CN1021136C - 充气绝缘电气装置内的故障探测法和探测仪 - Google Patents

Abstract

一种探测充气绝缘电气装置内故障的探测方法和探测仪，用以从金属外壳的外面探出在金属外壳内出现的绝缘故障的位置。若干装在金属外壳内某些位置上的探头(So-Sn)发出控测信号，从中得出在500MHz或500MHz以上的高频带频谱强度(YH)，从各探头的频谱强度和安装位置的关系中算出具有最大频谱强度的位置，此位置即为部分放电的位置(X)。

Description

本发明涉及充气绝缘电气装置内的故障探测法和探测仪，用以从金属外壳外面探出在金属外壳内发生的绝缘故障的位置。

当具有装在充有绝缘气体的金属外壳内、由绝缘支承构件支承的高压导线的充气绝缘电气装置发生绝缘故障而不立即排除时，会造成击穿绝缘的严重事故。因此，必须从金属外壳的外面在具有故障征兆的阶段，例如在出现部分放电的阶段，就从金属外壳的外面探测故障以便采取适当的对策。因此，现在已有探测充气绝缘电气装置内故障的各种探测法和探测仪。

其中的一个例子是日本审查前的公开号为62-245976的专利申请所公开的方案，在此方案中，采用装在金属外壳内部的若干探头，根据探头探出的故障信号在传播时间上的差异来确定故障的位置。这种电气装置的故障探测仪具有若干探测器、一个测量器和一个定位器;各探测器由一电抗器构成，这些探测器装在一些串接而由绝缘隔片隔开的金属外壳中，每个金属外壳中装一个探测器，用以探测部分放电产生的电压;测量器跨接在电抗器上;定位器根据各探测器探测信号的定时关系确定部分放电的位置。与探测器联接的测量器测取由于部分放电而在各探测器电抗器两端所产生的电压，并向定位器发出不同定时关系的探测信号，定位器即根据探测信号的时间差异确

定故障的位置。

另一个例子是日本审查前公开号为59-136661的专利申请所公开的方案，这种探测仪通过探测由于部分放电产生的光辐射来确定故障的位置。这种探测仪具有若干光导体、一个透明保护构件、

一个接收电极和一个信号输出器;光导体沿筒形密封外壳纵向敷设在其内表面上，外壳内装有充气绝缘导线，光导体各具有一接收光线的端面，各光导体的端面各位于其不同的部位;透明保护部件装在密封的外壳上，盖住光导体的外段;接收电极由多孔板料构成，盖住保护构件的外段;信号输出器将信号从电极引出并将信号从光导体引出密封外壳。这样就能以实际上不受部分放电压充气绝缘电气装置轴线上所处位置影响的恒定灵敏度来检测部分放电，从而确定放电的位置。

另一个例子是由在1986年9月30日至10月1日举行的第19届电气绝缘材料交流会会议录中题为“采用AE传感器对充分电气传输线的绝缘诊断”一文提出的，这是通过探测异物碰撞声来确定故障的位置的。

但是，由上述这些一般的探测充气绝缘电气装置内故障的探测法和探测仪所探得的故障位置，其准确度不能令人满意，因为根据部分放电的位置和其严重程度，往往要求迅速探出故障的位置，而且探出和修复故障的动作要尽可能迅速，尽可能减小对供电的影响。为此，必须准确确定故障位置，但这对于一般的故障探测法和探测仪是不能胜任的。此外，对于一般的探测法和探测仪来说，不可能探出很弱的部分放电的位置，这对于找出某些故障的原因和探出其位置来说更为不利。为此迫切要求一种更灵敏的故障探测法和探测仪。

本发明的主要目的在于提供一种可以准确探出部分放电位置的故障探测法和探测仪。

本发明的另一目的在于采用最少量的探头探测充气绝缘电气装置内的故障。

本发明的另一目的在于探测与充气绝缘电气装置联接的装置内的故障。

本发明的另一目的在于探出充气绝缘电气装置内的故障，并修复故障。

为达到上述这些目的，本发明的方法特征在于将若干探头置于金属外壳内的某些部位以取得500MHz以上的高频带频谱强度，从而从各探头频谱强度和各探头位置之间的相互关系中探出具有最大频谱强度的部分放电的位置。

