CN103954888A - 一种悬浮放电试验模型悬浮放电检测定位装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种悬浮放电试验模型悬浮放电检测定位装置及方法，装置包括：悬浮放电模型（1）、高压电源（2）、试验GIS模型（3）、特高频传感器（4）、超声波传感器（5）、特高频放大器（6）、超声波放大器（7）、示波器（8）、地电波传感器（9）和地电波放大器（10）。本发明提供的一种悬浮放电试验模型悬浮放电检测定位装置及方法，适用于现场带电检测、采用多种检测方法、检测结果可相互验证、进而确保检测结果的准确性的悬浮放电试验模型悬浮放电检测定位装置及方法，进一步地在理论上对悬浮放电的特性进行研究，为实际现场对电力一次设备内部产生的悬浮放电进行检测提供可靠的理论依据。

Description

一种悬浮放电试验模型悬浮放电检测定位装置及方法

技术领域

本发明涉及一种悬浮放电试验模型悬浮放电检测定位装置及方法，尤其涉及一种检测灵敏度高，精确度高，采用多种检测方法，检测结果可相互验证的悬浮放电试验模型悬浮放电检测定位装置及方法，属于局部放电仿真模拟模型技术领域。

背景技术

在电网中运行的电力设备，在正常情况下，其绝缘性能均能承受运行电压。由于制造、安装工艺的影响，电气设备的绝缘内部可能存在气泡、杂质、裂缝等，在高压交变电场作用下会引起内部或表面的电场强度过高，绝缘内部将会出现周期性的局部放电。局部放电一般分为内部放电、表面放电、电晕放电、悬浮放电。由于其放电能量很小，短时不会使整个通路击穿，但却能使绝缘性能下降，甚至丧失耐压性能。因此，局部放电即是一种现象，同时也是一种检测电力设备绝缘状况的手段。

局部放电是一种复杂的物理过程，除了伴随着电荷的转移和电能的损耗之外，还会产生电磁辐射、声音、超声波、光、热、气体以及新的生成物等。从电性方面分析，产生局部放电时，在局部放电处有电荷交换、有电磁波辐射、有能量损耗。

基于对局部放电发生时产生的各种电、光、声、热等现象的研究，已经成为局部放电检测研究的主要内容，对于不同类型的局部放电其放电的特性机理也不尽相同，通过理论研究不同类型的局部放电本身特有的性质包括：放电的起始电压、放电能量、放电的稳定性、产生的信号种类、信号的频域特性、信号的时域特性等，便可以更好的掌握不同类型局部放电特性，为实际研究局部放电的检测技术提供可靠的理论依据。

传统对于局放试验，一般使用就IEC60270的常规检测方法，该方法难以用于现场带电检测。

本发明是一种采用多种检测方法的悬浮放电试验模型悬浮放电检测定位装置及方法，通过采用特高频、地电波和超声波等检测方法，能够系统的研究悬浮放电的特性及机理，为悬浮放电检测技术的实际应用提供严谨的科学理论依据，增强悬浮放电检测技术的在实际应用的有效性及可信度。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种适用于现场带电检测、采用多种检测方法、检测结果可相互验证、进而确保检测结果的准确性的悬浮放电试验模型悬浮放电检测定位装置及方法，进一步地在理论上对悬浮放电的特性进行研究，为实际现场对电力一次设备内部产生的悬浮放电进行检测提供可靠的理论依据。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种悬浮放电试验模型悬浮放电检测定位装置，其特征在于：包括：悬浮放电模型、高压电源、试验GIS模型、特高频传感器、超声波传感器、特高频放大器、超声波放大器、示波器、地电波传感器和地电波放大器；

所述悬浮放电模型位于所述试验GIS模型腔体内部，高压套管内的高压导体的一端与所述悬浮放电模型的高压端相连，所述高压套管内的高压导体的另一端与所述高压电源的高压侧相连，所述高压电源的接地侧与所述试验GIS模型的外壳相连并接地，所述试验GIS模型的外壳上还设置有所述特高频传感器、超声波传感器和地电波传感器，所述特高频传感器放置于绝缘子上，所述超声波传感器和地电波传感器均放置于所述试验GIS模型外壳表面，所述地电波传感器距离所述绝缘子的位移为2~50cm，所述特高频传感器与特高频放大器电相连，所述超声波传感器与超声波放大器电相连，所述地电波传感器与所述地电波放大器电相连，所述特高频放大器、超声波放大器和地电波放大器均与所述示波器电相连。

