CN103499780B - 一种组合电器局部放电相位角的测量方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种组合电器局部放电相位角的测量方法及测量装置，所述测量方法包括：与待检测组合电器的高压导体形成高压臂电容的第一极板，所述第一极板设置在所述待检测组合电器外部，所述第一极板与所述待检测组合电器的盆式绝缘子的外表面相对设置；与所述第一极板形成低压臂电容的第二极板，所述第二极板位于所述第一极板背离所述待检测组合电器的一侧，且所述第二极板接地；与所述第一极板连接的低压交流信号采集与处理装置，所述低压交流信号采集与处理装置用于采集所述低压臂电容的电压信号，并根据所述电压信号计算所述待检测组合电器局部放电时的相位角。所述测量装置及测量方法的测量过程快速安全。

Description

一种组合电器局部放电相位角的测量方法及装置

技术领域

本发明涉及电力装置维护技术领域，更具体地说，涉及一种组合电器局部放电相位角的测量方法及装置。

背景技术

本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明的实施方式提供背景或上下文。此处的描述可包括可以探究的概念，但不一定是之前已经想到或者已经探究的概念。因此，除非在此指出，否则在本部分中描述的内容对于本申请的说明书和权利要求书而言不是现有技术，并且并不因为包括在本部分中就承认是现有技术。

组合电器（GasInsulatedSwitchgear，简称GIS）是一种把断路器、隔离开关、电流互感器、避雷器以及连接母线等，全部封装在接地的金属外壳内，壳体内填充SF₆气体。GIS具有占地面积小、运行可靠性高、维护工作量小、无电磁干扰等优点。

鉴于GIS具有上述诸多优点，GIS被广泛应用于高压、超高压领域，而且在特高压领域也被使用。绝缘缺陷是GIS的主要故障问题，由于GIS被广泛应用在重要的供电系统中，如果GIS发生绝缘缺陷，将对国民经济造成巨大的损失。

GIS发生绝缘缺陷的一个重要表示是会发生局部放电，产生局部放电脉冲信号。相位角是GIS局部放电信息统计与故障信息诊断中不可或缺的关键参数之一。因此，如果快速安全的测量GIS局部放电时的相位角是GIS故障检测中亟待解决的问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种组合电器局部放电相位角的测量方法及装置，以实现GIS局部放电时相位角的快速安全测量。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种组合电器局部放电相位角的测量装置，该测量装置包括：

与待检测组合电器的高压导体形成高压臂电容的第一极板，所述第一极板设置在所述待检测组合电器外部，所述第一极板与所述待检测组合电器的盆式绝缘子的外表面相对设置；

与所述第一极板形成低压臂电容的第二极板，所述第二极板位于所述第一极板背离所述待检测组合电器的一侧，且所述第二极板接地；

与所述第一极板连接的低压交流信号采集与处理装置，所述低压交流信号采集与处理装置用于采集所述低压臂电容的电压信号，并根据所述电压信号计算所述待检测组合电器局部放电时的相位角。