为达到上述这些目的，本发明的探测仪具有若干置于金属外壳内某些位置上的探头、对由探头测取的信号分析其频谱以取得各频谱强度的频谱分析器和根据各探头位置和相应频谱强度探出具有最大频谱强度的部分放电位置的定位器。

根据本发明的故障探测法，由部分放电压金属外壳的很宽范围内产生的电磁波可用探头探出，从而取得频谱强度。电磁波受金属外壳内壁体阻力等影响具有衰减的性质，从而形成由各探头探出的、由于部分放电位置与各探头之间的距离不同而造成的不同的频谱强度。因此，就可从各探头频谱强度和各探头位置之间的关系中容易地算出最大频谱强度，从而可容易地探出部分放电的位置。

本发明故障探测仪具有上述根据频谱强度探出部分放电位置的手段，因而可通过对近处所发出的噪音进行鉴别以精确地探出故障的位

置。

图1为探测充气绝缘电气装置内故障所用本发明探测仪的第一实施例的方框图;

图2为图1基本部分的放大图;

图3为用于说明本发明的频谱特性曲线图;

图4为用许多探头探测故障的本发明方法的曲线图;

图5为用四个探头探测故障的本发明方法的曲线图;

图6为用三个探头探测故障的本发明方法的曲线图;

图7为用两个探头探测故障的本发明方法的曲线图;

图8为表示探测电平下降的特性曲线图;

图9和图10为确定探头安装位置的特性曲线图;

图11至图14为充气绝缘电气装置内母线分支上各探头的布置示意图;

图15为根据本发明第二实施例采用故障探测仪的充气绝缘电气装置的截面图;

图16为根据本发明第三实施例采用故障探测仪的充气绝缘电气装置的前视图;

图17为图16所示探测仪的频谱曲线图;

图18为本发明故障探测法的曲线图;

图19为采用本发明故障探测仪的充气绝缘电气装置的前视图;

图20为图19所示探测仪的频谱曲线图;

图21为图19所示探测仪的故障探测法曲线图;

图22为配有本发明故障探测仪的变电所内充气绝缘开关装置的布线图;

图23为综合以上各实施例中本发明故障探测法的流程图;

图24和图25为用以测定频谱强度的本发明另一实施例的频谱特征曲线图。

本发明的各实施例将参照各附图予以阐述。

图1所示为充气绝缘电气装置的故障探测仪，图中本发明用于作为充气绝缘电气装置的单相充气绝缘母线上。图2为图1中A部分的放大图。在图1中，管状金属外壳3内充有SF₆或类似的绝缘气体，并装有一高压导线2，此导线用一绝缘隔片一类绝缘支承构件支承。在金属外壳3内装有若干位于100a-100n的探头So-Sn，各相邻探头的间距依次为1₁-1_n。

图2所示为探头S的详图，金属外壳3具有一操作腔5，该腔用端板7封闭，端板7以其内侧通过一绝缘体8支承在一探测电极9上。探测电极9用一绝缘端子10与端板7绝缘，绝缘端子10将电极信号引至金属外壳3的外部，用以和故障探测器20连接。探测电极9面对高压导线2设置，该导线用一设于金属外壳3内部的绝缘支承件1支承。

除图1所示探头So-Sn外，故障探测器20具有频谱强度检测器21、根据各探头频谱强度和各探头位置之间的关系确定具有最大频谱强度的位置的定位器22和显示故障位置的显示器30。

频谱强度检测器21用放大器24放大探头So-Sn的信号，这可在接收由探头选择器23输出的信号时将所有信号同时放大，也可以周期地一次放大一个;用频率分析器25分析探测信号的频率分量;用频谱鉴别器26判断频谱中有无位于高频带内的故障信号;用频谱强度测定计27测定故障信号的频谱强度。

故障定位器22通过频谱强度比较器28对各探头故障信号的频谱强度进行比较以确定最大频谱强度;通过故障定位计29测出具有最大频谱强度的探头位置以确定故障的位置。定位操作结果可用各种方法表示，在本实施例中采用显示器30显示。

