CN104459494A - 一种gis设备现场冲击电压下局部放电测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种GIS设备现场冲击电压下局部放电测量装置，所述装置在GIS设备做现场冲击耐压的同时对其进行局部放电测量，用于检测设备内可能存在的绝缘缺陷，提高GIS设备安全运行的可靠性。所述装置包括，开环式罗氏线圈传感器，双层屏蔽电缆，信号差分器，信号求和器，衰减器套件，滤波器套件，暂态电压钳制器，I/O数据采集卡和冲击电压下局部放电测量与分析软件。本发明所公开的适合现场GIS设备的局部放电测量装置，不仅能准确测得局部放电脉冲电流波形，而且能更为真实的得到存在绝缘缺陷设备的放电量，对于评估设备绝缘状况具有重要意义。

Description

一种GIS设备现场冲击电压下局部放电测量装置

技术领域

本发明专利涉及GIS设备现场绝缘缺陷检测技术，特别涉及一种GIS设备现场冲击电压下局部放电测量装置。 

背景技术

近年来，随着我国工业水平的提升，以及大规模电网建设对电力设备生产技术发展的要求，气体绝缘金属全封闭式开关电器(Gas-Insulated metal-enclosed Switchgear，GIS)逐步实现了国产化。但因GIS设备在生产过程中出现的质量问题(如材料缺陷和主附件装配失误)以及在运输和安装过程中产生的潜在缺陷(如部件松动脱落、电极刮伤、错位及绝缘裂纹等)所导致的故障和事故呈逐年增多的趋势。因此，GIS设备在投入运行之前，不但需要对其绝缘的整体状况进行评估，还希望对其是否存在局部的绝缘缺陷有所掌握。 

局部放电不但是绝缘击穿、闪络的初期表现，还是发现局部缺陷和隐患、判断绝缘可靠性及寿命评估的重要依据。目前对电力设备进行工频耐压的同时进行局部放电测量的方法和技术已达到比较成熟的阶段。随着IEC60060-3标准(相应的国内标准为GB/T 16927.3)的颁布，使采用振荡型冲击电压进行GIS设备的现场冲击耐压试验成为可能。如同工频耐压的同时进行局部放电测量的方法那样，在出厂或现场冲击耐压试验的同时进行诊断性的局部放电检测，不仅可以考察设备整体的绝缘强度，还可以对绝缘局部缺陷特别是高场强下才能 激发的缺陷进行暴露，尽早对绝缘缺陷的类型和规模予以评估，最终给出绝缘状态全面合理的评价。 

相关研究机构和国际大电网组织(CIGRE)的统计表明：交流耐压试验和交流局部放电试验一般能够暴露GIS设备中大多数缺陷，但对于电极刮伤、尖刺等存在电场异常的潜在绝缘缺陷，其检测有效性有限。为了预防GIS设备事故的发生，保证电力系统的安全，亟需更加可靠的手段来提高GIS设备绝缘诊断水平。研究表明，不同类型施加电压的作用机制有较大差异，相比工频电压，冲击电压能够有效限制局部放电电晕稳定性，促进放电的产生和发展。从诊断角度而言，在冲击耐压试验的同时进行局部放电检测，能够更有效地发现GIS设备中电场异常等绝缘缺陷，从而更好地了解GIS设备绝缘状态。因此研究冲击电压下现场GIS设备局部放电的测量方法具有重要的工程意义。 

发明内容

为解决上述技术问题，本发明公开了一种GIS设备现场冲击电压下局部放电测量装置； 

所述装置包括开环式罗氏线圈传感器，双层屏蔽电缆，信号求和器，信号差分器，衰减器套件，高通滤波器套件，脉冲放大器，暂态电压钳制器，I/O数据采集卡；所述开环式罗氏线圈传感器经双层屏蔽电缆与信号求和器或者信号差分器相连接；信号求和器或者信号差分器依次与衰减器套件、高通滤波器套件、脉冲放大器、暂态电压钳制器、I/O数据采集卡连接。 

本发明专利的主要特点在于： 

整个测量装置是由开环式罗氏线圈传感器通过电磁感应耦合得到局部放电脉冲电流，这种非电气连接的方式不会造成测量装置对电气回路的影响。 

由于现场GIS设备一般均是多点接地，在进行冲击电压下局部放电测量时会存在脉冲电流从多个接地支路分流的情况，因此整个测量装置采用多个罗氏线圈传感器同时测量并求和的方式，可以获得局部放电脉冲电流信号相对真实的幅值，这对于判断设备内是否存在绝缘缺陷或缺陷严重程度具有重要意义。 