优选的，在上述测量装置中，所述低压交流信号采集与处理装置包括：

对所述低压臂电容的电压信号进行滤波处理的滤波器；

将经过滤波处理后的所述电压信号转换为数字信号的采集器；

根据所述数字信号计算所述待检测组合电器局部放电的相位角的运算器。

优选的，在上述测量装置中，所述滤波器为窄带带通滤波器。

优选的，在上述测量装置中，所述第一极板为与所述盆式绝缘子的外表面相对的金属板。

优选的，在上述测量装置中，所述第二极板为可固定于所述盆式绝缘子的外表面的接地外壳的底面，所述底面与所述盆式绝缘子的外表面相对设置；

其中，所述金属板位于所述接地外壳的内部。

优选的，在上述测量装置中，所述第二极板为位于所述第一极板背离所述高压导体一侧的接地金属板。

优选的，在上述测量装置中，还包括：

可固定于所述待检测组合电器的盆式绝缘子的外表面、用于对所述第一极板以及第二极板进行封装保护的保护壳。

本发明还提供了一种组合电器局部放电相位角的测量方法，该测量方法包括：

在待检测组合电器外部设置与所述待检测组合电器的盆式绝缘子的外表面相对的第一极板，所述第一极板与所述待检测组合电器的高压导体形成高压臂电容；

在所述第一极板背离所述待检测组合电器的一侧设置接地的第二极板，所述第二极板与所述第一极板形成低压臂电容；

采集所述低压臂电容的电压信号，并根据所述电压信号计算所述待检测组合电器局部放电时的相位角。

优选的，在上述测量方法中，所述采集所述低压臂电容的电压信号，并根据所述电压信号计算所述待检测组合电器局部放电时的相位角包括：

对所述低压臂电压的电压信号进行滤波处理；

将经过滤波处理后的电压信号转换为数字信号；

根据所述数字信号计算所述待检测组合电器局部放电时的相位角。

从上述技术方案可以看出，本发明所提供的组合电器局部放电相位角的测量装置以及测量方法通过所述第一极板与待检测组合电器的高压导体形成高压臂电容，通过所述第二极板所述第一极板形成低压臂电容。由所述低压臂电容与高压臂电容构成电容分压器，根据所述低压臂电容的电压信号以及所述待检测组合电器的工频电压即可获得所述待检测组合电器局部放电时的相位角。采用所述测量装置及测量方法进行相位角测量时，无需在待检测组合电器内进行电路连接，直接将其固定于盆式绝缘子的外表面即可带电测量组合电器局部放电时的相位角测量，测量过程快速安全。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中常见的一种GIS局部放电时相位角的测量装置的结构示意图；

图2为图1所示测量装置中耦合装置CD的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种GIS局部放电时相位角的测量装置的结构示意图；

图4为本发明实施例所述GIS局部放电时相位角的测量装置的等效电路图；

图5为本实施例所述测量装置中低压臂电容交流输出信号的波形图；

图6为图3中所示测量装置中的低压交流信号采集装置的结构示意图；

图7本发明实施例提供的另一种GIS局部放电时相位角的测量装置的结构示意图；

图8本发明实施例提供的一种GIS局部放电时相位角的测量方法的流程图。

具体实施方式

参考图1，国家标准GB/T7354-2003（局部放电测量）给出了一种停电测量局部放电相位角的方法，如图1所示，通过一个低压或是高压交流试验电源U为待检测组合电器Ca提供电压，采用一个耦合电容器Ck与待检测组合电器的一端连接，再通过一个耦合装置CD分别与所述耦合电容器Ck以及待检测组合电器Ca连接测试系统的输入阻抗Zmi，然后，可采用连接电缆CC将所述耦合装置CD与测量仪器MI连接。其中，试验电压U通过滤波器Z滤除干扰信号；耦合电容器Ck为高压臂电容。

参考图2，所述耦合装置CD包括低压臂电容Cz、局部放电脉冲检测阻抗Zm。所述耦合电容器Ck与所述低压臂电容Cz构成电容分压器，所述电容分压器与待检测组合电器并联，由低压臂电容Cz输出测量电压信号u（t）。采用测量仪器MI记录次电压，并根据下述公式计算相对应的相位角：

上式中，t为试验电压最近一次朝正向过零时刻与局部放电脉冲之间的时间间隔。T为试验电压U的周期，试验电压U为已知的正弦电压信号，其周期T为常数。所以，当测量出所述电压信号u（t）后（即测到一次局部放电脉冲时），可通过所述电压信号u（t）峰值时刻与试验电压最近邻的正向过零时刻的差值得到上述参数t，进而根据上述公式得到一次局部放电的相位角。

虽然国家标准GB/T7354-2003（局部放电测量）给出的测量方法能够实现GIS局部放电时相位角的测量，但是，在采用该方法进行相位角测量时，需要采用单独的电压源作为实验电压，进行停电测量，影响变电站的供电，而且测试时电路连接复杂，测试速度慢，且其装置结构复杂，成本较高。

为此，本发明实施例提供了一种实现方式简单，制作成本低，测试速度快，测试安全，可带电检测的GIS局部放电相位角的测量装置及测量方法。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

本实施例提供了一种GIS局部放电相位角的测量装置，参考图3，该测量装置包括：第一极板5、第二极板4以及低压交流信号采集与处理装置6。

所述第一极板5设置在待检测组合电器的外部，与待检GIS的高压导体1形成高压臂电容C₁，且与所述待检GIS的盆式绝缘子3的外表面相对设置。盆式绝缘子3的大部分表面位于GIS内部，只有两个端面位于外部，本实施例所述外表面指盆式绝缘子3的两个端面中的任意一个。

所述第二即便4与所述第一极板5相对设置，二者形成低压臂电容C₂，所述第二极板位4于所述第一极板5背离所述待检测组合电器的一侧，且所述第二极板4接地。

与所述第一极板4连接的低压交流信号采集与处理装置6，所述低压交流信号采集与处理装置6用于采集所述低压臂电容C₂的电压信号，并根据所述电压信号以及所述待检GIS的工频电压计算所述待检测组合电器局部放电时的相位角。