在上述故障探测器20中，部分放电信号根据图3所示频谱的图象进行鉴别。出现在充气绝缘电气装置金属外壳3中的部分放电产生如图3实线所示从低频到高频很宽的频率分量。频谱包括如300B所示500MHz以上的大部分高频分量，而在充气绝缘电气装置以外出现的部分放电作为外来噪声可用频谱300A表示，其中包括如虚线所示的低于500MHz的大部分低频分量。因此，内部放电可以根据探头信号频谱中500MHz以上的高频分量预测出来。根据这一原理，图1中的检测器21可一次同时或逐个依次地测出各探头So-Sn的信号中高频分量的频谱强度YH。

图4为在采用许多探头的情况下，本发明故障检测法的曲线图。图1中所示定位器22随即从各YH最大值相对于各探头位置的分布曲线中确定具有最大频谱强度的点P，也就是如图4所示用最小的乘法这样一种方法，从各探头频谱强度的峰值包络线中确定具有最大频谱强度的点P，从而确定部分放电位置X。同时，还可确定部分放电的YHX值。

图4示出了由约数百个PC（微微库伦）较大局部放电的探测中得出的包络线，由这种较大的局部放电产生的电磁波信号在金属外壳的较大范围内传播，因而很多探头都能探到，通过由许多探测信号形成的包络线就可容易地测出最大频谱强度点P，从而可容易地确定部分放电的位置x。另一方面，由较弱部分放电产生的电磁波信号在距

部分放电位置一定的距离内衰减到背景噪音（BGN）的电平，因此，仅仅靠近部分放电的部分探头才能探测到。采用少量探测信号的探测法也还是很可取的，现阐述如下：

图5所示为仅用四个分布在100e-100h上的探头S₄-S₇探测较弱部分放电的故障探测法。将由位于100e和100f的探头S₄和S₅得出的频谱强度YH₄最大和YH₅最大的连线Y₁₀和由位于100g和100h的探头S₆和S₇得出的频谱强度YH₅最大和YH₇最大的连线Y₂₀延长即可得出一交点P₁，从这一交点就可得出一推测的最大频谱强度，对应于P₁的一点X₁就是部分放电的位置，其频谱强度值为YHx₁。

图6所示为将探测部分放电的探头减到三个时的故障探测法。较弱的部分放电是用装在金属外壳内位于100i、100j和100k的探头S₈、S₉和S₁₀进行探测的。根据在这些部位的频谱强度YH₈最大、YH₉最大和YH₁₀最大和这些部位之间的距离l₉和l₁₀计算出由部分放电产生的在金属外壳中传输的电磁波的衰减系数α₁，采用测得的值α₁就可确定部分放电的位置。

假定比较三点的探测信号电平得出：YH₉最大＞YH₈最大＞YH₁₀最大。然后，从最大频谱强度YH₉最大、最小频谱强度YH₁₀最大以及探头S₉和S₁₀之间的距离l₁₀测出衰减系数α₁。由频谱强度YH₈最大和衰减系数α₁可确定线Y₄₀，连接S₉和S₁₀的频谱强度YH₉最大和YH₁₀最大可确定线Y₃₀两线相交可得点P₂。点X₂即为测得的部分放电的位置，其值为YHX₂。上述故障探测结果可通过几何关系计算如下，由图6得以下三式：

