时电压变化△u,此时若经过电Ck藕合到检测阻抗Zd上,回路就会产生脉冲电流I,将脉冲电流经检测阻抗产生的脉冲电压信息,予以检测、放大和显示等处理,就可以测定局部放电的一些基本参量(主要是放电量q)。主要优点是检测灵敏度较高、抗电磁干扰能力强、脉冲分辨率高等;缺点是测试频率较低、信息量少。该方法结构简单,便于实现。但是在现场测试时,无法识别与多种噪声混杂在一起的局部放电信号,因此这种法的使用推广受到了很大限制。

 

1.2 超高频检测法

超高频法是近年发展起来的一种新的GIS设备局部放电的检测技术。它是利用装设在GIS内部或外部的天线传感器接受局部放电辐射出的300-3000MHz频段的特高频电磁波信号进行局部放电的检测和分析。运行中的GIS内部充有高气压SF6气体,其绝缘强度和击穿场强都很高。当局部放电在很小的范围内发生时,气体击穿过程很快,将产生很陡的脉冲电流,并向四周辐射出特高频电磁波。GIS设备的腔体结构相当于一个良好的同轴波导,非常有利于电磁波的传播。超高频传感器的安装方式目前应用较为广泛的主要有两种:外置式和介质窗口式。外置式传感器将传感器贴在GIS设备盆式或盘式绝缘子的外表面,依靠绝缘子表面电磁波的泄露进行UHF信号的检测,此方法可带电安装。介质窗口式传感器是将传感器安装在检修手孔或CT端子箱处,此方法需停电安装或在设备出厂时安装。

 

UHF检测的特点使其在局部放电检测领域具有其他方法无法比拟的优点,因而在近年来得到了迅速的发展和广泛的应用。超高频法具有以下优点:

 

①抗干扰性好现场普遍存在的电晕放电的频率范围通常在300MHz以下,并且在空气中传播时衰减很快,超高频传感器接收UHF频段信号,避开了电网中主要电磁干扰的频率,具有良好的抗电磁干扰能力;

 

②灵敏度高GIS的同轴结构非常适合超高频电磁信号传播,能够实现良好的检测灵敏度;

 

③可实现放电定位:根据电磁脉冲信号在GIS内部传播具有衰减的特点,利用传感器接收信号的时差,可以进行故障定位;

 

④检测效率高:超高频传感器检测局部放电的有效检测范围较大,因此需要安装传感器的检测点较少,检测效率高。

 

超高频法虽然有以上诸多优点,但是也存在一定的不足:

 

①难以用超高频信号幅值表征局部放电严重程度:GIS设备局部放电脉冲电流信号辐射出的电磁波信号是宽频信号,越往低频能量越高。对于每种类型的放电,超高频段信号的能量在整个电磁波信号的能量中所占的比例难以确定,因此,超高频信号幅值与视在放电量或实际放电量之间的关系难以确定,难以依据超高频信号幅值来表征设备绝缘状况;

 

②难以检测正在运行的罐式断路器内的局部放电故障:一般对于正在运行的GIS设备,可带电安装外置式传感器;但对于户外安装的罐式断路器,没有外露的绝缘子,只能将超高频传感器放置在套管底部进行测量,这就大大降低了检测的灵敏度与有效性;

 

③无法实现视在放电量的标定:由于UHF法的测量机理与脉冲电流法不同,而且信号在传导过程中有衰耗,因此无法进行视在放电量的标定,即使在局放源到传感器之间的传播路径不变的情况下,脉冲电流法的视在放电量与超高频方法所测得的脉冲信号幅值之间也没有确定的对应关系,这就加大了应用该方法进行局部放电实际放电量预估的难度。

 

超高频局部放电检测适用于在GIS设备交流耐压过程中对GIS设备的局放监测。将外置式传感器固定于GIS被试段的测量点(若GIS内部安装传感器,则可将传感器分别接至超高频局放检测仪的多个不同通道),按照试验加压顺序,全程监测放电谱图及放电幅值,并重点关注老化试验电压、起始放电电压、zui高试验电压、熄灭电压下对应的放电谱图及放电幅值,以便于对GIS设备质量进行有效监仔。在GIS投运半年内,GIS设备运行不稳定,应加强超高频局部放电带电检测工作,发现异常的应该依据测试分析结果缩短检测周期,需要停电检查或检修的应立即停电检修,避免造成更人损失。

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