在同一处接地线上利用高通和低通罗氏线圈传感器分别检测局部放电脉冲电流信号，然后采用信号差分器对两者作差分运算，以滤除较低频的位移电流成分；配合高通滤波器，其效果更好，满足现场GIS局部放电的测量要求。 

附图说明

图1、本发明所构建的GIS设备冲击电压下局部放电信号求和测量装置；其中(1)-(5)表示开环式罗氏线圈传感器，(6)表示双层屏蔽电缆，(7)表示信号求和器，(8)和(12)衰减器套件，(9)表示高通滤波器套件，(10)表示脉冲放大器，(11)和(13)表示暂态电压钳制器，(14)表示I/O数据采集卡，(15)表示冲击电压下局部放电测量与分析软件； 

图2、本发明所构建的GIS设备冲击电压下局部放电信号差分测量装置；(1)-(3)表示开环式罗氏线圈传感器，(4)表示双层屏蔽电缆，(5)表示信号差分器，(6)和(10)(14)表示衰减器套件，(7)和(11)表示高通滤波器套件，(8)和(12)表示脉冲放大器，(9)(13)(15)表示暂 态电压钳制器，(16)表示I/O数据采集卡，(17)表示冲击电压下局部放电测量与分析软件。 

具体实施方式

下面结合附图进一步加以详细说明： 

一种GIS设备现场冲击电压下局部放电测量方法，该方法所需装置包括开环式罗氏线圈传感器(图1(1-5)，图2(1-3))，双层屏蔽电缆(图1(6)，图2(4))，信号求和器(图1(7))，信号差分器(图2(5))，衰减器套件(图1(8，12)，图2(6，10，14))，高通滤波器套件(图1(9)，图2(7，11))，脉冲放大器(图1(10)，图2(8，12))，暂态电压钳制器(图1(11，13)，图2(9，13，15))，I/O数据采集卡(图1(14)，图2(16))和冲击电压下局部放电测量与分析软件(图1(15)，图2(17))。优选的，所述开环式罗氏线圈传感器经双层屏蔽电缆与信号求和器或者信号差分器相连接；信号求和器或者信号差分器依次与衰减器套件、高通滤波器套件、脉冲放大器、暂态电压钳制器、I/O数据采集卡连接。 

优选的，所述开环式罗氏线圈传感器(图1(1-5)，图2(1-3))通过电磁感应耦合得到局部放电脉冲电流，并将局部放电脉冲电流信号转换为电压信号。 

更为优选的，所述罗氏线圈传感器包括高通罗氏线圈传感器和低通罗氏线圈传感器。 

优选的，所述信号求和器用于将多个开环式罗氏线圈传感器的局部放电脉冲电流信号进行叠加，以得到设备内局部放电造成的总脉冲电流。 

优选的，由于设备位移电流的频带较局部放电相比要低得多，所述信号差分器(图2(5))将高通罗氏线圈传感器(图2(1))信号和低通罗 氏线圈传感器(图2(2))信号两者相减，以去除接地线上流过的低频位移电流分量，而保留高频局部放电脉冲电流分量。此处，位移电流指冲击电压下流过GIS设备的容性电流。 

更为优选的，所述高通罗氏线圈传感器(图2(1))的频率下限低于位移电流的频带，所述低通罗氏线圈传感器(图2(2))的频率上限介于位移电流和局部放电脉冲电流频带之间。 

优选的，所述衰减器套件(图1(8，12)，图2(6，10，14))包括3dB、6dB、10dB、20dB和30dB衰减器，根据试品上所施加冲击电压幅值大小的不同，选择适合的衰减器将双层屏蔽电缆(图1(6)，图2(4))上传输的电压信号幅值按相应倍数衰减，以保证输入信号幅值在I/O数据采集卡(图1(14)，图2(16))的量程范围内。 

优选的，所述高通滤波器套件(图1(9)，图2(7，11))可以滤除接地线上流过的位移电流成分，而保留幅值较小的高频局部放电脉冲电流成分； 

进一步，所述高通滤波器套件的频率下限应略高于位移电流的频率成分，而位移电流的频率成分由所施加冲击电压决定。 

优选的，所述暂态电压钳制器(5)用作I/O数据采集卡(图1(14)，图2(16))的过电压保护器件； 

进一步的，所选暂态电压钳制器(图1(11，13)，图2(9，13，15))的击穿电压和脉冲峰值功率由I/O数据采集卡(图1(14)，图2(16))的电压测量量程和最大输入功率决定，即暂态电压钳制器(图1(11，13)，图2(9，13，15))的击穿电压和脉冲峰值功率需分别小于I/O数据采集卡(图 1(14)，图2(16))的最大测量电压和最大输入功率。 