YHX₂-α₁·X₂＝YH₈最大 （1）

YHX₂-α₁·（l₉-X₂）＝YH₉最大 （2）

YHX₂-α₁·（l₉+l₁₀-X₂）＝YH₁₀最大 （3）从式（2）减去式（3）得衰减系数α₁如下：

YHX₂-α₁·（l₉-X₂）-｛YHX₂-α₁·（l₉+l₁₀-X₂）｝＝YH₉最大-YH₁₀最大α₁·l₁₀＝YH₉最大-YH₁₀最大

α₁＝ (YH₉最大－YH₁₀最大)/(l₁₀) （4）

式（1）和（2）相加得YHX₂如下：

YHX₂-α₁·X₂+YHX₂-α₁·（l₉-X₂）

＝YH₈最大+YH₉最大

2YHX₂-α₁·l₉＝YH₈最大+YH₉最大

2YHX₂＝YH₈最大+YH₉最大+α₁·l₉（5）

将式（5）代入式（4）得：

2YHX₂＝（YH₈最大+YH₉最大）+

(l9)/(l10) （YH₉最大-YH₁₀最大）

YHX₂＝1/2｛（YH₈最大+YH₉最大）+

(l₉)/(l₁₀) （YH₉最大-YH₁₀最大）｝ （6）

将式（4）和（6）代入式（1）得X₂如下：

1/2｛（YH₈最大+YH₉最大）+ (l₉)/(l₁₀) （YH₉最大-

-YH₁₀最大）｝-（ (YH₉最大－YH₁₀最大)/(l₁₀) ）X₂

＝YH₈最大

X₂＝ (l₁₀)/2 · ((YH₉最大－YH₈最大))/((YH₉最大－YH₁₀最大)) + (l₉)/2 （7）

根据这一故障探测法，可容易并精确地从三个探头S₈-S₁₀的探测信号中得出部分放电的位置。

图7表示仅用两个探头的故障探测法。这一方法在于通过由探头S₈和S₉测得的频谱强度YH₈最大和YH₉最大，再利用预置的衰减系数α₀得出衰减线Y₆₀和Y₅₀，再确定此两衰减线的交点P₃，从而得出部分放电的位置X₃和值YHX₃。YHX₃和X₃的值可方便地从图7中推导出的以下方程式中计算出来。

YHX₃-α₀·X₃＝YH₈最大 （8）

YHX₃-α₀（l₉-X₃）＝YH₉最大 （9）

式（8）和（9）相加得YHX₃如下：

2YHX₃-α₀·X₃-α₀·l₉+α₀·X₃＝

YH₈最大+YH₉最大

YHX₃＝1/2（YH₈最大+YH₈最大+α₀·l₉） （10）

从式（8）中减去式（9）得X₃如下：

-α₀·X₃+α₀·l₉-α₀·X₃＝YH₈最大-YH-YH₉最大

X₃＝（YH₉最大-YH₈最大）· 1/(2·α _o ) + (l₉)/2 （11）

这种故障探测法为探测故障只需最少量的探头，即两个探头，使探头数量大为减少。

结合图7所述故障探测法也可以得出图4至图6所述故障探测结果。图6所述故障探测法也可用以得出图4至图5所述故障探测结果。将一个以上的故障探测法联合使用，可进一步提高探测的精确度。上述各故障探测法可用于等距离设置探头So-Sn的情况，也可用于非等距离设置探头的情况。

将故障探测法用于上述较弱部分放电时，各探头的布置必须加以考虑。下面将参照图8、9和10阐述探测微弱部分放电时各探头的布置条件。图8为表示探测电平减弱的特性曲线图，图9、图10为用以确定探头位置的特性曲线图。

图8表明频谱强度随部分放电位置至探头之间距离的变化而变化，说明探头输出值的线性减弱程度与探头至部分放电位置的距离成正比。当电荷量大至Q＝100PC（微微库伦）时，在距离分放电30m处时部分放电完全可测出，而对有害的最弱的放电量Q＝10

PC在10m以上的距离内是测不出的。因此，该图表明：用一个探头探测弱至Q＝10PC的部分放电所需探测范围约为10m。

根据这一探测结果，探头S₁-S₃如图9所示设于间隔为10m的100b、100c和100d处。位于100c处的探头S₂其探测范围，如图中虚线所示，覆盖着探头S₁和S₃的100b和100d处，位于100b和100d处的探头S₁和S₃，其探测范围如图中实线所示，覆盖着探头S₂的100c处。因此，100b和100c间的任何部分放电总是可以用两个或两个以上的探头探出，所以部分放电位置可以用结合图7或图6所述方法准确探出。

在图10中，探头S₁-S₃设于100b-100d处，间隔为20m，为图9中间距的两倍。对于Q＝10PC的部分放电，各探头的探测范围仅到达相邻两个探头间的中点a和b处，任何发生在40m范围内的部分放电总有一个探头可以将其探出。例如：当部分放电由探头S₁在100b处测出时，在100c和100d处的相邻探头S₂和S₃则不能探出，可以肯定，近10PC的部分放电会在点a和点b间的某处出现。数+PC或数+PC以上的部分放电，用两个以上的探头探测时，采用结合图6和7所述方法可以准确地探出。采用上述实施例使探头数量大为减少。对于故障探测仪的简化和降低造价是很为有利的。

上述各故障探测的实施例用于图1所示具有直线形结构的充气绝缘电气装置。实际上装设在变电所的充气绝缘电气装置具有许多分支部分，下面将阐述这类充气绝缘电气装置中的故障探测法和探测仪。

