CN101509952A - 可变结构的气体绝缘组合电器局部放电实验装置及其方法 - Google Patents

Abstract

一种可变结构的气体绝缘组合电器局部放电实验装置及其方法，属于电气设备绝缘在线检测技术领域。本装置主要包括：GIS模拟元件、数字存储示波器和信号发生器等。本方法是利用本装置，先进行加压实验采集超高频PD信号，后通过注入信号实验，并通过程序对此超高频PD信号采集和校正后，得到真实的超高频PD信号波形。本装置能模拟真实GIS设备中的“T”形、“L”形、“一”形结构。本方法能对GIS的“T”形或“L”形或“一”形结构进行1～4中绝缘缺陷模型进行实验，实验真实、准确、范围广。本发明可广泛用于教学实践和科研院所、设备制造厂家对GIS设备绝缘状态进行在线监测的实验研究，检测的PD信号可供理论分析和应用研究。

Description

可变结构的气体绝缘组合电器局部放电实验装置及其方法

技术领域

本发明属于电气设备绝缘在线监测技术领域，具体涉及气体绝缘组合电器绝缘在线监测的实验装置及实验方法。

背景技术

气体绝缘组合电器(GIS)具有绝缘强度高、运行稳定、占地面积少和维护工作量小等优点，在大中城市电网建设和改造中得到愈来愈广泛的应用。但是从近十年的运行实践看，国内外的GIS在运行中出现许多故障中，以绝缘故障为主。而绝缘故障主要由GIS内部存在的长期各种缺陷所产生的局部放电(PD)导致SF₆气体绝缘性能下降而引起的。由于GIS中产生的PD信号等值频率高(脉冲陡度可达1～2ns，等效频率可高达1GHz以上)、信号微弱(主要通过传感器检测GIS连接法兰处的泄漏电磁波来实现超高频检测)、周围存在的电磁干扰大(实验室和现场存在着大量的窄带干扰、白噪声干扰和各种随机干扰，微弱的GIS PD脉冲信号有时几乎完全被干扰信号所淹没)等特点，再加上PD放电的模式多种多样，检测和识别PD信号，保证GIS的安全可靠运行是亟待解决的难题。

对于GIS的PD的实验装置，首先要能模拟GIS的真实运行情况，以便准确检测和识别PD信号。目前国内外仅有少数研究单位开展了这方面研究。如英国、德国等，国内的如清华大学、西安交通大学、重庆大学等单位，但目前尚处于研究和应用的初步阶段。如专利号为“ZL200510057032.6”的“气体绝缘组合电器局部放电模拟实验装置及实验方法”公开的实验装置，由感应调压器、无晕实验变压器、无局放保护电阻、标准电容分压器、GIS模拟元件、内外超高频天线传感器、微带线滤波放大器、超高频智能多路开关、数字存储示波器、微型计算机组成。该装置的GIS模拟元件，只是简单的“一”形结构，在其上只装设了一个内置圆环超高频传感器，并可人为设置了绝缘子表面污秽缺陷、外电极毛刺缺陷、内电极毛刺缺陷和自由金属微粒缺陷等。“一”形结构的GIS模拟元件，通过一个内置超高频传感器与滤波放大单元连接，再与超高频智能多路开关连接。“一”形结构的GIS模拟元件直接与标准电容分压器连接而获得高电压实验电源。该装置及实验方法主要有以下缺点。

(1)不能模拟真实GIS中PD的检测和识别。

真实的GIS设备是由“一”形直线段部分和“T”形连接及“L”形连接部分组合而成。该实验装置的GIS模拟元件，只是简单的“一”形结构，仅能反映GIS中的直线段部分。在“T”形和“L”形结构中，PD信号的传播特性将发生根本性转变，除了电磁波的折射反射现象外，还伴随有电磁波传播模式转变等复杂电磁过程，其衰减的方式也将随电磁波模式转变而发生变化。因此现有装置不能模拟真实GIS中PD的检测和识别。

(2)不能进行超高频PD信号的传播特性的实验。

现有的实验方法为内加人工缺陷，使其在高电压下放电，通过检测系统采集信号再研究信号特性，但这种方法有其本质的局限。试验中，检测系统采集到的PD波形经过了一定距离传播并被传感器所衰减，由于不知道放电源的真实PD波形，所以无法确定信号在传播与采集过程的衰减和畸变情况，因此不能实现超高频PD信号的传播特性的实验。

(3)不能进行多个超高频PD信号相互影响的实验。

对于现有的实验方法，当出现多个放电源同时放电时，由于不知道每个放电源放电的精确时间及放电波形，因此也无法确定不同信号在同一空间中的叠加、衰减、放大及传播过程中的相互作用等问题。故不能实现多个超高频PD信号相互影响的实验。