所述悬浮放电模型包括高压端、低压端、有机玻璃容器、柱电极、悬浮电极、绝缘板、金属板和绝缘介质；

所述有机玻璃容器为两端开口的圆柱体，所述有机玻璃容器的一端由所述高压端密闭固定，所述有机玻璃容器的另一端由所述低压端密闭固定，所述高压端外部与所述高压套管相连，所述高压端内部与所述柱电极相连，所述低压端外部与地网连接，所述低压端内部与所述金属板相连，所述金属板和柱电极之间用所述绝缘板相连接，所述绝缘板上放置所述悬浮电极，所述有机玻璃容器的壁沿上设置有用于渗入填充所述绝缘介质的通气孔。

所述超声波传感器的个数为2个，分别为第一超声波传感器和第二超声波传感器。

所述柱电极为直径为6～10mm的圆柱体；所述悬浮电极为直径为10～20mm，高度为3～5mm的圆柱体，所述悬浮电极的材质为黄铜；所述绝缘板为厚度为3～8mm，直径为50～100mm的圆形板，所述绝缘板的材质为环氧树脂；所述绝缘介质为六氟化硫气体或空气。

所述示波器为高速示波器。

所述试验GIS模型的外壳为金属外壳，所述试验GIS模型为两端开口的圆柱体，所述试验GIS模型的两端均用所述绝缘子密闭连接，所述试验GIS模型的外壳上还设置有用于充放所述绝缘介质的补气孔；所述绝缘子为盆式绝缘子；位于所述试验GIS模型两端的绝缘子之间的距离为1～5m，所述试验GIS模型的内径为30～100cm。

一种悬浮放电试验模型悬浮放电检测定位方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：高压电源产生试验用所需要施加的电压，激发悬浮放电模型实现悬浮放电；

步骤2：将第一超声波传感器和第二超声波传感器放置于试验GIS模型外壳上的不同位置，移动第一超声波传感器和第二超声波传感器并检测超声波信号，确定悬浮放电位置离哪个超声波传感器较近；

步骤3：将地电波传感器放置于绝缘子旁的试验GIS模型外壳上，将特高频传感器放置于绝缘子上，同时利用地电波传感器、特高频传感器和离悬浮放电位置较近的超声波传感器对悬浮放电信号进行检测，得到特高频信号、超声波信号和地电波信号；

步骤4：特高频信号经特高频放大器放大，超声波信号经超声波放大器放大，地电波信号经地电波放大器放大后传输至示波器；

步骤5：示波器接收步骤4中的信号后，分别以地电波信号和特高频信号为时间起始点，利用时域波形，分别确定地电波信号与超声波信号的传输时延和特高频信号与超声波信号的传输时延，对比分析两个传输时延，再结合超声波信号在绝缘介质中的传播速度，确定悬浮放电源与离悬浮放电位置较近的超声波传感器之间的距离。

所述特高频传感器的检测频带为300MHz～1500MHz；所述地电波传感器的检测频带为1MHz～200MHz；所述超声波传感器的检测频带为20kHz～300kHz。