在图11所示的充气绝缘电气装置中，母线20A、20B和20C布置成倒T字形而具有一正交连接。探头S₁₃设在母线

20A上。距连接点0的距离为l₃₀，探头S₁₄设在母线20B上，距连接点0的距离为l₄₀，探头S₁₅设在母线20C上，与连接点0的距离为l₅₀。在此实例中，从连接点0至探头的距离为l₃₀＝l₄₀＝l₅₀。这里没有示出与图1所示相同的故障探测器。

根据探头的这一布局，三个探头S₁₃-S₁₅中具有最大频谱强度的一个探头可用与上述实施例中相同的方法来确定，而且已知部分放电出现在母线上此探头所在位置上。如图7所示，联合使用两个探头也可探出部分放电的位置。在这种情况下，如果探头S₁₃-S₁₅显出实际相等的频谱强度，可探出部分放电是在连接点0附近。设定此距离为：

l₃₀＝l₄₀＝l₅₀≤10m （12）

就可探出弱至10PC的部分放电如结合图9和10所述。

图12所示为一由作十字形连接的四条母线20A-20D构成的充气绝缘电气装置。探头S₁₃-S₁₆依次设于距各母线连接点0l₆₀-l₉₀的位置上，另一探头S₁₇设于连接点0上，各探头的输出线连接到故障探测器如图1所示。由于外加的探头S₁₇设于连接点0上，可以比图1所示布置更准确地探出部分放电。连接点0和相邻探头之间的距离l₆₀-l₉₀可以是相等的，也可以是不相等的。设定这些距离在10m以内，就可以探出弱至10PC的部分放电。

图13和14所示为按图11和12将探头至连接点0的距离改成不相等的情况下得出的充气绝缘电气装置，探头S₁₅离连接点最近，其余探头离连接点不超过20m，即图13中的距离条件为：

l₃₀+l₄₀≤20m （13）

l₄₀+l₅₀≤20m （14）

图14中的距离条件为：

l₆₀+l₈₀≤20m （15）

l₇₀+l₈₀≤20m （16）

l₈₀+l₉₀≤20m （17）

这些布局可根据由一探测最大频谱强度的探头和由离连接点0最近的探头S₁₅得出的两个信号探出部分放电的方向、位置和大小，其方法与以上图7所示采用两个探头的实施例相同。

图15所示为本发明第二个实施例所用充气绝缘电气装置的故障探测仪。实际使用的充气绝缘电气装置设有将若干金属外壳3a-3n隔开的绝缘支承构件1a-1f，还设有分支部分，高压导线2a-2h由绝缘支承构件支承如图所示。三根导线20A-20C从分支部分的连接点作直线状伸出，各导线配置有探头S₁₃-S₁₅，各探头的设置情况如图2所示，其输出端与图1所示故障探测器20连接。绝缘支承构件1a-1f的外露表面上另外设有带状探测电极31A-31F，其输出端与故障探测器20连接。这些电极31A-31F用以探测在金属外壳3a-3h内由部分放电产生的电磁波，电磁波是从绝缘支承构件1a-1f的凸缘部分向外传播的。尽管探测电极31A-31F的灵敏度较上述探头S₁₃-S₁₅低些，但仍对近处的部分放电具有数+PC的灵敏度。

通过将探测电极31A-31F的探测信号以及高灵敏度探头S₁₃-S₁₅的探测信号导向故障探测器20以分析各探头之间电磁波的传播特性，可进一步提高故障探测的精度。

图16所示为本发明第三实施例所用充气绝缘电气装置的故障探测仪，其中，作为油浸电气装置的变压器32与作为充气绝缘电气装

置的充气绝缘母线20A连接。在充气绝缘电气装置上靠近变压器32的部位设有探头S₁₈背离变压器的相对一侧设有若干探头S₁₉-S₂₀。

在这种布局下的故障探测仪中，在变压器32内出现的部分放电由三个探头S₁₈-S₂₀进行探测。探测信号如图17所示呈现出具有一高值低频分量的频谱图象，其低频频谱强度YL最大如图18所示随着其与变压器32之间距离的增大而下降。因此，在与变压器32的连接处，可以根据低频频谱强度YL最大分辨出出现在充气绝缘母线20A上的部分放电和出现在变压器32部分上的部分放电。

