CN102967807A - 一种绝缘缺陷定位的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于GIS内部局部放电在线监测中绝缘缺陷定位的方法。该定位方法基于局部放电检测的超高频（UHF）法，利用GIS内不同圆周角度上耦合电磁波的峰峰值衰减变化规律对缺陷在GIS横截面上的圆周角度进行定位；提出了一种单独提取超高频电磁波中TM模的方法，并利用轴向方向上耦合电磁波的衰减变化规律对缺陷进行轴向定位。该方法避免了传统的利用电磁波传播时间差定位的方法中，放电起始时刻读取困难的缺点，可以有效地对GIS中的局部放电进行定位。
Description
技术领域
本发明涉及GIS内部局部放电在线监测领域，具体涉及一种应用于GIS内部局部放电在线监测的绝缘缺陷定位的方法。
背景技术
气体绝缘组合电器（Gas Insulated Switchgear，简称GIS）是20世纪60年代中期出现的一种新型输变电设备，它把变电站里除变压器以外的各种电气设备全部或部分组合在一个封闭的金属外壳里，并充以0.4~0.5MPa具有优良绝缘性能的SF6气体，以实现导体对断口、相间及断口间的绝缘。具有占地面积少，受外界环境干扰小，检修周期长，现场安装工作量小和工程建设周期短等优点。
尽管GIS设备运行的可靠性非常高，因其内部不可避免的缺陷仍会引发故障并逐步扩大，常常导致重大事故的发生，已成为电力部门极为关注的问题和本学科领域研究的热点。根据CIGRE 23.10工作组国际调查报告的统计数据，1985年以前日本投运的GIS发生过562次故障，其中绝缘故障占60％左右，1985年以后投入的GIS的247次故障中绝缘故障占50％左右，而且绝缘故障又较多发生在较高电压等级的设备中。GIS电压等级越高，停电造成的损失越大，维修成本也越高。GIS最通常的电气故障特征是在绝缘完全击穿或闪络前发生局部放电。通过对GIS局部放电在线监测，可以监测GIS的绝缘状况，预先发现GIS内存在的绝缘缺陷，避免绝缘事故的发生。
局部放电产生的电流脉冲具有非常快的上升前沿，持续时间为几个纳秒，这种脉冲包括了超高频段（UHF）内的频率成分，所激发的电磁能量在GIS气室内来回传播。此时GIS可以视为低损耗的同轴传输线，相当于一个良好的波导管，电磁波信号在其内部可有效地传播，且衰减较小。因此，可通过超高频信号传感器来检测局部放电发出的超高频电磁波（300～3000MHz）信号来检测局部放电, 从而避开常规电气测试方法中引入的电力系统中的电晕等干扰, 提高局部放电检测的信噪比。
鉴于GIS全封闭结构的复杂性，正确定位绝缘缺陷对于及时修复、缩短维修时间及降低维护运行成本有重要的意义。目前基于UHF法的局部放电源定位主要有方向定位法和距离定位法两种。方向定位法利用电磁波的传播及干涉特性进行定位。该方法是对UHF信号中的电波和磁波分开进行检测，理想情况下两种波的形状和极性是一样的，当电磁波的传播方向发生改变时，电信号的极性不变，而磁信号的极性发生改变。根据这个原理，可以确定电磁波的传播方向，从而对局部放电源进行方向定位。但是这种定位方法是一种粗定位方式，只能判断放电源是在传感器的左边还是右边，无法得到具体的位置。相比之下，距离定位是一种较准确的定位方式，即采用测量局部放电信号到达两个传感器的传播时间差来计算局部放电源位置的定位方法。因此，常规的局部放电源定位都是采用距离定位，但该方法对示波器的要求很高。为了达到10cm以内的定位准确度， 需要高达0.1ns的时间分辨率。此外，传感器接收信号波形中对第一个明显峰值上升沿的读取与辨识直接关系到超高频信号到达传感器时刻的确定。而由于GIS内部复杂的谐振以及电磁波的折反射，信号起始点往往很模糊，常难以读取，故要得到准确的时间差是很困难的。当时间差较大时，在时域内想要高准确度地处理信号非常困难。
除此之外，还有比较各处传感器所检测到的信号的大小，通过信号最大的监测点来判断最靠近放电源位置的信号幅值比较法。但因传感器外置，现场实际测量到的UHF信号幅值受外部干扰影响往往变化很大, 因此该方法也有一定局限性。基于以上的分析，传统的超高频局部放电在线监测定位法均存在着一定的缺陷。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明基于局部放电检测的超高频（UHF）法，根据GIS内部超高频电磁波信号在不同方向上的传播衰减特性，提出一种用于GIS内部局部放电在线监测中绝缘缺陷定位的方法，其特征在于：
（1）建立径向方向上局部放电产生的超高频电磁波信号的峰峰值在GIS腔体的不同圆周角度上的衰减特征曲线库；
（2）通过将当前的目标径向峰峰值衰减特征曲线与（1）中的衰减特征曲线库进行对比，找出相似的类型，判断局部放电缺陷在GIS腔体横截面上的圆周角度位置；
（3）在与步骤（2）中判断出的所述圆周角度位置成180度的角度位置上，通过寻找轴向方向上超高频电磁波信号峰峰值的最低点来在GIS腔体的轴向上对绝缘缺陷进行定位。
本发明的技术方案的有益效果将通过以下具体实施方式的阐述而得到详尽的体现。
具体实施方式
在一个实施例中，提供了一种在GIS内部局部放电在线监测中对绝缘缺陷故障的定位方法，其技术思路是通过分析局部放电辐射出电磁波在不同方向上的传播衰减特性，利用径向和轴向两个方向上电磁波分量的衰减规律对放电缺陷分别进行GIS腔体圆周角度和轴向方向上的定位。
