CN103197212B - Gis局部放电在线监测校验仪及其配置验证方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种GIS局部放电在线监测校验仪及其配置验证方法，校验仪设置有脉冲信号源和发射天线；当代替高压导体尖刺模型的所述脉冲信号源通过作为所述发射天线的外置式传感器向GIS腔体内注入模拟局放源的信号时，所述校验仪对局放UHF检测装置基于特高频法在线检测该信号时的灵敏度进行校核。所述配置验证方法根据测试GIS内部典型放电源辐射的UHF信号模型的时域波形和频谱特征给出脉冲信号源的技术参数，并通过在实体的GIS平台上对高压导体尖刺模型和通过内外置式传感器向GIS腔体内注入的脉冲信号进行等效性的验证。
Description
技术领域
本发明涉及GIS局部放电领域，特别涉及一种GIS局部放电在线监测校验仪及其配置验证方法。
背景技术
GIS（全封闭气体绝缘组合开关设备）具有占地面积小、受外界环境条件影响小、可靠性高等优点，在我国城市电网中大量使用。目前我国早期投运的GIS设备已经进入了故障多发期；而电网发展的高速度也导致GIS设备厂家过负荷生产，现场安装施工条件也难以得到有效保障，大大地增加了新投运GIS设备出故障的概率和风险。这与当前全社会对电网可靠性的日益提高的要求之间产生了巨大的矛盾。电力运行部门迫切要求发展先进的在线检测和状态检修技术来保障高压电力设备的安全可靠运行。
局放在线、离线监测和检测设备的测量数据作为判断一次设备运行工况的重要指标，其正确与否直接影响了对一次设备运行工况的正确判断，若一次设备存在局部放电问题，而在线监测设备没能发现或者监测的数据精度较低，未能引起技术人员足够重视，往往导致一次设备的小隐患发展成为一次设备的事故；一次设备未存在局部放电问题，而在线监测设备频发异常数据，误导技术人员进行不必要的停电检修，势必造成人力、物力、财力的浪费，也对电网运行的稳定性和可靠性造成了影响。
特高频法(UHF：300MHz~3GHz)就是利用局部放电辐射出的UHF电磁波进行检测的一种方法。研究表明，GIS局部放电将会产生很陡的脉冲电流，并向四周辐射多种频率的电磁波，通过UHF传感器接收其中300~3000MHz的电磁波，可实现对局部放电的检测和定位。该方法具有抗干扰能力强、灵敏度高等特点，且这种非接触的测量方式对于二次设备和人员更安全，系统结构简单，特别适合于在线监测，因而较之其它方法具有明显的优势。近年来，局部放电UHF检测已成为广大研究者关注的热点，并广泛应用在GIS、电力GIS、电缆和发电机等电力设备上。
然而，由于局部放电UHF检测技术在理论和工程应用方面不尽完善，特别是相关技术标准规范的建设十分滞后；同时国内外众多的局放设备厂商提供的产品各异，质量参差不齐。一些厂家的设备由于技术不过关，在现场检测效果不佳，而且时常出现误报警、漏报警的现象，这种情况已经严重威胁到整个在线监测产业的健康发展。上述问题的根源在于缺乏统一的标准和科学有效的手段对局部放电UHF检测装置的现场应用性能进行量化评价。
国外方面，英国Strathclyde大学Judd等人率先利用TEM传输线和终端未经匹配的简易GTEM小室研究了传感器特性的时域测量技术，通过控制采集时间窗口避开反射回波的影响，实现对局部放电UHF传感器的标定。日本的Shinnobu Ishigami也利用TEM波导对电场传感器进行了标定，其思路也是基于传统的扫频法，成本较高。瑞士的David Gautschi等提出了一种基于圆锥天线的标定方法，但是其标定系统采用的是大面积铝板和圆锥天线在大空间里测量，易受到外界环境干扰，不适合作为标准化测试设备。以上研究多是局限于对UHF传感器特性，缺少对UHF检测装置的性能指标的研究。
迄今为止，对于UHF检测装置的现场标定问题，除CIGRE推荐了自己的准则之外，国际上仍未形成一致和有效的评价方法，国内这方面也处于空白阶段。开展局部放电UHF检测装置的现场灵敏度标定研究，建立起局部放电特高频现场灵敏度校验规范，是切实推动该技术发展的当务之急。因此，在这样的背景下，进行基于特高频原理的GIS局部放电在线监测系统校验仪的研究十分必要。