所述第一极板5为与所述盆式绝缘子3的外表面相对的金属板。所述第二极板4为可固定于所述盆式绝缘子3的外表面的接地外壳的底面，所述底面与所述盆式绝缘子3的外表面相对设置。所述接地外壳为金属外壳，而GIS时，其GIS的壳体2是接地的，图3所示实现方式，将所述金属外壳与待检测GIS的壳体2连接即可实现接地，避免了采用额外的接地装置及接地处理，降低了成本。其中，所述金属板位于所述接地外壳的内部。

GIS外围是一个金属壳体，对局部放电的脉冲信号具有一定的屏蔽作用，现有技术在通过局部放电的脉冲测量GIS局部放电的相位角时，需要采用专门的耦合电容及耦合装置检测该局部脉冲以便测量局部放电的相位角，导致测量装置结构较为复杂，且因为需要与GIS内部实现电路连接，需要停电进行测量。

而本申请中，在盆式绝缘子3的外表面设置第一极板5，由于所述外表面处屏蔽作用较弱，所以可在所述外表面处获取所述局部放电的脉冲信号

所述高压臂电容C₁与低压臂电容C₂构成电容分压器，以高压导体1的工频电压U（t）为试验电压。

参考图4，图4为本实施例所述测量装置的测量原理的等效电路图，高压臂电容C₁通过工频电压U（t）为低压臂电容充电，低压臂电容C₁的充放电受高压臂电容C₁电压信号的控制，所以，低压臂电容C₂的电压信号与高压臂电容C₁的电压信号为同频率的电压信号，所以高压臂电容C₁局部放电脉冲的电压信号可通过测量低压臂电容C₂的电压信号获得。因此，当存在局部放电脉冲信号时，低压臂电容C₁的输出的电压信号u（t）包括试验电压信号以及试验电压信号对应工频周期内的局部放电脉冲的电压信号，如图5所示，其中，T为工频电压的周期，为已知常数。

所述高压臂电容C₁与低压臂电容C₂通过连接电缆CC与低压交流信号采集与处理装置6连接。通过所述低压交流信号采集与处理装置6测量低压臂电容C₂的电压信号即可得到当前实验电压相位下对应的局部放电脉冲的电压信号的相位信息。

参考图6，所述工频电压低压交流信号采集与处理装置6包括：滤波器7、采集器8以及运算器9。

所述滤波器7对所述低压臂电容的电压信号u（t）进行滤波处理，去除干扰信号，得到的电压信号u（t）如图6所示。

所述采集器8将经过滤波器7处理后的低压臂电容的电压信号u（t）转换为数字信号，以便于运算器9进行相位角的计算。所述数字信号包括局部放电的脉冲信号与试验电压信号相位的对应关系。所述采集器8可以为模数转换器。

所述运算器9根据所述数字信号，得到一个工频周期内局部放电脉冲信号发生时间T0，根据所述T0获取试验电压最近一次朝正向过零时刻与局部放电脉冲之间的时间间隔t。根据上述相位角计算公式计算得到该工频周期内的相位角。在一个工频周期内，0与T时刻为试验电压正向过零时刻。参考图7，图7提供了另一种GIS局部放电时相位角的测量装置的结构示意图，图7所示实施方式与图3所示实施方式不同之处在于，图7所述测量装置的采用一个与所述第一极板相对设置的接地金属板10，所述接地金属板10位于所述第一极板5背离所述高压导体1的一侧。

为了对所述第一极板以及第二极板进行封装保护，图7所示测量装置还包括：可固定于待检测GIS的盆式绝缘子3的外表面、用于对所述第一极板以及第二极板进行封装保护的保护壳11。

可在保护壳11内填充介质，一方面对所述第一极板以及第二极板进行固定保护，另一方面增加所述低压臂电容C₂以及高压臂电容C₁，以便于更好的感测局部放电脉冲信号。

图7所示测量装置的测量原理与图3所示测量装置的测量原理相同，不同之处在于第二极板的实现方式上不同。

通过上述描述可知，本实施例所述测量装置，可带电测量GIS的局部放电的相位角，测量效率高；主要通过第一极板、第二极板以及低压交流信号采集与处理装置即可完成GIS局部放电的相位角的测量，实现简单，成本低；进行相位角测量时，无需与GIS内部部件连接，测试过程安全性高；由于结构简单，电路连接方便快捷，进一步提高了测量效率。