所述特高频放大器的放大倍数为40～80dB，所述超声波放大器的放大倍数为40～100dB，所述地电波放大器的放大倍数为40～80dB。

本发明使用了地电波、特高频和超声波检测方法，其相比常规局放测试仪的检测方法更适用于现场带电检测应用。

本发明各部分的功能如下：

高压端：用于与电源的高压部分进行连接，获取试验电压。

低压端：用于与地网可靠连接提供整个系统的零点电位并保证整个系统的安全性。

有机玻璃容器：用于作为装设悬浮电极及金属板等的容器，材料为有机玻璃、形状为圆柱形，上表面可固定高压端，下表面可固定低压端。

柱电极：用于与高压端相连接共同作为高压电极，柱电极采用直径为6～10 mm的圆柱体。

悬浮电极：用于作为整个模型的主要放电源，悬浮电极采用直径为10~20 mm，高度为3~5mm的圆柱体，材料采用黄铜材质。

绝缘板：用于使悬浮电极与高压端及低压端均无金属导通连接，采用厚度为3~8 mm、直径为50~100 mm 的圆柱体环氧树脂板。

金属板：金属板直径为30~100mm，用于与低压端相连作为整个系统的低压电极，同时与低压端配合提供整个系统的保护。

绝缘介质：用于作为整个模型的绝缘介质，包括六氟化硫气体或空气。

悬浮放电模型：由上述部件组成，在试验模型中产生模拟现场放电的特征信号。

高压电源：产生试验用所需要施加的电压，以触发悬浮放电模型实现放电。

试验GIS模型：试验GIS模型腔体内放置悬浮放电模型，提供试验载体，其内部充满绝缘介质，以仿真现场真实的GIS状况。

特高频传感器：其频带为300MHz～1500MHz，放置在试验GIS模型的绝缘子上，能够耦合来自悬浮放电模型产生的特高频信号。

超声波传感器：其频带为20kHz～300kHz，放置在试验GIS模型的外壳表面，能够耦合来自悬浮放电模型产生的超声波信号。

特高频放大器：其放大倍数为40~80dB，能显著提高特高频检测效果。

超声波放大器：其放大倍数为40~100dB，能显著提高超声波检测效果。

示波器：采用4通道高速示波器，模拟带宽4GHz，采样率20GHz，以对信号结果进行精确采样。

地电波传感器：其频带为1MHz～200MHz，放置在试验GIS模型的外壳表面，能够耦合来自悬浮放电模型产生的放电信号，由悬浮放电模型产生的放电信号经过绝缘子上的泄漏出来的信号，在试验GIS模型外壳上形成暂态地电压，通过在绝缘子附近耦合地电波信号，能检测来自内部的放电。

地电波放大器：其放大倍数为40~80dB，能显著提高地电波检测效果。

本发明提供的一种悬浮放电试验模型悬浮放电检测定位装置及方法，试验GIS模型的外壳上设置有用于充放所述绝缘介质的补气孔及有机玻璃容器的壁上设置有通气孔的设置，可以满足绝缘介质可以进行更换的要求，如在六氟化硫或空气之间进行替换，可以研究在不同的绝缘介质里悬浮放电的相应特性；另外，本发明的悬浮电极也可以进行更换，能够满足在不同尺寸的悬浮电极之间进行替换，可以研究不同尺寸的悬浮电极产生的悬浮放电的相应特性；还有，本发明由于采用了地电波、特高频和超声波检测方法，并且地电波和特高频的检测结果均可与超声波检测结果对比分析计算，形成两个定位距离，即悬浮放电源与离悬浮放电位置较近的超声波传感器之间的距离，两个定位距离的数值接近，说明测量结果准确。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明之悬浮放电模型的结果示意图；

图3为本发明之检测信号波形图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1-3所示，一种悬浮放电试验模型悬浮放电检测定位装置，其特征在于：包括：悬浮放电模型1、高压电源2、试验GIS模型3、特高频传感器4、超声波传感器5、特高频放大器6、超声波放大器7、示波器8、地电波传感器9和地电波放大器10；

所述悬浮放电模型1位于所述试验GIS模型3腔体内部，高压套管11内的高压导体的一端与所述悬浮放电模型1的高压端101相连，所述高压套管11内的高压导体的另一端与所述高压电源2的高压侧相连，所述高压电源2的接地侧与所述试验GIS模型3的外壳相连并接地，所述试验GIS模型3的外壳上还设置有所述特高频传感器4、超声波传感器5和地电波传感器9，所述特高频传感器4放置于绝缘子301上，所述超声波传感器5和地电波传感器9均放置于所述试验GIS模型3外壳表面，所述地电波传感器9距离所述绝缘子301的位移为20cm，所述特高频传感器4与特高频放大器6电相连，所述超声波传感器5与超声波放大器7电相连，所述地电波传感器9与所述地电波放大器10电相连，所述特高频放大器6、超声波放大器7和地电波放大器10均与所述示波器8电相连。

