CN101598762A - 一种传感器及监测气体绝缘金属封闭开关局部放电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种传感器及监测气体绝缘金属封闭开关局部放电装置。所述传感器包括感应电极、导电棒、监测接头和终端电阻；所述感应电极，用于感应气体绝缘金属封闭开关设备局部放电时产生的特高频电磁波；所述导电棒，用于将所述特高频电磁波发送至所述监测接头；所述监测接头的一端连接终端电阻，所述终端电阻接地；所述监测接头的另一端连接信号显示设备。由于GIS自身的同轴结构，特高频电磁波可在GIS内部有效地传播，而现场干扰信号的频率在空气中传播时衰减很快。因此，本发明基于特高频法监测GIS局部放电的装置可以不受现场低频干扰信号的影响，可以准确监测GIS内部是否产生局部放电。
Description
技术领域
本发明涉及电气监测技术领域，特别涉及一种传感器及监测气体绝缘金属封闭开关局部放电装置。
背景技术
由于气体绝缘金属封闭开关设备(GIS，Gas Insulated Switchgear)的制造工艺以及运输、现场装配等原因，GIS不可避免的存在绝缘缺陷。这类缺陷在电压作用下会产生局部放电，从而诱发绝缘故障。从运行实践来看，绝缘故障始终是GIS故障中不可忽视的因素，而且，随着电压等级的提高绝缘故障率随之上升。因此，特高压现场GIS的绝缘诊断技术愈来愈被制造厂家和用户重视，其中最主要的是进行GIS局部放电的监测。
目前，监测局部放电的一般方法为超声监测法。超声监测法的原理为：当发生局部放电时，GIS会发射声音信号。通过分析采集的声音信号的有效性，峰值的大小，有效值与峰值的比例关系，可以判断GIS存在的局部放电及其位置。
由于常规测量GIS局部放电的方法是依据超声原理，而超声检测法使用的传感器的灵敏范围为20-100KHz。电力系统中的电晕放电等主要电磁干扰信号的频率一般在150MHz以下。因此，超声检测法利用的传感器的灵敏范围容易受电力系统中电磁干扰信号的干扰，从而造成监测GIS局部放电不准确。
发明内容
本发明要解决的技术问题是一种传感器及监测气体绝缘金属封闭开关局部放电装置，能够不受现场环境的干扰，监测准确。
本发明提供一种传感器，包括感应电极、导电棒、监测接头和终端电阻；
所述感应电极，用于感应气体绝缘金属封闭开关设备局部放电时产生的特高频电磁波；
所述导电棒，用于将所述特高频电磁波发送至所述监测接头；
所述监测接头的一端连接终端电阻，所述终端电阻接地；
所述监测接头的另一端连接信号显示设备。
优选地，所述感应电极为圆盘形状，材料为铝。
优选地，所述特高频传感器的外部设有端子箱，所述端子箱接地。
优选地，所述监测接头为N型同轴电缆接头。
优选地，所述信号显示设备为示波器。
本发明还提供一种监测气体绝缘金属封闭开关局部放电装置，包括：放大器、示波器和所述传感器。
所述传感器安装在气体绝缘金属封闭开关设备的内部，用于监测气体绝缘金属封闭开关设备局部放电时产生的特高频电磁波，将监测到的特高频电磁波转换为电压信号，发送所述电压信号至所述放大器；
所述放大器，用于放大所述电压信号，将放大后的电压信号发送至所述示波器；
所述示波器，用于显示所述放大后的电压信号，所述示波器上的电压刻度预先经过脉冲电流法标定对应的电荷量。
优选地，所述示波器上的电压刻度预先经过脉冲电流法标定对应的电荷量具体为：
在实验室内，利用所述传感器和脉冲电流法同时监测气体绝缘金属封闭开关局部放电，用所述脉冲电流法监测的电荷值对应标定传感器监测到的电压信号。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明提供的传感器和监测GIS局部放电装置，利用特高频(UHF，UltraHigh Frenqency)法监测GIS局部放电，将监测到的电磁波信号转换为电压信号，电压信号经过放大器放大，显示在示波器上。本发明预先在实验室内通过脉冲电流法和特高频法同时测量GIS局部放电，利用脉冲电流法对特高频法测量的电压值进行电荷量的标定。实际监测时通过观察示波器上的电压读数通过查表得到对应的电荷量，判断GIS内部是否发生局部放电。GIS局部放电产生的电磁波包括大于1GHz的频率成分。由于GIS自身的同轴结构，特高频电磁波可在GIS内部有效地传播，而现场干扰信号的频率在空气中传播时衰减很快。因此，本发明基于特高频法监测GIS局部放电的装置可以不受现场低频干扰信号的影响，可以准确监测GIS内部是否产生局部放电。
附图说明
图1是基于本发明装置结构示意图；
图2是基于本发明特高频传感器示意图；
图3是基于本发明监测GIS局部放电的电路原理图；
图4是基于本发明1100kV变电站中GIS的一次主接线；