发明内容
本发明的目的是提供一种GIS局部放电在线监测校验仪及其配置验证方法，能够在实验室条件和现场运行中的110kV和220kV的GIS上实现对局放UHF检测装置的校核。
为了达到上述目的，本发明的第一个技术方案是提供一种GIS局部放电在线监测校验仪的配置验证方法，所述配置验证方法包括：
建立GIS内部典型放电源辐射的UHF信号的模型，根据相应模型的时域波形和频谱特征，来给定所述校验仪中设置的一个用以模拟局放源的脉冲信号源的技术参数要求；
以及，在实体的GIS平台上对局放源产生的UHF信号的传播衰减规律和利用内外置式传感器向GIS腔体内注入脉冲信号的传播衰减规律进行对比，以现场验证所述校验仪中脉冲信号源通过发射天线向GIS腔体内注入信号以代替高压导体尖刺模型的放电信号的有效性。
其中，建立的所述UHF信号的模型包括：
高压导体尖刺模型；
造成悬浮电位的高压导体接触不良模型中的高压导体一点接触不良模型、高压导体多点接触不良模型，和高压导体贯穿绝缘子造成接触不良的模型；造成悬浮电位的接地体之间的多点接触不良模型；
以及，模拟盆式绝缘子上表面闪络引起绝缘故障的金属颗粒模型，其进一步包括：盆式绝缘子的表面上放置自由金属颗粒群时的模型、放置间距大小相同或不同的金属颗粒对时的模型，以及在空气中模拟放置单个金属颗粒时的模型。
所述配置验证方法中根据所述UHF信号的模型，分别测试并比对在相同或不同电压作用下，对于常规检测局部放电信号，特高频的检波输出信号和参考电压的放电波形和放电信号的频谱图；其中，为所述常规检测局部放电信号设定有相同或不同的标定结果；根据测试及比对的结果得到所述脉冲信号源输出的脉冲信号的上升沿，并确保了脉冲信号辐射的能量能够覆盖各个所述局放UHF信号的主要频段。
所述配置验证方法中验证所述脉冲信号源经过发射天线发射后由传感器接收的信号与各种所述模型放电信号频谱的相似度的方法，包括以下步骤：
分别测试脉冲源经单极探针、外置式发射天线和内置式发射天线辐射信号时的时域波形和频域波形；
在脉冲信号源不同输出电压时经单极探针辐射的信号波形进行对比，以确定辐射信号的时域和频域波形的幅值将随着输出电压值的减小而变小的特征；
以及，将辐射的信号的频域波形，与各个所述UHF信号的模型的放电波形进行相似度对比，以验证所述脉冲信号源的脉冲信号等价于高压导体尖刺模型的放电信号。
所述配置验证方法中还分别对局放源经过GIS直腔体模型、绝缘子模型、GIS的T型头的拐角模型时，以及脉冲信号具有不同脉冲宽度时进行信号衰减特性的仿真及统计。
所述配置验证方法中还包括分别在110kV和220kV的GIS平台内进行的以下操作，包括：
在相应的GIS腔体内设置高压导体尖刺模型来输出局放源时，使用设置在GIS腔体内的内置式传感器进行检测，以及采用外置式传感器对设置在GIS平台的多个盆式绝缘子上进行逐一检测，以现场标定并测试局放源的信号衰减数据；
将所述脉冲信号源输出的脉冲信号作为模拟局放源时，通过设置在GIS腔体内的内置式传感器注入并采用外置式传感器对设置在GIS平台的多个盆式绝缘子上进行逐一检测，或者通过设置在GIS平台上的其中一个盆式绝缘子注入并采用外置式传感器对其他的盆式绝缘子进行逐一检测，以测试模拟局放源的信号衰减数据；
以及，进一步通过对比相应条件下的衰减数据，以实现对所述高压导体尖刺模型获得的局放源等效于所述脉冲信号源通过内置式或外置式传感器注入时模拟的局放源的验证。
本发明的另一个技术方案是提供一种GIS局部放电在线监测校验仪，其包括通过上述配置验证方法获得的脉冲信号源和发射天线；当代替高压导体尖刺模型的所述脉冲信号源通过作为所述发射天线的外置式传感器向GIS腔体内注入模拟局放源的信号时，所述校验仪对局放UHF检测装置基于特高频法在线检测该信号时的灵敏度进行校核。
本发明所述GIS局部放电在线监测校验仪及其配置验证方法，通过在实验室和现场GIS的大量测试研究，优点如下：
1. 通过大量试验研究了各种典型局放模型特高频信号的时频特征，并在此基础上对脉冲信号源的性能参数提出了具体要求。