图19所示为本发明第四实施例所用充气绝缘电气装置的故障探测仪，其中，空气绝缘套管33装在作为充气绝缘电气装置的充气绝缘母线20A的一端，母线通过空气绝缘套管33与输电线路34连接。探头S₂₄装在母线20A靠近绝缘套管33的位置100Y上，各探头S₂₃-S₂₁装在离套管依次比100Y更远的位置100x-100v上。在这种布局下，即使是在输电线路34和空气绝缘套管33中出现的外部部分放电，也能如同在作为充气绝缘电气装置的充气绝缘母线20A上出现的部分放电一样通过探头予以探出。外部部分放电的高频分量在传播到充气绝缘母线20A的金属外壳内的过程中受到衰减，因而测得的频谱具有如图20所示予以明显化了的低频分量。此外，由于探头S₂₁-S₂₄的低频谱强度YL最_大随着探头与空气绝缘套管33之间距离的增大而下降，如图21所示，有可能在充气绝缘母线20A上探出单独地来自外部的部分放电。通过利用图18和图21所示特性曲线中相反的斜率，即便是出现在充气绝缘母线20A以外的变压器或空气绝缘套管上的部分

放电也能单独地测出。

图22为一变电所的接线简图，在此变电所中设有充气绝缘开关装置，在此开关装置中采用本发明故障探测仪。在此图中，两根母线BUS1和BUS2与线路单元（line unit）L₁和L₂、母联单元（tie unit）T和成套单元（bank unit）B相连接。各连接单元构成一般的充气绝缘开关装置，此装置具有几个切断开关DS、一断路器CB、一避雷器LA、一变压器Tr和与此相接的母线。故障探测仪各探头S₃₀-S₃₉实际上装在系统中相对于此两母线BUS1和BUS2对称的各位置上如图22所示。特别是探测器S₃₀和S33位于线路单元L1和母联单元T之间，探测器S₃₁和S₃₄位于母联单元T和成套单元B之间，探测器S₃₂和S₃₅位于成套单元B和线路单元12之间，探测器S₃₆位于线路单元L1中断路器CB背离母线的一侧，探测器S₃₈位于母联单元T中断路器CB的一端，探测器S₃₉位于成套单元B中断路器CB背离母线的一侧，探测器S₃₇位于线路单元L2中断路器CB背离母线的一侧。采用这种布局，可通过相当少的探测器对整个系统进行监控。

图23为一可按上述各种方式进行探测的故障探测系统基本操作流程图，以下简述其操作过程。

来自各探测器的探测信号在ST1阶段进行频谱分析。在ST2阶段对各信号的频率分量进行鉴别，使工作过程分三路进行。第一路为只有低频分量f而无高分量f的情况，在此情况下在ST8阶段检验频谱强度增大的方向以鉴别信号属于变压器内部故障还是空气绝缘套筒部分上的外部噪声，这相应于图18和21所示的探测法。第

二路为只有高频分量的情况，在此在情况下，在ST3阶段将探测的频谱强度YH最大与预置的有害电平阈值K₁比较。如果频谱强度在阈值以下，则此系统可以认为是正常的，如果等于或超过阈值，就在下一个ST4阶段中核实探头位置1和频谱强度YH之间的关系以鉴别故障出现在直线部分还是分支部分。在下一个ST5阶段对各部件进行鉴定，即：在这些部件中探测故障信号。例如，在系统中的两个位置上出现故障时，应有两组探头来探测信号。在下一个CT6阶段鉴定各故障部件中探测信号的数量n，根据数量n将进程分成四路。在n＝1时，可以认为故障出现在靠近探得信号的探头的位置上。为更准确地测定位置，在ST7阶段中就应输入来自就近绝缘支承构件1a-1f（如绝缘隔片）上探测电极31A-31F的信号如图15所示。在其他n＝2，n4和n＝3的情况下的各路中，故障探测过程依次如图7、图4和图5所示进行，各过程的结果都予以显示。

在频谱分析这个ST2阶段上高频分量f_H和低频分量f_L共存的第三路中，如果f_H≥f_L则进入上述ST3阶段，如果f_H＜f_L则进入频谱相减法的处理过程，此相减法公开于由本另明同一申请人提出的申请号为63-103936的日本专利中，在此过程中核实故障现象，在确属故障的情况下，即进入上述纯高频分量情况下的ST4阶段。