(4)不能实现超高频PD放电量的标定研究。

超高频PD放电量标定是困扰超高频在线监测技术发展的难题。其放电量的大小不仅与信号幅值有关，还与波形相关。与“一”形结构相比，在“T”形和“L”形结构中，超高频PD信号不论幅值还是波形都将发生本质改变。因此，要标定超高频PD的放电量，必须深入了解其传播特性，根据采集到的超高频信号传播的距离和经过的结构，对其进行算法还原，得到放电源处信号的幅值和波形，然后才能标定其放电量。因此，现有的实验装置及实验方法均不能实现超高频PD放电量的标定研究。

发明内容

本发明的目的是针对现有GIS的PD实验装置及实验方法的不足，提供的一种可变结构的气体绝缘组合电器局部放电实验装置及其方法。本装置能模拟“T”形、“L”形和“一”形三种GIS中的结构；本方法能用于解决PD信号传播特性、多信号相互影响及超高频信号放电量标定等问题的实验研究，具有实验灵活、真实、准确等特点。

实现本发明目的的技术方案是：一种可变结构的气体绝缘组合电器局部放电实验装置包括感应调压器、无晕实验变压器、无局部放电保护电阻、标准电容分压器、GIS模拟元件、内置圆环超高频传感器、微带线滤波放大器、超高频智能多路开关、数字存储示波器、微型计算机和信号发生器等。其特征是：GIS模拟元件为“T”形或“L”形或“一”形结构，用以分别模拟GIS设备中的“T”形、“L”形、“一”形的连接部分，从而能真实地模拟GIS的局部放电情况。每个GIS模拟元件，均由铜接线柱、端盖、内置圆环超高频传感器、支撑绝缘子、高压电极、接地壳体、真空压力表及进气阀、螺杆及螺母组成。在GIS模拟元件任一的高压电极的一端，经球形屏蔽罩，通过高压屏蔽线，与标准电容分压器连接，用以输入高压实验电压并防止电晕放电造成干扰。在“T”形或“L”形或“一”形结构的GIS模拟元件的每一段高压电极的支撑绝缘子与端盖之间的接地壳体，通过螺杆及螺母连接，以便拆卸，便于放置各种缺陷模型。GIS模拟元件的绝缘缺陷模型，为常见的金属突出物缺陷模型、绝缘子表面固定金属微粒缺陷模模型、自由金属微粒缺陷模型、气隙缺陷模型中的1～4种，用以模拟GIS的1～4种不同放电故障，具体放置缺陷模型的种类数，根据实验的要求确定。金属突出物缺陷模型通过在高压电极表面径向安装一根银针来模拟；绝缘子表面固定金属微粒缺陷模型通过在支持绝缘子表面粘贴矩形锡箔纸来模拟；自由金属微粒缺陷模型通过在接地壳体内表面放置矩形或圆形铜片来模拟；气隙缺陷模型通过选用高压电极与支持绝缘子之间的大小不同的气隙来模拟；在“T”形和“L”形及“一”形结构的每一段高压电极的端部，分别装设一个内置圆环超高频传感器。根据实验的需要、将一个或两个内置圆环超高频传感器的输入端，经低损耗电缆与信号发生器相连，构成超高频PD信号的发生单元，用以产生各种幅值和波形的PD信号。余下的两个或一个内置圆环超高频传感器的输出端，分别通过低损耗电缆与微带线滤波放大器相连后，再经过超高频智能多路开关及数字存储示波器与微型计算机相连，构成超高频PD信号的检测系统，用以检测GIS模拟元件中的超高频PD信号。

一种可变结构的气体绝缘组合电器局部放电实验方法，利用本发明的实验装置，先进行加压实验采集超高频PD信号，后通过注入信号实验，并通过程序对的超高频PD信号进行采集和校正，最后可得到真实的超高频PD信号的波形。具体的方法步骤如下：

(1)实验的准备。

首先按照实验要求，在本发明装置中，每一次选用“T”形或“L”形或“一”形结构的GIS模拟元件进行连接。对每个GIS模拟元件，又根据实验的要求，放置金属突出物缺陷模型、绝缘子表面固定金属微粒缺陷模模型、自由金属微粒缺陷模型、气隙缺陷模型中的1～4种绝缘缺陷模型，构成加电压实验的信号发生单元。然后将信号发生器，通过低损耗电缆与GIS模拟元件中的一个或两个内置圆环超高频传感器的输入端相连，构成注入信号实验的超高频信号发生单元。余下的两个或一个内置圆环超高频传感器的输出端，分别通过低损耗电缆与微带线滤波放大器相连后，再经过超高频智能多路开关及数字存储示波器与微型计算机相连，构成超高频PD信号的检测系统，用以检测GIS模拟元件中的超高频PD信号。再用真空泵对GIS模拟元件抽真空，并静置10～12小时后，通过观察真空压力表及进气阀数值检查GIS模拟元件密封性能良好。最后通过真空压力表及进气阀对GIS模拟元件充入SF₆气体，直至气压达到实验气压(0.4MPa)为止，再静置10～12小时，通过观察真空压力表及进气阀数值检查GIS模拟元件密封性能良好。