2. 根据现场校验具体要求，研制了模拟局放信号的脉冲信号源。
3. 通过对仿真和真实局放缺陷UHF信号和脉冲源注入UHF信号传播衰减规律的对比研究，总结了现场校验实施的工作要点：
（1）真实局放源信号和通过传感器注入脉冲源产生的信号，两者在较短的腔体距离内，衰减特性相似，并且真实缺陷源信号在各个测量点幅值略高于注入源。
（2）模拟脉冲源通过内置和外置传感器注入两种方式的衰减特性高度相似，现场校验时可通过外置传感器较方便的方式来实现。
（3）小局放量下传播衰减特性可知，无论是真实局放源还是注入信号源，其有效测量范围均局限在相邻的几个盆子处，因此针对小局放源现场校验宜采用分段脉冲源注入的方式，从而提高有效校验范围。
4. 结合实际试验的情况，制定GIS局放特高频检测设备现场校验方案。通过在高压开关厂的实体110kVGIS平台和220kVGIS平台上对现场校验方案进行的验证测试可知，该系统能根据检测标准有效的对局放检测设备的精度进行检测。
附图说明
图1是本发明中所用的高压导体尖刺模型的结构示意图；
图2是本发明所述校验仪中脉冲信号源的输出波形示意图；
图3是本发明中220kV的GIS平台结构示意图；
图4是本发明中UHF在220kV的GIS内的衰减情况；
图5是本发明中各个盆子的UHF信号衰减情况与其在GIS腔体上位置的对应情况；
图6是本发明中使用内置传感器注入时注入脉冲信号衰减示意图；
图7是本发明中内置和外置注入信号的衰减情况对比图；
图8是本发明中尖刺源与注入源衰减对比图；
图9是本发明中110kV的GIS平台结构示意图；
图10是本发明中各盆子上传感器UHF信号的衰减曲线；
图11是本发明中外置传感器注入时的UHF信号衰减曲线；
图12是本发明中内置传感器注入时的UHF信号衰减曲线；
图13是本发明中内外传感器注入衰减对比图；
图14是本发明中局放源和注入信号衰减对比。
具体实施方式
本发明所述GIS局部放电在线监测校验仪（以下简称为校验仪），适用于在实验室条件和现场运行中的110kV和220kV的GIS（全封闭气体绝缘组合开关设备）上实现对局放UHF检测装置的校核。所述局放UHF检测装置是一种基于特高频法对GIS局部放电进行在线监测的设备。其中，特高频指300MHz~3GHz。
本发明所述校验仪，主要设置有脉冲信号源和发射天线，其检测原理是通过脉冲信号源向GIS腔体内注入信号，再用待测的局放UHF检测装置检测该信号，据此来判定待测装置的灵敏度。
本发明中为所述校验仪的脉冲信号源设定的一种优选技术参数为：幅值在2-100V可调，上升沿（20%-80%）：300ps；下降时间（80%-20%）：<4ns；脉宽4-100ns；最大脉冲重复频率5kHz；电源要求100-240，50-60Hz；环境温度+5℃～+40℃。该脉冲信号源的输出波形如图2所示。
与所述脉冲信号源配合使用的发射天线，采用注入天线。优选的参数为工作频带：300~1500MHz；驻波比：≤3；工作环境温度：-10～50°C。脉冲信号通过注入天线发送，经由盆式绝缘子注入到GIS腔体的内部。
上文提到的校验仪参数，具体是通过本发明中提供的一种配置验证方法来获得。所述配置验证方法主要包括：对GIS内部各种典型放电源辐射的UHF信号建立模型，在研究相应信号的时域波形和频谱特征的基础上，提出通用局部放电标定脉冲信号源的特性和一般性技术要求；还包括，进一步分别在110kV和220kV的GIS平台上对局放源产生的UHF信号的传播衰减规律和利用内外置式传感器向GIS腔体内注入脉冲信号传播衰减规律进行对比，以现场验证本发明所述校验仪的有效性。
首先，建立造成电晕放电的高压导体尖刺模型A1。例如设置如图1所示的针板电极模型，筒内SF6气体到0.25MPa，针板电极的间隙距离为20mm。当试验电压升高到35kV左右时，已经可以观察到在针尖附近发生电晕放电。使用特高频传感器和常规局放仪，观察在不同的电压（例如37kV、39kV、41kV）作用下的电晕放电波形和电晕放电频谱图。比较可知，电晕放电信号在300MHz－1300MHz频率范围内幅值有升高，并且随着电压的升高，放电增强，频谱的幅值增加，整个频谱特征外形变化不大。