图5是基于图4的监测GIS局部放电装置的布局示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
为了使本领域技术人员更好地理解本发明，下面简单介绍一下特高频法测量GIS局部放电的原理。
GIS局部放电的现场试验和在线检测均可采用UHF检测法，其原理是：GIS内局部放电时产生的电流脉冲激发出电磁波，包括中低频和UHF段(0.3～3GHz)电磁波，其中超高频成分可在GIS内部有效地传播，然后根据传感器接收的信号来分析局部放电的严重程度及其位置。由于使用UHF段信号检测，可避开常规的电气干扰(主要是＜150MHz的电晕干扰)。
本发明是基于特高频法的原理在线监测GIS局部放电。
下面结合附图详细说明所述特高频传感器的组成。
参见图1，该图为基于本发明特高频传感器示意图。
本实施例提供的传感器包括感应电极103、终端电阻105、监测接头106、同轴电缆107和导电棒108。
所述感应电极103设置在GIS壳体102的内部，用于感应GIS内部放电产生的特高频电磁波。
GIS壳体102的中心位置为GIS导体101。
需要说明的是，本实施例优选感应电极103为圆盘形状，材料为铝。
感应电极103通过导电棒108与监测接头106连接。
所述导电铜棒108材质为铜，可以根据需要选用其他导体。
所述监测接头106的一端连接终端电阻105，另一端通过同轴电缆107连接放大器。
所述终端电阻105接地。
所述终端电阻105有两个作用：1)作为匹配电阻，使传输信号最大化；优选标准值可以是50Ω左右；2)防止过电压，保证作业人员安全。
所述特高频传感器的外部设有端子箱104，所述端子箱104接地。端子箱104可以起到固定和保护特高频传感器的作用。
所述监测接头106为N型同轴电缆接头。
本实施例提供的传感器的感应电极设置在GIS壳体的内部。由于GIS内部填充高压SF6气体，局部放电总是在很小范围内发生，因此具有极快的击穿时间。这种具有快速上升时沿的局部放电脉冲包含有从直流到超过1GHz的频率成分。超高频(300～3000MHz)电磁波可以在GIS的同轴结构中有效地传播，因此选择超高频段的电磁波作为监测信号可以避开低频率的环境干扰信号，从而提高信噪比，保证监测局部放电的准确性。
参见图2，该图为基于本发明装置结构示意图。
本实施例提供的监测GIS局部放电的装置包括传感器201、放大器202和示波器203。
所述传感器201安装在气体绝缘金属封闭开关设备的内部，用于监测气体绝缘金属封闭开关设备局部放电时产生的特高频电磁波，将监测到的特高频电磁波转换为电压信号，发送所述电压信号至所述放大器202。
所述传感器的具体结构前文已经做了详细介绍，在此不再赘述。
所述放大器202，用于放大所述电压信号，将放大后的电压信号发送至所述示波器203。
由于特高频段的信号较弱，因此需要采用精密的放大器对监测的信号进行放大。
本实施例优选的放大器的频率范围为2～2600MHz，增益为+40dB。
所述示波器203，用于显示所述放大后的电压信号，所述示波器203上电压刻度预先经过脉冲电流法标定对应的电荷量。
本实施例优选的示波器采用最大采样率为40GS/s，模拟带宽为2.5GHz。
需要说明的是，本发明实施例预先在实验室内采用特高频法和脉冲电流法同步测量GIS内部的局部放电情况。利用脉冲电流法对特高频法测量的电压值进行标定，得到电压信号对应的电荷量。然后，在实际设备上可以单独利用特高频法监测GIS局部放电情况。因为脉冲电流法受现场环境干扰严重，不适宜在现场中监测GIS局部放电。而特高频法不受现场干扰信号的影响，可以准确监测GIS内部是否出现局部放电。
下面介绍本发明提供的传感器监测GIS局部放电的原理，参见图3，该图为基于本发明监测GIS局部放电的电路原理图。
GIS导体101与感应电极之间等效为电容C1。
感应电极与地之间等效为电容C2。
电容C1和电容C2之间的连接点定义为A点。
A点与地之间并联电阻R，即电阻R与电容C2并联。
A点直接输出监测信号。
从图3中可以看出，输出的监测信号是电容C2和电阻R上的电压信号。
本发明通过在实验室内对测量的特高频电压信号进行了标定。
利用特高频法和脉冲电流法同步监测GIS局部放电，具体方法为：在试验对象筒体处放置异物，加压使异物放电。绝缘盆子将试验对象筒体与试验用GIS分开，这样可以防止异物放电时对试验用GIS破坏。试验用GIS具有结合电容器的功能。传感器的圆盘式感应电极可以监测出试验用GIS内传播的特高频电磁波，将特高频电磁波转换为电压信号，所述电压信号经过放大器放大后显示在示波器上。
因为GIS局部放电是利用特高频法和脉冲电流法同步测量，因此特高频法监测的电压信号对应的视在电荷可以通过脉冲电流法来标定。