(2)采集超高频PD信号。

第(1)步完成后，对第(1)步准备完毕的买验装置进行加压买验：首先调节感应调压器，缓慢升高实验电压，仔细观察数字存储示波器上的波形，当出现局部放电脉冲时，记录下此时的实验电压为U_st，该电压U_st为局部放电的起始放电电压。然后再调节感应调压器，继续缓慢升高实验电压，直至所加电压为起始放电电压(U_st)的1.2～1.5倍为止。最后通过数字存储示波器采集由内置圆环超高频传感器检测到的PD信号波形。数字存储示波器的采样频率设置为20Gs/s，并采集总长度为500ns的信号，因此采样点数为10000个，设置触发电平的位置在第5000个采样点处，并设置数字存储示波器为自动采集存储功能，然后，数字存储示波器自动采集并存储1000个信号。

(3)注入信号实验。

第(2)步完成后，首先将第(2)步数字存储示波器存储的1000个信号进行平均(即求其平均值)，并进行归一化处理(即信号幅值为1或-1)，得到统计意义的超高频PD波形，然后将此波形输入微型计算机(即为信号A)，再进行注入信号实验：首先调节感应调压器，缓慢降低实验电压至0，观察数字存储示波器不再检测到局部放电脉冲，此时所加缺陷模型不再发生局部放电。然后通过注入信号实验程序，先根据加压实验中放置的绝缘缺陷模型类型，手动选择预先存储在信号发生器内的超高频PD标准波形函数，然后程序自动生成超高频PD标准波形。超高频PD标准波形函数如下式所示：

$f\left(x\right)=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{a}_i\·e^{-\frac{{(x-b_i)}^2}{{c_i}^2}}$

式中：n表示高斯函数的阶数(即放电脉冲极值的个数)，对于不同类型的绝缘缺陷模型，n的取值为3～5；a_i表示各个波峰的高度，本实验方法中已对所有脉冲波形进行归一化处理，所以取a₁＝1×10^-3、a₂＝0.8×10^-3、a₃＝0.6×10^-3、a₄＝0.4×10^-3、a₅＝0.2×10^-3；b_i表示各个波峰所在位置的横坐标x的值，因为试验中采集的第一个波峰位置为第5000个采样点，并且每个波峰出现的时间差一般为20ns～30ns(即400～600个采样点)，所以b₁＝5000，b₂＝5500，b₃＝6000，b₄＝6500，b₅＝7000；c_i表示各个波峰的陡度，其取值范围比较广泛，在10～1000之间，本发明方法中取c₁＝10，c₂＝50，c₃＝200，c₄＝500，c₅＝1000。

程序再自动依次调节超高频PD标准波形的幅值和波形参数(即a_i和b_i及c_i)，并通过数字存储示波器自动采集此时由内置圆环超高频传感器检测到的PD信号波形(即为信号B)。然后判断信号A与信号B的幅值是否相等：当幅值不相等时，返回重新调节信号幅值；当相等时，则计算信号A与信号B的相关系数是否大于等于0.8：当小于0.8时，返回重新调节信号波形参数；当大于等于0.8时，通过信号发生器记录并输出此时的波形至微型计算机存储。

本发明采用上述技术方案后，主要有以下效果：

(1)本发明的实验装置，能够模拟真实GIS设备中“T”形或“L”形或“一”形结构，因此能够实现对真实GIS中超高频PD信号的采集和识别的模拟，实验真实而准确。

(2)本发明的实验方法，不但能对GIS的“T”形或“L”形或“一”形结构，进行前述的1～4种绝缘缺陷模型进行加压实验，还能通过程序自动对所注入的超高频PD波形进行校正，使之与放电源处的真实超高频PD波形相似性达到80％以上，从而获得局部放电放电处的真实超高频PD波形。

(3)本发明能进行气体绝缘组合电器局部放电的下列实验。如：单一缺陷，多种缺陷组合的放电的实验；确定超高频PD信号数学模型实验；确定超高频PD信号传播特性的实验；确定多个超高频PD信号源相互影响的实验；标定超高频PD信号放电量的实验等，实验范围广泛。

本发明可广泛用于教学实践和科研院所、设备制造厂家对GIS设备绝缘状态进行在线监测的实验研究，检测的PD信号可供理论分析和应用研究。

附图说明

图1为现有气体绝缘组合电器的实验装置原理图；

图2为图1中的GIS模拟元件放大的结构示意图；

图3为本发明实验装置的原理图；

图4为图3中的GIS模拟元件放大的结构示意图；

图5为图3中放大的“L”形GIS模拟元件结构示意图；

图6为图3中放大的“一”形GIS模拟元件结构示意图；

图7为注入信号实验的程序流程框图。

图中1感应调压器，2无晕实验变压器，3无局部放电保护电阻，4标准电容分压器，5GIS模拟元件，6内置圆环超高频传感器，7外置圆环超高频传感器，8微带线滤波放大器，9超高频智能多路开关，10数字存储示波器，11微型计算机，12螺杆及螺母，13铜接线柱，14端盖，15有机玻璃壳体，16环氧树脂强化拉杆，17高压电极，18接地壳体，19内置圆盘超高频传感器出口，20人工缺陷模型放置口，21真空压力表及进气阀，22内置圆环超高频传感器出口，23支撑绝缘子，24压紧弹簧，25内置圆盘超高频传感器，26低损耗电缆，27GIS模拟元件，28信号发生器，29高压屏蔽线，30球形屏蔽罩。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步说明本发明。