另外，建立高压导体接触不良模型A2，包括：分别建立GIS内高压导体一点接触不良的模型A2-1、高压导体多点接触不良的模型A2-2、高压导体贯穿绝缘子造成接触不良的模型A2-3。还包括建立盆式绝缘子上的金属颗粒模型A2-4，模拟GIS内绝缘子表面闪络引起的绝缘故障，进一步包括：分别建立盆式绝缘子的表面上放置自由金属颗粒群的模型A2-4-1、放置间距大小相同（0.2mm）或不同（0.2mm和0.6mm）的金属颗粒对的模型A2-4-2，以及在空气中模拟放置单个金属颗粒时的模型A2-4-3。建立造成悬浮电位的接地体之间的多点接触不良模型的A3。
对于上述模型A2-1、A2-2、A2-4-2、A3，分别测得不同电压作用下常规检测局部放电信号、特高频的检波输出信号和参考电压的放电波形和放电信号的频谱图。上述模型A2-3观察相同电压时对于不同标定结果的常规检测局部放电信号，超高频的检波输出信号，参考电压的放电波形和放电频谱图。上述模型A2-4-1、A2-4-3则观察不同电压时对于不同标定结果的常规检测局部放电信号，超高频的检波输出信号，参考电压的放电波形和放电频谱图。
根据以上A1~A3所述的典型故障模型局放UHF信号的时域波形及频谱可以看出，UHF信号能量主要集中在1GHz左右，为了更好的模拟局放信号，要求脉冲源的信号能量也集中在1GHz，由经验公式： ，为脉冲的上升沿，这就要求脉冲源的上升沿在300ps左右，确保了脉冲源信号辐射的能量能覆盖以上典型局放UHF信号的主要频段。
为了验证标准脉冲信号源经过天线发射后由传感器接收的信号与以上各种局放模型放电信号频谱的相似度，（1）测试了脉冲源经单极探针、DMS外置式天线/传感器和内置式天线/传感器辐射信号时的时域波形和频域波形。（2）给出脉冲信号源不同输出电压时，经单极探针辐射信号波形的对比，可以看出随着脉冲源输出电压值的变化，辐射信号的时域和频域波形的幅值随着电压的减小而变小，整体趋势没有太大的变化。（3）对于脉冲源辐射信号频域波形，与各种典型局放模型放电波形的相似度进行对比。
其中，考虑到现场的实际条件，选取了脉冲源注入信号经DMS外置式传感器的辐射信号和内置式传感器辐射信号与各种典型局放模型放电波形做相似度对比，包括：将DMS外置式传感器辐射信号和内置传感器辐射信号的放电信号波形，分别与高压导体尖刺模型、悬浮模型、壳体尖刺模型各自的放电信号波形的进行对比。可以看出，脉冲源的辐射信号与高压导体尖刺模型的放电信号的相似度较高，特别是通过内置式传感器辐射的信号的相似度最高，考虑到高压导体尖刺模型的放电较为稳定，且放电量能做到较小，因此在现场标定试验中选取了高压导体尖刺模型的放电信号作为基准信号，以确定等价的注入脉冲信号的参数。
另外，由于GIS内部的一些缺陷会导致GIS内部发生局部放电时，局部放电信号在GIS中以电磁波方式传播，局部放电信号脉冲持续时间极短，波头时间仅为几个ns，所以相对应的频域十分宽广。对于这种持续时间极短的陡脉冲，GIS相当于一些不同特性阻抗的低损同轴波导的串联，并有许多不连续点，将引起驻波和复杂谐振。因此，本发明中还利用XFDTD或类似软件，针对局部放电信号经过GIS直腔体以及腔体中的不连续点时的传播特性进行了仿真分析。
B1、建立GIS直腔体模型，并在其中提供模拟的局部放电源，统计不同距离下信号的电场强度最大值，可知电磁波信号在距离放电源近的地方衰减迅速，并对信号衰减趋势线形进行拟合。可知，UHF信号在传播路径中，距离放电源1m内的信号衰减迅速，距离超过1m以后，信号的衰减基本稳定下来；UHF信号在GIS直腔体中每1m衰减1.5 dB，即衰减40dB，大约需要27m的传播距离。
B2、分别建立在GIS直腔体中有环氧树脂绝缘子和没有环氧树脂绝缘子的模型。环氧树脂材料的相对介电常数为3.8。设定两个模型的采样点位置相同时，对应测得信号经过/不经过绝缘子时的波形。利用幅值大小计算，得出信号经过一个环氧树脂绝缘子后衰减了2.15dB，并且采样点上接收到的信号也会有一点时延。