实施例二

本实施例提供了一种组合电器局部放电相位角的测量方法，参考图8，该测量方法包括：

步骤S11：在待检测组合电器外部设置与所述待检测组合电器的盆式绝缘子的外表面相对的第一极板，所述第一极板与所述待检测组合电器的高压导体形成高压臂电容。

步骤S12：在所述第一极板背离所述待检测组合电器的一侧设置接地的第二极板，所述第二极板与所述第一极板形成低压臂电容。

步骤S13：采集所述低压臂电容的电压信号，并根据所述电压信号计算所述待检测组合电器局部放电时的相位角。

所述步骤S13包括：对所述低压臂电压的电压信号进行滤波处理；将经过滤波处理后的电压信号转换为数字信号；根据所述数字信号计算所述待检测组合电器局部放电时的相位角。该过程的具体实现方式可参见上述实施例，在此不再赘述。

所述高压臂电容以及低压臂电容的实现方式可参见实施例一所述实现方式，但是不现定于上述实现方式。

本实施例所述测量方法在于构造如图4所示的测量电路，前两个步骤的先后顺序不做限定，也可以先进行步骤S12，再进行步骤S11，最后进行步骤S13；还可同时实现步骤S11，步骤S12，最后进行步骤S13。

本实施例所述测量方法，直接在所述GIS外部形成高压臂电容以及低压臂电容，可带电进行检测，不影响变电站供电；根据所述低压臂电容的电压信号即可计算出GIS局部放电时的相位角，实现方式简单，测试效率高；无需对GIS内部进行电路连接，安全性好。

需要说明的是，本申请技术方案所述方法实施例与装置实施例各有侧重描述，相关、相似或相同之处可相互补充说明。

在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。申请文件中提及的动词“包括”、“包含”及其词形变化的使用不排除除了申请文件中记载的那些元素或步骤之外的元素或步骤的存在。元素前的冠词“一”或“一个”不排除多个这种元素的存在。

虽然已经参考若干具体实施方式描述了本发明的精神和原理，但是应该理解，本发明并不限于所公开的具体实施方式，对各方面的划分也不意味着这些方面中的特征不能组合以进行受益，这种划分仅是为了表述的方便。本发明旨在涵盖所附权利要求的精神和范围内所包括的各种修改和等同布置。所附权利要求的范围符合最宽泛的解释，从而包含所有这样的修改及等同结构和功能。

Claims (7)

1.一种组合电器局部放电相位角的测量装置，其特征在于，包括：

与待检测组合电器的高压导体形成高压臂电容的第一极板，所述第一极板设置在所述待检测组合电器外部，所述第一极板与所述待检测组合电器的盆式绝缘子的外表面相对设置；

与所述第一极板形成低压臂电容的第二极板，所述第二极板位于所述第一极板背离所述待检测组合电器的一侧，且所述第二极板接地；其中，所述第二极板为固定于所述盆式绝缘子的外表面的接地外壳的底面，所述底面与所述盆式绝缘子的外表面相对设置；

与所述第一极板连接的低压交流信号采集与处理装置，所述低压交流信号采集与处理装置用于采集所述低压臂电容的电压信号，并根据所述电压信号计算所述待检测组合电器局部放电时的相位角。

2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述低压交流信号采集与处理装置包括：

对所述低压臂电容的电压信号进行滤波处理的滤波器；

将经过滤波处理后的所述电压信号转换为数字信号的采集器；

根据所述数字信号计算所述待检测组合电器局部放电的相位角的运算器。

3.根据权利要求2所述的测量装置，其特征在于，所述滤波器为窄带带通滤波器。

4.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述第一极板为与所述盆式绝缘子的外表面相对的金属板。

5.根据权利要求4所述的测量装置，其特征在于，所述金属板位于所述接地外壳的内部。

6.一种组合电器局部放电相位角的测量方法，其特征在于，包括：

在待检测组合电器外部设置与所述待检测组合电器的盆式绝缘子的外表面相对的第一极板，所述第一极板与所述待检测组合电器的高压导体形成高压臂电容；

在所述第一极板背离所述待检测组合电器的一侧设置接地的第二极板，所述第二极板与所述第一极板形成低压臂电容；其中，所述第二极板为固定于所述盆式绝缘子的外表面的接地外壳的底面，所述底面与所述盆式绝缘子的外表面相对设置；

采集所述低压臂电容的电压信号，并根据所述电压信号计算所述待检测组合电器局部放电时的相位角。

7.根据权利要求6所述的测量方法，其特征在于，所述采集所述低压臂电容的电压信号，并根据所述电压信号计算所述待检测组合电器局部放电时的相位角包括：

对所述低压臂电压的电压信号进行滤波处理；

将经过滤波处理后的电压信号转换为数字信号；

根据所述数字信号计算所述待检测组合电器局部放电时的相位角。