实施例1

如图3～7所示，一种可变结构的气体绝缘组合电器局部放电实验装置包括：感应调压器1、无晕实验变压器2、无局部放电保护电阻3、标准电容分压器4、GIS模拟元件27、内置圆环超高频传感器6、微带线滤波放大器8、超高频智能多路开关9、数字存储示波器10、微型计算机11和信号发生器28等。其特征是：GIS模拟元件27为“T”形结构，用以模拟GIS设备中的“T”形连接部分。“T”形结构的GIS模拟元件27由铜接线柱13、端盖14、内置圆环超高频传感器6、支撑绝缘子23、高压电极17、接地壳体18、真空压力表及进气阀21、螺杆及螺母12组成。在GIS模拟元件27的“T”形结构高压电极17的一端，经球形屏蔽罩30通过高压屏蔽线29与标准电容分压器4连接，用以输入高压实验电压并防止电晕放电造成干扰。在GIS模拟元件27的“T”形结构的每一段高压电极17的端部，各装设一个内置圆环超高频传感器6。在GIS模拟元件27的“T”形结构的左段放置金属突出物缺陷模型，金属突出物缺陷模型通过在GIS模拟元件27的“T”形结构左段高压电极17表面径向处安装一根银针来模拟。通过低损耗电缆26将GIS模拟元件27的“T”形结构左段的内置圆环超高频传感器6与信号发生器28相连，构成超高频PD信号的发生单元，用以产生不同幅值和波形的PD信号。余下的两个内置圆环超高频传感器6，分别通过低损耗电缆26与微带线滤波放大器8相连后，再连接超高频智能多路开关9与数字存储示波器10，最后与微型计算机11相连，构成超高频PD信号的检测系统，用以检测GIS模拟元件27的“T”形结构中的超高频PD信号。

实施例2

一种可变结构的气体绝缘组合电器局部放电实验装置，同实施例1。其特征是：GIS模拟元件27为“L”形结构，用以模拟GIS设备27的“L”形连接部分。在GIS模拟元件27的“L”形结构的左段放置自由金属微粒缺陷模型，自由金属微粒缺陷模型通过在GIS模拟元件27的“L”形结构左段接地壳体18内表面处放置矩形铜片来模拟。余下的一个内置圆环超高频传感器6，通过低损耗电缆26与微带线滤波放大器8相连。

实施例3

一种可变结构的气体绝缘组合电器局部放电实验装置，同实施例1。其特征是：GIS模拟元件27为“一”形结构，用以模拟GIS设备中的“一”形连接部分。在GIS模拟元件27的“一”形结构的左段放置绝缘子表面固定金属微粒缺陷模型，绝缘子表面固定金属微粒缺陷模型通过在GIS模拟元件27的“一”形结构左段的支持绝缘子23表面粘贴矩形锡箔纸来模拟。余下的一个内置圆环超高频传感器6，通过低损耗电缆26与微带线滤波放大器8相连。

实施例4

一种可变结构的气体绝缘组合电器局部放电实验装置，同实施例1。其特征是：将GIS模拟元件27的“T”形结构左段和上段的内置圆环超高频传感器6与信号发生器28相连。在GIS模拟元件27的“T”形结构的左段放置绝缘子表面固定金属微粒缺陷模型，绝缘子表面固定金属微粒缺陷模型通过在GIS模拟元件27的“T”形结构左段的支持绝缘子23表面粘贴矩形锡箔纸来模拟；在GIS模拟元件27的“T”形结构的上段放置气隙缺陷模型，气隙缺陷模型通过在GIS模拟元件27的“T”形结构上段高压电极17与支持绝缘子23之间建立1mm宽度的间隙来模拟。余下的一个内置圆环超高频传感器6的输出端，通过低损耗电缆26，与微带线滤波放大器8相连。

买施例5

一种可变结构的气体绝缘组合电器局部放电实验方法的具体步骤如下：

(1)实验的准备。

在本发明装置中，选用GIS模拟元件27的“T”形结构进行连接，在GIS模拟元件27的“T”形结构左段放置金属突出物缺陷模型，构成加电压实验的信号发生单元。然后将信号发生器28，通过低损耗电缆26，与GIS模拟元件27的“T”形结构左段的内置圆环超高频传感器6的输入端相连，构成注入信号实验的超高频信号发生单元，余下两个内置圆环超高频传感器6的输出端，分别通过低损耗电缆26，与微带线滤波放大器8相连后，再经过超高频智能多路开关9及数字存储示波器10，与微型计算机11相连，构成超高频PD信号的检测系统，用以检测各段GIS模拟装置27的“T”形结构中的超高频PD信号。再用真空泵对GIS模拟元件27的“T”形结构抽真空，并静置10小时后，通过观察真空压力表及进气阀21数值检查GIS模拟元件27的“T”形结构的密封性能良好。最后通过真空压力表及进气阀21，对GIS模拟元件27的“T”形结构充入SF₆气体，直至气压达到实验气压(0.4MPa)为止，再静置10小时，通过观察真空压力表及进气阀21的数值检查GIS模拟元件27的“T”形结构的密封性能良好。