B3、建立GIS T型头的拐角模型，T型头两侧的GIS按照直腔体处理。对UHF信号在GIS内经过一个T型头拐角前后的信号波形进行对照，计算得到T型头上信号的衰减大约是4.78-2*1.5=1.78dB。
B4、分别用脉冲宽度为0.3ns，0.7ns，1.0ns和2.0ns，幅值为1V的高斯脉冲来仿真脉冲源，统计信号的幅值，可知脉宽越小信号幅值越大，而且衰减越快。其他还可以通过仿真获得的UHF信号传播规律，例如外导体半径较小的GIS内的UHF信号能量较强，但是衰减较快。又例如，断路器处于断开或者闭合状态时，信号的幅值没有统计规律，但是断路器处于断开位置时信号能量大，等等。
本发明中进一步通过现场试验对所述校验仪的有效性进行验证，使用如图3、图9所示的实体110kV GIS平台和220kV GIS平台，对局部放电特高频电磁波信号传播特性进行了试验研究，来分析典型GIS结构和参数对局放特高频信号的衰减和畸变规律。另外，由于高压导体尖刺模型在产生局放信号时，放电量较为稳定和可控，实测可以较为容易的产生5pC的稳定放电。因此，在现场试验时，选定如图1所示的高压导体尖刺模型在GIS单相（敞开式盆子）的产生UHF信号测试，研究局放源产生的UHF信号的传播衰减规律和利用内外置式传感器向GIS腔体内注入脉冲信号传播衰减规律进行对比。
因此，一套优选的验证系统包含有：GIS试验腔体内设置的高压导体尖刺模型、HighVolt试验变压器、局部放电仪、DMS便携式UHF检测仪。力科高速示波器WR640Zi（带宽0～4Ghz；采样率20GS/s）等。
C、220kV的GIS现场校验方案验证：
在如图3所示220kV的GIS平台上的A相开展试验，在腔体内盆子I8之后90度拐弯又加了一截腔体，其末端设一个盆子I9。先在4号试验舱内部将一根金属丝绑在高压导杆上作为针尖放电模型（图中表示为PD），使金属丝的尖端指向外壳，与外壳之间的距离为2cm。
为了在相对稳定的试验条件进行检测，后续试验都将试验电压保持在40kV；此时每周期的最大视在放电量基本稳定在20~30pC之间。在加压放电的状态下，利用位于4号试验舱处的DMS内置传感器检测UHF信号，再采用DMS外置式传感器逐个盆子（I1~I9）检测UHF信号。利用DMS UHF检测装置在稳定的放电情况下按照盆子离放电源由近到远，检测放电情况。然后，使信号源分别通过内置传感器作为发射天线直接向腔体内注入模拟局放信号，和利用外置传感器经过盆子向GIS腔体内注入信号，再用外置传感器在各个盆子上检测信号，研究UHF检测装置现场标定和衰减规律。
C1、进行尖刺放电UHF信号在GIS腔体内衰减测试；由DMS传感器检测的各个量值如表2所示。
表1：DMS传感器在各盆子处测得的UHF信号峰峰值及其相对于内置传感器的百分比
| I1 | I2 | I3 | I8 | I9 | |
| 试验电压\kV | 40 | 40 | 40 | 40 | 40 |
| 视在放电量\pC | 23-30 | 23-30 | 23-30 | 23-30 | 23-30 |
| 内置传感器峰峰值\mV | 68.9 | 108.7 | 103.5 | 68.9 | 108.7 |
| 外置传感器峰峰值\mV | 43.4 | 45.3 | 9.86 | 29.7 | 25.1 |
| 相对百分比\% | 63.0% | 41.67% | 9.52% | 43.18% | 24.00% |
表2：UHF信号从I1～I9的衰减情况
| 盆子 | 衰减 | 结构 |
| I1→I2 | 3.59dB | 直线段 |
| I2→I3 | 12.82 dB | DS（隔离开关） |
| I1→I8 | 4.35dB | 直线段 |
| I8→I9 | 4.03 dB | 转弯+直线段 |
注：由于试验中在I4处的UHF信号极其微弱，因此从这点往后的I5~I7处的传感器接了放大器，放大器采用DMS放大器，增益为15dB。根据表2，画出UHF信号从I1～I9的衰减情况，如图4所示。图5进一步绘制了I1、I2、I3、I8、I9的UHF信号衰减情况与其在GIS腔体上位置的对应情况。总体来看，从I1-I7总体上是呈逐渐衰减趋势的。在I7处的UHF信号最微弱。