下面介绍本发明实施例中特高频传感器安装的位置。首先介绍1100kV变电站中GIS的一次主接线，参见图4。
图4仅示出第一段母线的示意图，1M表示第一段母线。1主变表示第一主变压器。
在断路器GCB(Gas Circuit Breaker)的两侧依次对称设置电流互感器、接地开关(ES，Earth Switch)和隔离开关(DS，Disconnect Switch)。
在实验室内试验时，特高频传感器可以测量出约3pC的放电电荷量。
当局部放电信号通过绝缘盆子及GIS的分支母线时将会发生衰减，根据试验测量数据得到特高频信号通过1100kV GIS一个绝缘盆子的衰减率为16％左右，一个L形母线的衰减率为30％左右。
现场衰减值的判断：本发明实施例在1100kV特高频现场局部放电监测装置中使用放大倍数为40dB的放大器。
通过一个绝缘盆子在特高频传感器附近发生10pC的局部放电时，输出的电压约为50000mV。当局部放电信号通过绝缘盆子及GIS的分支母线时，将会发生衰减。本实施例传感器的配置中，局部放电信号的峰值的最坏情况是衰减到初期值的5％。因此，为了使本实施例提供的局部放电监测装置在现场能够监测到10pC的局部放电，设定其判定基准为：50000mV×0.05＝2500mV。
参见图5，该图为基于图4的监测GIS局部放电装置的布局示意图。
本实施例在1100kV变电站的GIS接线上设置多个特高频传感器，如图所示，A、B和C处表示三个高压套管，这三个高压套管分别连接三条母线，在每条母线上设置多个监测GIS局部放电的特高频传感器。
这段接线图上安装了8组特高频传感器，如图5所示的501-508，每组包括3个特高频传感器，因此，共设置了24个特高频传感器。
比较预埋的各个特高频传感器所监测到的局部放电信号的大小，局部放电信号最大的特高频传感器位置即为靠近放电源的位置。这样可以对GIS局部放电的具体位置进行定位。
需要说明的是，24个特高频传感器可以共用一套放大器和示波器，也可以分几个一组共用一套放大器和示波器，也可以每个特高频传感器单独配备一套放大器和示波器。
判定放电源位置后，根据现场示波器的读数，结合局部放电信号的衰减率及放大器的放大倍数后，计算出局部放电的电荷量。
本发明实施例通过特高频传感器判定GIS产生局部放电的基准为：
在中性点有效接地的电网系统中，如果GIS在电压1.1Um/
下，其中Um是指电网最高运行电压，每个间隔测量的GIS局部放电量大于5pC时，判定GIS产生局部放电；如果单个绝缘件GIS局部放电量大于3pC时，判定GIS产生局部放电。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (7)
1、一种传感器，其特征在于，包括感应电极、导电棒、监测接头和终端电阻；
所述感应电极，用于感应气体绝缘金属封闭开关设备局部放电时产生的特高频电磁波；
所述导电棒，用于将所述特高频电磁波发送至所述监测接头；
所述监测接头的一端连接终端电阻，所述终端电阻接地；
所述监测接头的另一端连接信号显示设备。
2、根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述感应电极为圆盘形状，材料为铝。
3、根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述特高频传感器的外部设有端子箱，所述端子箱接地。
4、根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述监测接头为N型同轴电缆接头。
5、根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述信号显示设备为示波器。
6、一种监测气体绝缘金属封闭开关局部放电装置，其特征在于，包括：放大器、示波器和如权利要求1所述的传感器；
所述传感器安装在气体绝缘金属封闭开关设备的内部，用于监测气体绝缘金属封闭开关设备局部放电时产生的特高频电磁波，将监测到的特高频电磁波转换为电压信号，发送所述电压信号至所述放大器；
所述放大器，用于放大所述电压信号，将放大后的电压信号发送至所述示波器；
所述示波器，用于显示所述放大后的电压信号，所述示波器上的电压刻度预先经过脉冲电流法标定对应的电荷量。
7、根据权利要求6所述的监测气体绝缘金属封闭开关局部放电装置，其特征在于，所述示波器上的电压刻度预先经过脉冲电流法标定对应的电荷量具体为：
在实验室内，利用所述传感器和脉冲电流法同时监测气体绝缘金属封闭开关局部放电，用所述脉冲电流法监测的电荷值对应标定传感器监测到的电压信号。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20091209 |