(2)采集超高频PD信号。

第(1)步完成后，对第(1)步准备完毕的实验装置进行加压实验，采集金属突出物缺陷模型的超高频PD信号。即首先调节感应调压器1，缓慢升高实验电压，仔细观察数字存储示波器10上的波形，当出现局部放电脉冲时，记录下此时的实验电压为U_st，该电压U_st为局部放电的起始放电电压。然后再调节感应调压器1，继续缓慢升高实验电压，直至所加电压为起始放电电压(U_st)的1.2倍为止。最后通过数字存储示波器10采集由内置圆环超高频传感器6检测到的PD信号波形，数字存储示波器10的采样频率设置为20Gs/s，所采集信号的总长度为500ns，所以采样点数为10000个，设置采集信号的第一个波峰在第5000个采样点处，并设置数字存储示波器为自动采集存储功能，然后，数字存储示波器10自动采集并存储1000个信号。

(3)注入信号实验。

第(2)步完成后，首先将第(2)步数字存储示波器10存储的1000个信号进行平均(即求其平均值)，并进行归一化处理，得到统计意义的超高频PD波形，然后将此波形输入微型计算机11(即为信号A)，再进行注入信号实验：首先调节感应调压器1，缓慢降低实验电压至0，观察数字存储示波器10不再检测到局部放电脉冲，此时所加缺陷模型不再发生局部放电。然后通过注入信号实验程序，先手动选择预先存储在信号发生器内的超高频PD标准波形函数，超高频PD标准波形函数如下式所示。然后程序自动生成超高频PD标准波形。

$f\left(x\right)=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{a}_i\·e^{-\frac{{(x-b_i)}^2}{{c_i}^2}}$

式中：n表示高斯函数的阶数(即放电脉冲极值的个数)，对于金属突出物缺陷模型，n的取值为5；a_i表示各个波峰的高度，本实验方法中对所有脉冲波形进行归一化处理，所以取a₁＝1×10^-3、a₂＝0.8×10^-3、a₃＝0.6×10^-3、a₄＝0.4×10^-3、a₅＝0.2×10^-3；b_i表示各个波峰所在位置的横坐标x的值，因为试验中采集的第一个波峰位置为第5000个采样点，并且每个波峰出现的时间差为20ns～30ns(即为400～600个采样点)，所以b₁＝5000，b₂＝5500，b₃＝6000，b₄＝6500，b₅＝7000；c_i表示各个波峰的陡度，其取值范围比较广泛，在10～1000之间，本发明方法中取c₁＝10，c₂＝50，c₃＝200，c₄＝500，c₅＝1000。

程序再自动依次调节超高频PD标准波形的幅值和波形参数(即a_i和b_i及c_i)，并通过数字存储示波器10自动采集此时由内置圆环超高频传感器6检测到的PD信号波形(即为信号B)。然后判断信号A与信号B的幅值是否相等，当幅值不相等时，返回重新调节信号幅值；当相等时，则计算信号A与信号B的相关系数是否大于等于0.8：当小于0.8时，返回重新调节信号波形参数；当大于等于0.8时，通过信号发生器28记录并输出此时的波形至微型计算机11存储。输出的波形函数如下式所示：

$f\left(x\right)=0.2002\·e^{\frac{-{(x-4858)}^2}{{4353}^2}}+0.1863\·e^{\frac{-{(x-4444)}^2}{{2152}^2}}-0.9328\·e^{\frac{-{(x-3998)}^2}{{192}^2}}+0.3613\·e^{\frac{-{(x-6097)}^2}{{769}^2}}-0.3475\·e^{\frac{-{(x-5767)}^2}{{119}^2}}.$

实施例6

一种可变结构的气体绝缘组合电器局部放电实验方法的具体步骤如下：

(1)实验的准备。

同实施例5，其特征是：选用GIS模拟元件27的“L”形结构进行连接，在GIS模拟元件27的“L”形结构左段放置自由金属微粒缺陷模型。余下的一个内置圆环超高频传感器6的输出端，通过低损耗电缆26，与微带线滤波放大器8相连。再用真空泵对GIS模拟元件27的“L”形结构抽真空后静置11小时，通过真空压力表及进气阀21，对GIS模拟元件27的“L”形结构充入SF₆气体，达到实验气压(0.4MPa)为止并静置11小时。

(2)采集超高频PD信号。

同实施例5，其特征是：调节感应调压器1的实验电压为起始放电电压(U_st)的1.3倍为止。

(3)注入信号实验。

同实施例5，其特征是：超高频PD标准波形函数式中n为4，程序结束，输出的波形函数如下式所示：

$f\left(x\right)=0.2858\·e^{\frac{-{(x-4305)}^2}{{396}^2}}+0.2332\·e^{\frac{-{(x-4531)}^2}{{977}^2}}-0.1117\·e^{\frac{-{(x-4762)}^2}{{1041}^2}}-0.9565\·e^{\frac{-{(x-3998)}^2}{{19.1}^2}}.$