具体而言，该方法包括如下步骤：
（1）建立径向方向上局部放电产生的超高频电磁波信号的峰峰值在GIS腔体的不同圆周角度上的衰减特征曲线库；
（2）通过将当前的目标径向峰峰值衰减特征曲线与（1）中的衰减特征曲线库进行对比，找出相似的类型，判断局部放电缺陷在GIS腔体横截面上的圆周角度位置；
（3）在与步骤（2）中判断出的所述圆周角度位置成180度的角度位置上，通过寻找轴向方向上超高频电磁波信号峰峰值的最低点来在GIS腔体的轴向上对绝缘缺陷进行定位。
通过以下原理的阐述来对以上定位方法进行更为详细的解释。发明人在科学研究中发现，局部放电产生的电磁波信号在径向方向上的分量最大，幅值最高，信号也最强，并且信号峰峰值的衰减特性曲线在GIS腔体的不同圆周角度上呈现出不同的特征。这就为绝缘缺陷的圆周角度定位提供了依据。因GIS腔体径向方向上的超高频电磁波信号峰峰值衰减特性曲线在不同圆周角度上具有不同的特征，故可通过对照事先建立的信号衰减特征曲线库中的不同曲线，找出最相近的一个，来判断出绝缘缺陷在GIS腔体圆周上的角度位置。上述步骤（2）正是利用局部放电产生电磁波信号中最大分量的径向分量，其峰峰值衰减特征曲线在GIS腔体的不同圆周角度上呈现出不同特征的规律，通过对照径向峰峰值衰减特征曲线库中的不同曲线，找出最相近的一个来实现绝缘缺陷在GIS腔体圆周角度上的定位。
同时，研究还发现，局部放电产生的电磁波信号在轴向方向上分量的峰峰值衰减特性基本不随角度位置的变化而改变，但在180°位置上轴向电磁波信号最强，且仅在该位置上含有较高的低频分量（约700MHz以下）。这就成为本发明中绝缘缺陷的轴向定位的基础。由于GIS腔体轴向方向上的超高频电磁波信号峰峰值衰减曲线在不同圆周角度上具有相同的特征，即均在缺陷位置处的信号峰峰值最低，而后随着远离缺陷位置，信号峰峰值先增加后降低。故通过寻找轴向方向上信号峰峰值的最低点，可实现对绝缘缺陷在GIS腔体轴向上的定位。也就是说，上述步骤（3）是利用局部放电产生电磁波信号轴向分量的峰峰值衰减特性在不同圆周角度上具有相同的特征，即均在缺陷位置处的值最低且在180°位置上轴向电磁波信号最强的特点，通过寻找该方向上信号峰峰值的最低点，以实现对绝缘缺陷在GIS腔体轴向上的定位。
结合前面先进行的圆周角度位置的定位，可以找到更适合轴向定位分析的角度位置，从而保证轴向定位更加精确地进行。
优选的，在另一个实施例中，通过以下方式（当然，对于本领域技术人员而言，也可以通过其他方式）来建立所述衰减特征曲线库：在不同的圆周角度，计算与局部放电源相隔不同轴向距离的检测点上，GIS腔体径向方向上超高频电磁波信号峰峰值的衰减变化曲线。其中，所述不同的圆周角度例如是0°、90°和180°，为了提高定位精度，也可以采用更多的圆周角度。可选地，不同轴向距离的检测点之间为等距离设置，间距例如为200mm，当然也可以是不等距设置，间距可以根据需要而具体选择。
优选的，在另一个实施例中，所述步骤（3）还包括：通过利用超高频传感器测量超高频电磁波信号在轴向上的分量来单独提取超高频电磁波中TM模，从而实现在GIS腔体的轴向上对绝缘缺陷进行定位。因为，局部放电产生的超高频电磁波信号在GIS轴向上的分量仅含有TM模。换言之，检测超高频电磁波信号的轴向分量可以是一个单独提取TM模的过程。
优选的，在另一个实施例中，所述超高频传感器为具有单一方向性的振子天线传感器或探针。
采用本发明的定位方法，可以避免传统的利用电磁波传播时间差实现绝缘缺陷定位的方法中，电磁波到达时刻读取困难和对示波器等硬件设备要求高的缺点。
以上利用具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；对于本领域技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (4)
1.一种用于GIS内部局部放电在线监测中绝缘缺陷定位的方法，其特征在于：
（1）建立径向方向上局部放电产生的超高频电磁波信号的峰峰值在GIS腔体的不同圆周角度上的衰减特征曲线库；
（2）通过将当前的目标径向峰峰值衰减特征曲线与（1）中的衰减特征曲线库进行对比，找出相似的类型，判断局部放电缺陷在GIS腔体横截面上的圆周角度位置；
（3）在与步骤（2）中判断出的所述圆周角度位置成180度的角度位置上，通过寻找轴向方向上超高频电磁波信号峰峰值的最低点来在GIS腔体的轴向上对绝缘缺陷进行定位。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过以下方式来建立所述衰减特征曲线库：
在不同的圆周角度，计算与局部放电源相隔不同轴向距离、彼此间距相等的各个检测点上，GIS腔体径向方向上超高频电磁波信号峰峰值的衰减变化曲线。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤（3）还包括：通过利用超高频传感器测量超高频电磁波信号在轴向上的分量来单独提取超高频电磁波中TM模，从而实现在GIS腔体的轴向上对绝缘缺陷进行定位。
4.根据权利要求1至3任一所述的方法，其特征在于：所述超高频传感器为具有单一方向性的振子天线传感器或探针。
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