这一故障探测系统采用计算机系统，从而提高了故障探测的精度，大大缩减了故障探测的处理时间，并使故障监控自动化。

图24和25所示为本发明的另一实施例，用以从探测信号的频谱中测出频谱强度。在各图的频谱中，对某些频率fo-fn或fa

-fb的频谱强度取平均值即得YH平均，用作各探测信号的电平，平均过程可以取探测频带中所有频谱强度值来进行，也可取其中从第1到第n个峰值强度之间的范围来进行，还可取某一区段内的抽样频率来进行。根据图25中频谱所示特性曲线，频率fo-fa和fb-fn的分量明显地下降，频率fa-fb的分量在延长传播距离的情况下保持不变，还可在进行平均过程之前将各探头的探测限于某一频带。这种处理方法与图3所示采用频谱强度最大值YH最大情况相比可取得十分稳定的特性曲线，故障探测精度也可进一步提高。

如上所述本发明充气绝缘电气装置的故障探测法和探测仪采用探测由部分放电产生的电磁波的探头，并利用电磁波在金属外壳内的衰减特性将探出的最大频谱强度作为部分放电的位置，从而取得灵敏度和精度很高的故障探测。

本发明故障探测法所需的探头为量最少，使探头数量大为减少。

本发明的故障探测法可探出如变压器一类有关装置内的故障。

本发明的故障探测法可迅速地进行故障探测以进行校验和修复而保持其他部分原封不动，从而简化了修复操作。

Claims (16)

1、一种在充气绝缘电气装置内探测故障的方法，其中，一高压导线(2)由一绝缘支承构件(1)支承在一充气绝缘气体的金属外壳(3)内，此方法可通过若干装在金属外壳内的一些位置上用以探测部分放电的探头(So-Sn)探出在金属外壳(3)内出现的部分放电的位置，其特征是：用探头(So-Sn)探测由部分放电发射出的电磁波，对电磁波的频谱进行分析以区别集中在500MHz以下低频带以内的外部噪声成分的频谱和由部分放电发射出的与所述外部噪声成分相比具有高频成分的电磁波的频谱并得出所区别出的由部分发电发射出的电磁波的频谱强度(YH)，得出具有最大频强度的位置(X)，此最大频谱强度是根据各探头的频谱强度从各探头的安装位置和金属外壳内电磁波的线性衰减特性之间的相互关系中求出的，此位置(X)是作为部分放电的位置沿金属外壳的纵向得出的。

2、权利要求1所述探测故障的方法，其特征是：具有最大频谱强度的位置（X）是在按各探头探出的频谱强度（YH）和对应的各探头的安装位置（100a-100n）作出的包络线上取其峰值位置得出的。

3、权利要求1所述探测故障的方法，其特征是：最大频谱强度的位置（X）是由四个相邻的探头探出的，在此四个探头中包括从探头（So-Sn）中选出的具有最大频谱强度的探头，根据两对相邻探头的安装位置和频谱强度绘制两条直线，此两条直线的交点（P₁即为最大频谱强度的位置（X）。

4、权利要求1所述探测故障的方法，其特征是：最大频谱强度的位置（X）是由选自各探头（So-Sn）的一个具有最大频谱强度的探头（S₉）和两个与S₉相邻的探头（S₈、S₁₀）探出的，根据由所选各探头中最大频谱强度（YH₉）和最小频谱强度（YH₁₀）得出的衰减系数（α₁）以及各探头的安装位置和频谱强度绘制两条直线，此两条直线的交点（P₂）即为最大频谱强度的位置（X）。

5、权利要求4所述探测故障的方法，其特征是：最大频谱强度的位置（X）确定如下：当相邻探头（S₈-S₁₀）的频谱强度依次为YH₈最大、YH₉最大和YH₁₀最大，YH₉最大＞YH₈最大＞YH₁₀最大;探头S₈和S₉之间的距离为l₉;探头S₉和S₁₀之间的距离为l₁₀;最大频谱强度YHX₂的位置为X₂;由部分放电产生的电磁波在金属外壳内传输的衰减系数为α₁时，即得以下方程（1）至（3）：