实施例7

一种可变结构的气体绝缘组合电器局部放电实验方法的具体步骤如下：

(1)实验的准备。

同实施例5。其特征是：选用GIS模拟元件27的“一”形结构进行连接，GIS模拟元件27的“一”形结构的左段放置绝缘子表面固定金属微粒缺陷模型。余下的一个内置圆环超高频传感器6的输出端，通过低损耗电缆26，与微带线滤波放大器8相连。再用真空泵对GIS模拟元件27的“一”形结构抽真空后静置12小时，通过真空压力表及进气阀21，对GIS模拟元件27的“L”形结构充入SF₆气体，达到实验气压(0.4MPa)为止并静置12小时。

(2)采集超高频PD信号。

同实施例5，其特征是：调节感应调压器1的实验电压为起始放电电压(U_st)的1.4倍为止。

(3)注入信号实验。

同实施例5，其特征是：超高频PD标准波形函数式中n为3，程序结束，输出的波形函数如下式所示：

$f\left(x\right)=0.9757\·e^{\frac{-{(x-4000)}^2}{{23.2}^2}}+0.7679\·e^{\frac{-{(x-5298)}^2}{{521.2}^2}}+0.7750\·e^{\frac{-{(x-6661)}^2}{{606.1}^2}}.$

实施例8

一种可变结构的气体绝缘组合电器局部放电实验方法的具体步骤如下：

(1)实验的准备。

同实施例5，其特征是：选用GIS模拟元件27的“T”形结构进行连接，将GIS模拟元件27的“T”形结构左段和上段的内置圆环超高频传感器6与信号发生器28相连。余下的一个内置圆环超高频传感器6的输出端，通过低损耗电缆26，与微带线滤波放大器8相连。在GIS模拟元件27“T”形结构左段放置绝缘子表面固定金属微粒缺陷模型，并在GIS模拟元件27的“T”形结构的上段放置气隙缺陷模型。气隙缺陷模型通过在GIS模拟元件27的“T”形结构上段高压电极17与支持绝缘子23之间建立1mm宽度的间隙来模拟。再用真空泵对GIS模拟元件27的“T”形结构抽真空后静置12小时，通过真空压力表及进气阀21，对GIS模拟元件27的“T”形结构充入SF₆气体，达到实验气压(0.4MPa)为止并静置12小时。

(2)采集超高频PD信号。

同实施例5，其特征是：调节感应调压器1的实验电压为起始放电电压U_st的1.5倍为止；

(3)注入信号实验。

同实施例5，其特征是：程序结束，输出的波形函数如下式所示：

$f\left(x\right)=0.9010\·e^{\frac{-{(x-3998)}^2}{{30.3}^2}}+0.0588\·e^{\frac{-{(x-5156)}^2}{{358.2}^2}}+0.8981\·e^{\frac{-{(x-4368)}^2}{{1779}^2}}-0.9073\·e^{\frac{-{(x-4358)}^2}{{2014}^2}}+\mathrm{0.0.0232}\·e^{\frac{-{(x-7225)}^2}{{1525}^2}}.$

Claims (8)

1.一种可变结构的气体绝缘组合电器局部放电实验装置包括：感应调压器(1)、无晕实验变压器(2)、无局部放电保护电阻(3)、标准电容分压器(4)、GIS模拟元件(27)、内置圆环超高频传感器(6)、微带线滤波放大器(8)、超高频智能多路开关(9)、数字存储示波器(10)、微型计算机(11)和信号发生器(28)，其特征在于还有信号发生器(28)，GIS模拟元件(27)为“T”形结构或“L”形结构，在GIS模拟元件(27)的任一高压电极(17)的一端，经球形屏蔽罩(30)，通过高压屏蔽线(29)与标准电容分压器(4)连接，在GIS模拟元件(27)的“T”形结构或“L”形结构的每一段高压电极(17)的支持绝缘子(23)与端盖(14)之间的接地壳体(18)，通过螺杆及螺母(19)连接，在GIS模拟元件(27)的“T”形结构或“L”形结构的每一段高压电极(17)的端部，分别装设一个内置圆环超高频传感器(6)，根据实验需要，将一个或两个内置圆环超高频传感器(6)的输入端，通过低损耗电缆(26)与信号发生器(28)连接，余下的两个或一个内置圆环超高频传感器(6)的输出端，通过低损耗电缆(26)，与微带线滤波放大器(8)相连。

2.按照权利要求1所述的可变结构的气体绝缘组合电器局部放电实验装置，其特征在于GIS模拟元件(27)为“T”形结构，在GIS模拟元件(27)的“T”形结构的左段放置金属突出物缺陷模型，将GIS模拟元件(27)的“T”形结构左段的内置圆环超高频传感器(6)与信号发生器(28)相连，构成超高频PD信号的发生单元，余下的两个内置圆环超高频传感器(6)，分别通过低损耗电缆(26)与微带线滤波放大器(8)相连。