C2、信号源内外传感器注入衰减测试：利用本发明所述的脉冲信号源分别通过内置传感器和外置传感器向GIS腔体内注入脉冲信号，研究UHF检测装置的现场标定和信号的衰减规律。
C2-1、内置传感器注入：首先将信号源的输出电压调至最大100V，波形重复频率200Hz，脉宽3.5ns，经过内置传感器注入GIS腔体内，用外置传感器分别在I1～I9处测量信号，结果如表3所示。以此得到表4的信号衰减数据，并绘制图6所示的信号衰减与GIS腔体位置的对应情况。
表3： 模拟信号源100V输出下检测信号峰峰值
| 序号 | I1 | I2 | I3 | I4 | I5 | I6 | I7 | I8 | I9 |
| 峰峰值/mV | 310.0 | 250.5 | 79.8 | 6.1 | 5.5 | 2.3 | 2.1 | 157.4 | 66.0 |
表4：注入脉冲信号衰减
| 盆子 | 衰减 | 结构 |
| I1→I2 | 1.85dB | 直线段 |
| I2→I3 | 9.94 dB | DS |
| I1→I8 | 5.89 dB | 直线段 |
| I8→I9 | 7.55dB | 转弯+直线段 |
C2-2、外置传感器注入：考虑到现场运行的GIS可能没有安装内置传感器，为了进行标定和传播试验，采取了利用DMS外置传感器通过敞开式的盆子（注入点选在I1，参考点选在I8）向腔体内注入信号。
信号源的参数设置和C2-1中一致，测试结果如表5所示。
表5：模拟信号源100V输出下检测信号峰峰值
| 序号 | I2 | I3 | I4 | I5 | I6 | I7 | I8 | I9 |
| 峰峰值\mV | 284.1 | 85.8 | 16.8 | 11.6 | 7.3 | 7.1 | 295.0 | 90.3 |
根据表5中的数据绘制图7，对内置和外置注入信号的衰减情况做了对比，由于外置信号源是通过I1处注入，为了方便对比，将表3、表5中的值均以I2为基础做归一化处理。从图7中可以看出，除了I2和I8两处的值有些差别，两条曲线的衰减趋势基本一致，说明利用外置传感器通过盆子向GIS腔体内注入和通过内置传感器注入信号，两者是等效的。
C3、局放缺陷和信号注入两种衰减特性对比。为了对比真实局放缺陷和信号注入两种方式传播衰减情况，选取放电实测时I8盆子处的信号强度作为基准，此时是40kV下，25pC的放电，传感器输出的幅值为17mV。通过内置传感器注入信号，在I8处用外置传感器测量信号，调节信号源的输出电压，使传感器输出幅值也为17mV，此时信号源的输出电压为32V。再移动外置传感器分别在I1～I9处进行测量，实测中I3以后就很难记录到稳定输出，故I4～I7就没有测试，结果如表6所示。
表6： 模拟信号源32V输出下检测信号峰峰值
| 序号 | I1 | I2 | I3 | I4 | I5 | I6 | I7 | I8 | I9 |
| 峰峰值\mV | 42.5 | 34.4 | 7.17 | 0 | 0 | 0 | 0 | 33.9 | 8.78 |
将此表数据与图6中尖刺缺陷衰减数据放在一起对比，效果如图8所示的尖刺源与注入源衰减对比图（两者均已I2为基准做归一化处理）。理论上现场标定是需要模拟尽量小的局放信号，但是由于试验的放电模型很难做到小放电，但本次试验目的在于衰减特性对比，并不影响。
D、110kV的GIS现场校验方案验证：在如图9所示110kV的GIS平台上的A相开展试验，测量点选取了I1~I10共10个敞开式盆子，与C中类似的高压导体尖刺模型是放在I1和I2之间的腔体，通过手孔（位于I1右侧）放入，同时手孔的位置装有内置式传感器，测量时以I1处的外置传感器的输出信号为基准，挪动外置传感器在I2~I10处进行测量。
D1、进行尖刺放电信号衰减测试；各盆子处测得的UHF信号幅值如表7，信号衰减情况列入表8，并根据表8绘制从不同位置的各盆子上得到的传感器UHF信号的衰减曲线，如图10所示。
表7：各盆子处测得的UHF信号幅值