所述悬浮放电模型1包括高压端101、低压端102、有机玻璃容器103、柱电极104、悬浮电极105、绝缘板106、金属板107和绝缘介质108；

所述有机玻璃容器103为两端开口的圆柱体，所述有机玻璃容器103的一端由所述高压端101密闭固定，所述有机玻璃容器103的另一端由所述低压端102密闭固定，所述高压端101外部与所述高压套管11相连，所述高压端101内部与所述柱电极104相连，所述低压端102外部与地网连接，所述低压端102内部与所述金属板107相连，所述金属板107和柱电极104之间用所述绝缘板106相连接，所述绝缘板106上放置所述悬浮电极105，所述有机玻璃容器103的壁沿上设置有用于渗入填充所述绝缘介质108的通气孔。

所述超声波传感器5的个数为2个，分别为第一超声波传感器和第二超声波传感器。

所述柱电极104为直径为6mm的圆柱体；所述悬浮电极105为直径为10mm，高度为3mm的圆柱体，所述悬浮电极105的材质为黄铜；所述绝缘板106为厚度为5mm，直径为70mm的圆形板，所述绝缘板106的材质为环氧树脂；所述绝缘介质108为六氟化硫气体或空气。

所述示波器8为高速示波器。

所述试验GIS模型3的外壳为金属外壳，所述试验GIS模型3为两端开口的圆柱体，所述试验GIS模型3的两端均用所述绝缘子301密闭连接，所述试验GIS模型3的外壳上还设置有用于充放所述绝缘介质108的补气孔；所述绝缘子301为盆式绝缘子；位于所述试验GIS模型3两端的绝缘子301之间的距离为1m，所述试验GIS模型3的内径为30cm。

一种悬浮放电试验模型悬浮放电检测定位方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：高压电源2产生试验用所需要施加的电压，激发悬浮放电模型1实现悬浮放电；

步骤2：将第一超声波传感器和第二超声波传感器放置于试验GIS模型3外壳上的不同位置，移动第一超声波传感器和第二超声波传感器并检测超声波信号，确定悬浮放电位置离哪个超声波传感器较近；

步骤3：将地电波传感器9放置于绝缘子301旁的试验GIS模型3外壳上，将特高频传感器4放置于绝缘子301上，同时利用地电波传感器9、特高频传感器4和离悬浮放电位置较近的超声波传感器对悬浮放电信号进行检测，得到特高频信号、超声波信号和地电波信号；

步骤4：特高频信号经特高频放大器6放大，超声波信号经超声波放大器7放大，地电波信号经地电波放大器10放大后传输至示波器8；

步骤5：示波器8接收步骤4中的信号后，分别以地电波信号和特高频信号为时间起始点，利用时域波形，分别确定地电波信号与超声波信号的传输时延和特高频信号与超声波信号的传输时延，对比分析两个传输时延，再结合超声波信号在绝缘介质108中的传播速度，确定悬浮放电源与离悬浮放电位置较近的超声波传感器之间的距离。

所述特高频传感器4的检测频带为300MHz～1500MHz；所述地电波传感器9的检测频带为1MHz～200MHz；所述超声波传感器5的检测频带为20kHz～300kHz。

所述特高频放大器6的放大倍数为60dB，所述超声波放大器7的放大倍数为80dB，所述地电波放大器10的放大倍数为60dB。

悬浮放电模型的组装过程：

如图2所示，进行悬浮放电模型整体组装，将高压端101与直径为6mm的柱电极104相连，将厚度为5 mm、直径为70 mm 的圆柱形绝缘板106放置在柱电极104与直径为50mm金属板107之间作为绝缘体，将直径为10 mm，高度为3mm的圆柱形悬浮电极105放置在绝缘板106上面，并保持悬浮电极106和柱电极104的间距为15 mm；通过高压端盖板与低压端盖板将有机玻璃容器密封，并向其内部注入六氟化硫气体；通过高压端施加高压，通过低压端进行接地，在接入高压后使悬浮电极激发放电，模拟悬浮放电。