3.按照权利要求1所述的可变结构的气体绝缘组合电器局部放电实验装置，其特征在于GIS模拟元件(27)为“L”形结构，在GIS模拟元件(27)的“L”形结构的左段放置自由金属微粒缺陷模型，余下的一个内置圆环超高频传感器(6)的输出端，通过低损耗电缆(26)，与微带线滤波放大器(8)相连。

4.按照权利要求1所述的可变结构的气体绝缘组合电器局部放电实验装置，其特征在于，将GIS模拟元件(27)的“T”形结构左段与上段的内置圆环超高频传感器(6)与信号发生器(28)相连，构成超高频PD信号的发生单元，余下的一个内置圆环超高频传感器(6)的输出端，通过低损耗电缆(26)，与微带线滤波放大器(8)相连，在GIS模拟元件(27)的“T”形结构的左段放置绝缘子表面固定金属微粒缺陷模型；在GIS模拟元件(27)的“T”形结构的上段放置气隙缺陷模型。

5.一种可变结构的气体绝缘组合电器局部放电实验方法，其特征在于具体步骤如下：

(1)实验的准备

首先按照实验要求，在本发明装置中，每一次选用“T”形或“L”形结构的GIS模拟元件(27)进行连接，对每个GIS模拟元件(27)，又根据实验的要求，放置金属突出物缺陷模型、绝缘子表面固定金属微粒缺陷模模型、自由金属微粒缺陷模型、气隙缺陷模型中的1～4种绝缘缺陷模型，构成加电压实验的信号发生单元，然后将信号发生器(28)，通过低损耗电缆(26)，与GIS模拟元件(27)中的一个或两个内置圆环超高频传感器(6)的输入端相连，构成注入信号实验的超高频信号发生单元，余下的两个或一个内置圆环超高频传感器(6)的输出端，分别通过低损耗电缆(26)与微带线滤波放大器(8)相连后，再经过超高频智能多路开关(9)及数字存储示波器(10)与微型计算机(11)相连，构成超高频PD信号的检测系统，再用真空泵对GIS模拟元件(27)抽真空，并静置10～12小时后，通过观察真空压力表及进气阀(21)数值检查GIS模拟元件(27)密封性能良好，最后通过真空压力表及进气阀(21)对GIS模拟元件(27)充入SF6气体，直至气压达到实验气压，即0.4MPa，再静置10～12小时，通过观察真空压力表及进气阀(21)数值检查GIS模拟元件(27)密封性能良好；

(2)采集超高频PD信号

第(1)步完成后，对第(1)步准备完毕的实验装置进行加压实验：首先调节感应调压器(1)，缓慢升高实验电压，当出现局部放电脉冲时，记录下此时的实验电压为U_st，然后再调节感应调压器(1)，继续缓慢升高实验电压，直至所加电压为起始放电电压U_st的1.2～1.5倍为止，最后通过数字存储示波器(10)采集由内置圆环超高频传感器(6)检测到的PD信号波形，数字存储示波器(10)的采样频率设置为20Gs/s，并采集总长度为500ns的信号，采样点数为10000个，设置触发电平的位置在第5000个采样点处，并设置数字存储示波器(10)为自动采集存储功能，然后，数字存储示波器(10)自动采集并存储1000个信号；

(3)注入信号实验

第(2)步完成后，首先将第(2)步数字存储示波器(10)存储的1000个信号进行平均，即求其平均值，并进行归一化处理，然后将此波形输入微型计算机(11)，即为信号A，再进行注入信号实验：首先调节感应调压器(1)，缓慢降低实验电压至0，观察数字存储示波器(10)不再检测到局部放电脉冲，此时所加缺陷模型不再发生局部放电，然后通过注入信号实验程序，先根据加压实验中放置的绝缘缺陷模型类型，手动选择预先存储在信号发生器(28)内的超高频PD标准波形函数，然后程序自动生成超高频PD标准波形，超高频PD标准波形函数如下式所示：

$f\left(x\right)=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{a}_i\·e^{-\frac{{(x-b_i)}^2}{{c_i}^2}}$

式中：n表示高斯函数的阶数，即放电脉冲极值的个数，对于不同类型的绝缘缺陷模型，n的取值为3～5；a_i表示各个波峰的高度，a₁＝1×10^-3、a₂＝0.8×10^-3、a₃＝0.6×10^-3、a₄＝0.4×10^-3、a₅＝0.2×10^-3；b_i表示各个波峰所在位置的横坐标x的值，b₁＝5000，b₂＝5500，b₃＝6000，b₄＝6500，b₅＝7000；c_i表示各个波峰的陡度，c₁＝10，c₂＝50，c₃＝200，c₄＝500，c₅＝1000；