表8：传感器上信号衰减
| 盆子 | 衰减 | 结构 |
| I2→I3 | 5.1dB | DS |
| I3→I4 | 8.4 dB | 直线段 |
| I4→I5 | 2.1 dB | FES（快速接地刀闸） |
| I5→I6 | 3.52 dB | DS |
从表8中可以看出，高压导体尖刺模型信号在刚开始传播的时候幅值较大，经过第一个DS的时候衰减较大为5.1dB，在经过I3→I4之间的2m的直线段时，平均衰减4.2dB/m，经过FES的衰减为2.1dB，到第二个DS时信号较弱，造成衰减只有3.52 dB，相对于第一个DS衰减较少。
D2、内外传感器注入衰减比较：
D2-1、输出脉冲电压100V经DMS外置传感器注入，得到表9所示的UHF信号幅值，各盆子处测得的UHF信号幅值，以及表10所示的衰减情况示意。并根据表10绘制图11所示脉冲信号经外置传感器注入的衰减曲线。
表9：各盆子处测得的UHF信号幅值
表10：传感器上信号衰减
| 盆子 | 衰减 | 结构 |
| I2→I3 | 13.1dB | DS |
| I3→I4 | 0.61 dB | 直线段 |
| I4→I5 | 4.13 dB | FES |
| I5→I6 | 3.83 dB | DS |
D2-2、输出脉冲电压100V经内置传感器注入，得到表11所示的UHF信号幅值，各盆子处测得的UHF信号幅值，以及表12所示的衰减情况示意。并根据表12绘制图12所示脉冲信号经外置传感器注入的衰减曲线。
表11：各盆子处测得的UHF信号幅值
表12：传感器上信号衰减
| 盆子 | 衰减 | 结构 |
| I2→I3 | 14.2dB | DS |
| I3→I4 | 1.12 dB | 直线段 |
| I4→I5 | 4.13 dB | FES |
| I5→I6 | 2.76 dB | DS |
将内外传感器注入方式衰减比较如图13所示（为了归一化对比，均以I2处幅值基准值）。综合图13和图7可以看出，脉冲源通过内置传感器和外置传感器注入方式在GIS腔体内衰减特性一致。
D3、5pC放电量现场校验衰减试验：测试的思路是将脉冲信号从内置传感器处注入，在I2的位置测量，调节脉冲信号源的输出，使传感器的输出值和高压导体尖刺5pC放电时输出值相符，保持信号源的输出不变，再测量I3和I4的输出信号，由于放大器的饱和效应，信号源的输出端加载了30dB的衰减器，同时I1，I3，I4经过放大器连接到示波器（与真实的5pC放电的测试环境相符）。
则，I2放电实测幅值为120mV，I2注入测量幅值为120.72mV，脉冲信号源参数：重复频率200Hz，脉宽40ns，输出电压46.8V。I3处传感器输出幅值，在真实放电时为75 mV，在注入脉冲时为43 mV；I4处传感器输出幅值，在真实放电时为22 mV，在注入脉冲时为26 mV。
测得表13为加放大器（40dB）后各盆子的UHF信号幅值；试验时接入了华电便携式机箱中的40dB的放大器，测试目的是为了获取视在放电量为5pC下的若干盆子的辐射信号，以为现场标定提供参考。
表13：加放大器（40dB）后各盆子的UHF信号幅值
还得到5pC局放源放电量和现场注入衰减特性对比如图14所示。由小局放量5pC现场校验可知，真实局放源和注入源衰减特性基本一致，且幅值上真实局放源要比注入源幅值略高。
综合上文C~D描述的现场验证情况可知：1）真实局放源信号和通过传感器注入脉冲源产生的信号，两者在较短的腔体距离内，衰减特性相似，并且真实缺陷源信号在各个测量点幅值略高于注入源。2）模拟脉冲源通过内置和外置传感器注入两种方式的衰减特性高度相似，现场校验时可通过外置传感器较方便的方式来实现。3）小局放量下传播衰减特性可知，无论是真实局放源还是注入信号源，其有效测量范围均局限在相邻的几个盆子处，因此针对小局放源现场校验宜采用分段脉冲源注入的方式，从而提高有效校验范围。
因此，确认本发明在所述校验仪中能够使用脉冲信号源来模拟典型的局放源信号，通过发射天线向GIS腔体内注入信号的模拟方式也与真实局放源信号的衰减特性相似，因此，当待测的局放UHF检测装置检测该校验仪产生的信号，能够实现对待测装置灵敏度的测定。