一种悬浮放电试验模型悬浮放电检测定位方法的具体步骤：

如图1、图3所示，高压电源2的电压调节范围为0～146kV；试验GIS模型3内导体外径为5cm，外壳内径为24cm，内部充有0.4MPa的六氟化硫气体。两个盆式绝缘子301的距离为1m。特高频传感器4固定在绝缘子上，地电波传感器9固定在绝缘子旁边的金属外壳上，通过移动两个超声波传感器5进行信号分析诊断，并实现悬浮放电缺陷的精确定位；特高频传感器4、超声波传感器5和地电波传感器9的输出信号，分别经过特高频放大器6、超声波放大器7及地电波放大器10后，传输至高速示波器8，在示波器上进行信号观测。

声电联合信号分析诊断方法：

将第一超声波传感器放置在点1位置，第二超声波传感器放置在点2位置，特高频放置在绝缘子301上，地电波传感器9固定在绝缘子301旁边的金属外壳上，此时特高频、地电波和超声波传感器检测的信号如图3所示。

第二超声波传感器的检测结果为0.3V，而第一超声波传感器信号只有0.03V，衰减达20dB；其原因是超声波信号在六氟化硫中传播时衰减较大，这也表明局部放电更靠近第二超声波传感器的位置。因此，取第二超声波传感器的信号进行定位分析，以特高频传感器4的信号为时间起始点，第二超声波传感器信号中直达波的时延Δt为87微秒，按超声波信号在六氟化硫中传播速度为133m/s计算，得到局部放电源位于距离第二超声波传感器所在位置外壳内壁11.6mm处；再以地电波传感器9的信号为时间起始点，第二超声波传感器信号中直达波的时延Δt为87微秒，按超声波信号在六氟化硫中传播速度为133m/s计算，得到局部放电源位于距离第二超声波传感器所在位置外壳内壁11.6mm处；两个定位结果相互验证，说明定位结果非常准确。

本发明通过同时检测局部放电信号的地电波信号、特高频信号和超声波信号，对地电波信号和特高频信号分别与超声波信号进行对比分析，能更加有效地排除现场干扰，提高局部放电定位精度和缺陷类型识别的准确性。

本发明能有效地发现运行中GIS的悬浮放电缺陷并进行精确定位，为设备维护和安全运行提供有力的保障。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种悬浮放电试验模型悬浮放电检测定位装置，其特征在于：包括：悬浮放电模型（1）、高压电源（2）、试验GIS模型（3）、特高频传感器（4）、超声波传感器（5）、特高频放大器（6）、超声波放大器（7）、示波器（8）、地电波传感器（9）和地电波放大器（10）；

所述悬浮放电模型（1）位于所述试验GIS模型（3）腔体内部，高压套管（11）内的高压导体的一端与所述悬浮放电模型（1）的高压端（101）相连，所述高压套管（11）内的高压导体的另一端与所述高压电源（2）的高压侧相连，所述高压电源（2）的接地侧与所述试验GIS模型（3）的外壳相连并接地，所述试验GIS模型（3）的外壳上还设置有所述特高频传感器（4）、超声波传感器（5）和地电波传感器（9），所述特高频传感器（4）放置于绝缘子（301）上，所述超声波传感器（5）和地电波传感器（9）均放置于所述试验GIS模型（3）外壳表面，所述地电波传感器（9）距离所述绝缘子（301）的位移为2~50cm，所述特高频传感器（4）与特高频放大器（6）电相连，所述超声波传感器（5）与超声波放大器（7）电相连，所述地电波传感器（9）与所述地电波放大器（10）电相连，所述特高频放大器（6）、超声波放大器（7）和地电波放大器（10）均与所述示波器（8）电相连。

2.根据权利要求1所述的一种悬浮放电试验模型悬浮放电检测定位装置，其特征在于：所述悬浮放电模型（1）包括高压端（101）、低压端（102）、有机玻璃容器（103）、柱电极（104）、悬浮电极（105）、绝缘板（106）、金属板（107）和绝缘介质（108）；