程序再自动依次调节超高频PD标准波形的幅值和波形参数，即a_i和b_i及c_i，并通过数字存储示波器(10)自动采集此时由内置圆环超高频传感器(6)检测到的PD信号波形，即为信号B，然后判断信号A与信号B的幅值是否相等：当幅值不相等时，返回重新调节信号幅值；当相等时，则计算信号A与信号B的相关系数是否大于等于0.8：当小于0.8时，返回重新调节信号波形参数；当大于等于0.8时，通过信号发生器(28)记录并输出此时的波形至微型计算机(11)存储。

6.按照权利要求5所述的可变结构的气体绝缘组合电器局部放电实验方法，其特征在于具体步骤如下：

(1)实验的准备

同权利要求5，其特征是：选用GIS模拟元件(27)的“T”形结构进行连接，在GIS模拟元件(27)的“T”形结构左段放置金属突出物缺陷模型，将信号发生器(28)，通过低损耗电缆(26)，与GIS模拟元件(27)的“T”形结构左段的内置圆环超高频传感器(6)的输入端相连，余下的两个内置圆环超高频传感器(6)，分别通过低损耗电缆(26)与微带线滤波放大器(8)相连，再用真空泵对GIS模拟元件(27)的“T”形结构抽真空后，静置10小时，通过真空压力表及进气阀(21)，对GIS模拟元件(27)的“T”形结构充入SF₆气体，达到实验气压，即0.4MPa，并静置10小时；

(2)采集超高频PD信号

同权利要求5，其特征是：调节感应调压器(1)的实验电压为起始放电电压U_st的1.2倍为止；

(3)注入信号实验

同权利要求5，其特征是：超高频PD标准波形函数式中n＝5，程序结束，输出的波形函数如下式所示：

$f\left(x\right)=0.2002\·e^{\frac{-{(x-4858)}^2}{{4353}^2}}+0.1863\·e^{\frac{-{(x-4444)}^2}{{215.2}^2}}-0.9328\·e^{\frac{-{(x-3998)}^2}{19.2^2}}+0.3613\·e^{\frac{-{(x-6097)}^2}{769^2}}-0.3475\·e^{\frac{-{(x-5767)}^2}{119^2}}.$

7.按照权利要求5所述的可变结构的气体绝缘组合电器局部放电实验方法，其特征在于具体步骤如下：

(1)实验的准备

同权利要求5，其特征是：选用GIS模拟元件(27)的“L”形结构进行连接，在GIS模拟元件(27)的“L”形结构左段放置自由金属微粒缺陷模型，余下的一个内置圆环超高频传感器(6)，分别通过低损耗电缆(26)与微带线滤波放大器(8)相连，再用真空泵对GIS模拟元件27的“L”形结构抽真空后静置11小时，通过真空压力表及进气阀21，对GIS模拟元件27的“L”形结构充入SF₆气体，达到实验气压，即0.4MPa，并静置11小时；

(2)采集超高频PD信号

同权利要求5，其特征是：调节感应调压器(1)的实验电压为起始放电电压U_st的1.3倍为止；

(3)注入信号实验

同权利要求5，其特征是：超高频PD标准波形函数式中n＝4，程序结束，输出的波形函数如下式所示：

$f\left(x\right)=0.2858\·e^{\frac{-{(x-4305)}^2}{{396}^2}}+0.2332\·e^{\frac{-{(x-4531)}^2}{{977}^2}}-0.1117\·e^{\frac{-{(x-4762)}^2}{{1041}^2}}-0.9565\·e^{\frac{-{(x-3998)}^2}{{191}^2}}.$

8.按照权利要求5所述的可变结构的气体绝缘组合电器局部放电实验方法，其特征在于具体步骤如下：

(1)实验的准备

同权利要求5，其特征是：选用GIS模拟元件(27)的“T”形结构进行连接，在GIS模拟元件(27)“T”形结构左段放置绝缘子表面固定金属微粒缺陷模型，并在GIS模拟元件(27)的“T”形结构的上段放置气隙缺陷模型，构成加电压实验的信号发生单元，余下的一个内置圆环超高频传感器(6)，分别通过低损耗电缆(26)与微带线滤波放大器(8)相连，再用真空泵对GIS模拟元件27的“T”形结构抽真空后静置12小时，通过真空压力表及进气阀21，对GIS模拟元件27的“T”形结构充入SF₆气体，达到实验气压(0.4MPa)为止并静置12小时；

(2)采集超高频PD信号

同权利要求5，其特征是：调节感应调压器(1)的实验电压为起始放电电压U_st的1.5倍为止；

(3)注入信号实验

同权利要求5，其特征是：超高频PD标准波形函数式中n＝5，程序结束，输出的波形函数如下式所示：

$f\left(x\right)=0.9010\·e^{\frac{-{(x-3998)}^2}{{30.3}^2}}+0.0588\·e^{\frac{-{(x-5156)}^2}{{3582}^2}}+0.8981\·e^{\frac{-{(x-4368)}^2}{{1779}^2}}-0.9073\·e^{\frac{-{(x-4358)}^2}{2014^2}}+0.00232\·e^{\frac{-{(x-7225)}^2}{1525^2}}.$

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