Claims (6)
1.一种GIS局部放电在线监测校验仪的配置验证方法，其特征在于，
所述配置验证方法包括：
建立GIS内部典型放电源辐射的UHF信号的模型，根据相应模型的时域波形和频谱特征，来给定所述校验仪中设置的一个用以模拟局部放电源的脉冲信号源的技术参数要求；
以及，在实体的GIS平台上对局部放电源产生的UHF信号的传播衰减规律和利用内外置式传感器向GIS腔体内注入脉冲信号的传播衰减规律进行对比，以现场验证所述校验仪中脉冲信号源通过发射天线向GIS腔体内注入信号以代替高压导体尖刺模型的放电信号的有效性；
其中，建立的所述UHF信号的模型包括：高压导体尖刺模型；
则所述配置验证方法中分别在110kV和220kV的GIS平台内进行的操作，包括：
在相应的GIS腔体内设置高压导体尖刺模型来输出局部放电源时，使用设置在GIS腔体内的内置式传感器进行检测，以及采用外置式传感器对设置在GIS平台的多个盆式绝缘子上进行逐一检测，以现场标定并测试局部放电源的信号衰减数据；
将所述脉冲信号源输出的脉冲信号作为模拟局部放电源时，通过设置在GIS腔体内的内置式传感器注入并采用外置式传感器对设置在GIS平台的多个盆式绝缘子上进行逐一检测，或者通过设置在GIS平台上的其中一个盆式绝缘子注入并采用外置式传感器其他的盆式绝缘子进行逐一检测，以测试模拟局部放电源的信号衰减数据；
以及，进一步通过对比相应条件下的衰减数据，以实现对所述高压导体尖刺模型获得的局部放电源等效于所述脉冲信号源通过内置式或外置式传感器注入时模拟的局部放电源的验证。
2.如权利要求1所述的配置验证方法，其特征在于，
建立的所述UHF信号的模型还包括：
造成悬浮电位的高压导体接触不良模型中的高压导体一点接触不良模型、高压导体多点接触不良模型，和高压导体贯穿绝缘子造成接触不良的模型；造成悬浮电位的接地体之间的多点接触不良模型；
以及，模拟盆式绝缘子上表面闪络引起绝缘故障的金属颗粒模型，其进一步包括：盆式绝缘子的表面上放置自由金属颗粒群时的模型、放置间距大小相同或不同的金属颗粒对时的模型，以及在空气中模拟放置单个金属颗粒时的模型。
3.如权利要求2所述的配置验证方法，其特征在于，
所述配置验证方法中根据所述UHF信号的模型，分别测试并比对在相同或不同电压作用下，对于常规检测局部放电信号，特高频的检波输出信号和参考电压的放电波形和放电信号的频谱图；其中，为所述常规检测局部放电信号设定有相同或不同的标定结果；根据测试及比对的结果得到所述脉冲信号源输出的脉冲信号的上升沿，并确保了脉冲信号辐射的能量能够覆盖各个局部放电源的所述UHF信号的主要频段。
4.如权利要求3所述的配置验证方法，其特征在于，
所述配置验证方法中验证所述脉冲信号源经过发射天线发射后由传感器接收的信号与各种所述模型放电信号频谱的相似度的方法，包括以下步骤：
分别测试脉冲源经单极探针、外置式发射天线和内置式发射天线辐射信号时的时域波形和频域波形；
在脉冲信号源不同输出电压时经单极探针辐射的信号波形进行对比，以确定辐射信号的时域和频域波形的幅值将随着输出电压值的减小而变小的特征；
以及，将辐射的信号的频域波形，与各个所述UHF信号的模型的放电波形进行相似度对比，以验证所述脉冲信号源的脉冲信号等价于高压导体尖刺模型的放电信号。
5.如权利要求3所述的配置验证方法，其特征在于，
所述配置验证方法中还分别对局部放电源经过GIS直腔体模型、绝缘子模型、GIS的T型头的拐角模型时，以及脉冲信号具有不同脉冲宽度时进行信号衰减特性的仿真及统计。
6.一种GIS局部放电在线监测校验仪，其特征在于，包括通过如权利要求1所述配置验证方法获得的脉冲信号源和发射天线；当代替高压导体尖刺模型的所述脉冲信号源通过作为所述发射天线的外置式传感器向GIS腔体内注入模拟局部放电源的信号时，所述校验仪对局部放电UHF检测装置基于特高频法在线检测该信号时的灵敏度进行校核。
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