YHX₂-α₁·X₂＝YH₈最大 （1）

YHX₂-α₁·（l₉-X₂）＝YH₉最大 （2）

YHX₂-α₁·（l₉+l₁₀-X₂）＝YH₁₀最大 （3）

衰减系数α₁计算为：

α₁＝ (YH₉最大－YH₁₀最大)/(l10) （4）

最大频谱强度YH₂计算为：

YHX₂＝1/2｛（YH₈最大+YH₉最大）+

(l₉)/(l₁₀) （YH₉最大-YH₁₀最大）｝ （6）

最大频谱的位置X₂计算为：

X₂＝- (l₁₀)/2 · ((YH₉最大－YH₈最大）)/(（YH₉最大－YH₁₀最大）) + (l₉)/2 （7）

6、权利要求1所述探测故障的方法，其特征是：最大频谱强度的位置（X）确定如下：由探头（So-Sn）中选出具有最大频谱强度的探头（S₉）和与探头（S₉）相邻的探头（S₈），根据预定的衰减系数（α₀）以及各探头的安装位置和频谱强度绘制两条直线，此两直线的交点（P₃）即为最大频谱强度的位置（X）。

7、权利要求6所述探测故障的方法，其特征是：最大频谱强度的位置（X）确定如下：当相邻两探头（S₈、S₉）的频谱强度依次为YH₈最大和YH₉最大，探头S₈和S₉之间的距离为l₉，最大频谱弱度YHX₃的位置为X₃;预置的衰减系数为α₀时，即得以下方程（8）和（9）：

YHX₃-α₀·X₃＝yH₈最大 （8）

YHX₃-α₀·（l₉-X₃）＝YH9最大 （9）

最大频谱强度YH₃计算为：

YHX₃＝1/2（YH₈最大+YH₉最大+α₀·l₉） （10）

最大频谱强度的位置X₃计算为：

X₃＝（YH₉最大-YH₈最大）· 1/(2·α) + (l₉)/2 （11）

8、权利要求1所述探测故障的方法，其特征是：金属外壳为直线形构件段，各探头相隔20m或20m以下，装在直线段内。

9、权利要求1所述探测故障的方法，其特征是：金属外壳具有一分支构件段，在各探头（So-Sn）中，探头（S₁₅）装在分支段上靠近中心（O）的位置上，其余探头装在距探头（S₁₅）20m以内的各位置上。

10、权利要求1所述探测故障的方法，其特征是：充气绝缘电气装置具有一分支构件段，探头（S₁₇）装在实际上为分支段的中心（O）的位置上。

11、权利要求1所述探测故障的方法，其特征是：充气绝缘电气装置有一分支构件段，至少一个探头（S₁₅）装在实际上分为支段中心（O）的位置上。

12、一种探测充气绝缘电气装置内故障的探测仪，其中，一高压导线（2）由一绝缘支承构件（1）支承在一充有绝缘气体的金属外壳（3）内，此探测仪通过若干探测部分放电的探头（So-Sn）探出金属外壳（3）内出现的部分放电的位置，其特征是：此探测仪至少具有两个探头，还具有一频谱分析器（21）和一部分放电定位器（22），此两探头彼此相隔一段距离设置，用以探测由部分放电产生的电磁波，此频谱分析器用以分析各探头的信号的频谱以区别集中在500MHz以下低频带以内的外部噪声成分的频谱和由部分放电发射出的与所述外部噪声成分相比具有高频成分的电磁波的频谱并得出所区别出的部分放电发射出的电磁波的频谱强度（YH），此部分放电定位器用以在比较各探头的频谱强度、各探头的安装位置和金属外壳内电磁波的线性衰减特性的基础上得出部分放电的位置，此位置是作为部分放电的位置沿金属外壳的纵向得出的。

13、权利要求12所述故障探测仪，其特征是：金属外壳具有直线形构件段，各探头（So-Sn）以20m或20m以下的间距装在直线段内。

14、权利要求12所述故障探测仪，其特征是：金属外壳具有一分支构件段，在各探头（So-Sn）中，探头（S₁₅）装在分支段上靠近中心（O）的位置上，其余探头装在距探头（S₁₅）20m以内的位置上。

15、权利要求12所述故障探测仪，其特征是：充气绝缘电气装置具有一分支构件段，探头（S₁₇）装在实际上分为支段中心（O）的位置上。

16、权利要求12所述故障探测仪，其特征是：充气绝缘电气装置具有一分支构件段，至少一个探头（S₁₅）装在分支段上靠近中心（O）的位置上。

Images