所述有机玻璃容器（103）为两端开口的圆柱体，所述有机玻璃容器（103）的一端由所述高压端（101）密闭固定，所述有机玻璃容器（103）的另一端由所述低压端（102）密闭固定，所述高压端（101）外部与所述高压套管（11）相连，所述高压端（101）内部与所述柱电极（104）相连，所述低压端（102）外部与地网连接，所述低压端（102）内部与所述金属板（107）相连，所述金属板（107）和柱电极（104）之间用所述绝缘板（106）相连接，所述绝缘板（106）上放置所述悬浮电极（105），所述有机玻璃容器（103）的壁沿上设置有用于渗入填充所述绝缘介质（108）的通气孔。

3.根据权利要求1所述的一种悬浮放电试验模型悬浮放电检测定位装置，其特征在于：所述超声波传感器（5）的个数为2个，分别为第一超声波传感器和第二超声波传感器。

4.根据权利要求2所述的一种悬浮放电试验模型悬浮放电检测定位装置，其特征在于：所述柱电极（104）为直径为6～10mm的圆柱体；所述悬浮电极（105）为直径为10～20mm，高度为3～5mm的圆柱体，所述悬浮电极（105）的材质为黄铜；所述绝缘板（106）为厚度为3～8mm，直径为50～100mm的圆形板，所述绝缘板（106）的材质为环氧树脂；所述绝缘介质（108）为六氟化硫气体或空气。

5.根据权利要求1所述的一种悬浮放电试验模型悬浮放电检测定位装置，其特征在于：所述示波器（8）为高速示波器。

6.根据权利要求1所述的一种悬浮放电试验模型悬浮放电检测定位装置，其特征在于：所述试验GIS模型（3）的外壳为金属外壳，所述试验GIS模型（3）为两端开口的圆柱体，所述试验GIS模型（3）的两端均用所述绝缘子（301）密闭连接，所述试验GIS模型（3）的外壳上还设置有用于充放所述绝缘介质（108）的补气孔；所述绝缘子（301）为盆式绝缘子；位于所述试验GIS模型（3）两端的绝缘子（301）之间的距离为1～5m，所述试验GIS模型（3）的内径为30～100cm。

7.一种悬浮放电试验模型悬浮放电检测定位方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：高压电源（2）产生试验用所需要施加的电压，激发悬浮放电模型（1）实现悬浮放电；

步骤2：将第一超声波传感器和第二超声波传感器放置于试验GIS模型（3）外壳上的不同位置，移动第一超声波传感器和第二超声波传感器并检测超声波信号，确定悬浮放电位置离哪个超声波传感器较近；

步骤3：将地电波传感器（9）放置于绝缘子（301）旁的试验GIS模型（3）外壳上，将特高频传感器（4）放置于绝缘子（301）上，同时利用地电波传感器（9）、特高频传感器（4）和离悬浮放电位置较近的超声波传感器对悬浮放电信号进行检测，得到特高频信号、超声波信号和地电波信号；

步骤4：特高频信号经特高频放大器（6）放大，超声波信号经超声波放大器（7）放大，地电波信号经地电波放大器（10）放大后传输至示波器（8）；

步骤5：示波器（8）接收步骤4中的信号后，分别以地电波信号和特高频信号为时间起始点，利用时域波形，分别确定地电波信号与超声波信号的传输时延和特高频信号与超声波信号的传输时延，对比分析两个传输时延，再结合超声波信号在绝缘介质（108）中的传播速度，确定悬浮放电源与离悬浮放电位置较近的超声波传感器之间的距离。

8.根据权利要求7所述的一种悬浮放电试验模型悬浮放电检测定位方法，其特征在于：所述特高频传感器（4）的检测频带为300MHz～1500MHz；所述地电波传感器（9）的检测频带为1MHz～200MHz；所述超声波传感器（5）的检测频带为20kHz～300kHz。

9.根据权利要求7所述的一种悬浮放电试验模型悬浮放电检测定位方法，其特征在于：所述特高频放大器（6）的放大倍数为40～80dB，所述超声波放大器（7）的放大倍数为40～100dB，所述地电波放大器（10）的放大倍数为40～80dB。