优选的，所述I/O数据采集卡(图1(14)，图2(16))用来将双层屏蔽电缆(图1(6)，图2(4))传输的冲击电压和由局部放电产生的脉冲电流模拟信号转化为数字信号进行采集，最后将数据输入电脑由冲击电压下局部放电测量与分析软件(图1(15)，图2(17))作分析处理； 

进一步的，所述I/O数据采集卡(图1(14)，图2(16))的检测带宽应大于所述开环式罗氏线圈传感器(图1(1-5)，图2(1-3))的带宽，所述I/O数据采集卡(图1(14)，图2(16))的采样率应大于其所采集局部放电脉冲电流信号带宽的两倍以上。 

优选的，附图1为现场GIS设备冲击电压下局部放电信号求和测量装置。由于现场GIS设备一般均是多点接地，在进行冲击电压下局部放电测量时会存在脉冲电流从多个接地支路分流的情况，若只从单一支路检测局部放电脉冲电流信号，其幅值并不能真实反映设备内局部放电脉冲电流的大小，因此整个测量装置采用多个罗氏线圈传感器(图1(1-5))同时在各个接地支路处检测并利用信号求和器(图1(7))加和的方式，可以获得局部放电脉冲电流信号相对真实的幅值，这对于判断设备内是否存在绝缘缺陷或缺陷严重程度具有重要意义。 

优选的，附图2为现场GIS设备冲击电压下局部放电信号差分测量装置。其中，高通罗氏线圈传感器(图2(1))的下限截止频率低于设备位移电流的频带，而低通罗氏线圈传感器(图2(2))的上限截止频率介于位移电流频带和局部放电脉冲电流频带之间，利用信号差分器(图2(5))将上述两路信号相减即可滤去位移电流分量的主要部分；信 号经高通滤波器(图2(7))后，其位移电流成分会被进一步削减，这对于局部放电脉冲数和放电量的统计、局部放电脉冲电流信号的频谱研究、局部放电脉冲电流信号的时频分析等都具有重要意义。 

以上实施例仅用以说明本发明专利而并非限制本发明专利所描述的技术方案；因此尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明专利已进行了详细的说明，但是本领域的技术人员应当理解，仍然可以对本发明专利进行修改或等同替换；而一切不脱离本发明专利的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明专利的权利要求范围中。 

Claims (10)

1.一种GIS设备现场冲击电压下局部放电测量装置，其特征在于：所述装置包括开环式罗氏线圈传感器，双层屏蔽电缆，信号求和器，信号差分器，衰减器套件，高通滤波器套件，脉冲放大器，暂态电压钳制器，I/O数据采集卡；所述开环式罗氏线圈传感器经双层屏蔽电缆与信号求和器或者信号差分器相连接；信号求和器或者信号差分器依次与衰减器套件、高通滤波器套件、脉冲放大器、暂态电压钳制器、I/O数据采集卡连接。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：优选的，所述开环式罗氏线圈传感器包括高通罗氏线圈传感器和低通罗氏线圈传感器；

所述开环式罗氏线圈传感器通过电磁感应耦合得到局部放电脉冲电流，并将局部放电脉冲电流信号转换为电压信号。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述信号求和器用于将多个开环式罗氏线圈传感器的局部放电脉冲电流信号进行叠加。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述信号差分器将高通罗氏线圈传感器的局部放电脉冲电流信号和低通罗氏线圈传感器的局部放电脉冲电流信号进行相减；

所述高通罗氏线圈传感器的频率下限应低于位移电流的频带，所述低通罗氏线圈传感器的频率上限应介于位移电流和局部放电脉冲电流频带之间；

所述位移电流指冲击电压下流过GIS设备的容性电流。

5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述衰减器套件包括3dB、6dB、10dB、20dB和30dB衰减器，根据所施加的冲击电压幅值大小的不同，选择不同的衰减器将双层屏蔽电缆上传输的电压信号幅值按相应倍数衰减，以保证输入到I/O数据采集卡的信号在其量程范围内。

6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：所述高通滤波器套件用于滤除GIS设备接地线上流过的位移电流成分，保留幅值较小的高频局部放电脉冲电流成分；

所述高通滤波器套件的频率下限的选择由施加的冲击电压频率决定。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述暂态电压钳制器为I/O数据采集卡的过电压保护器件；

所选暂态电压钳制器的击穿电压和脉冲峰值功率分别小于I/O数据采集卡的最大测量电压和最大输入功率。

8.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述I/O数据采集卡用于将双层屏蔽电缆传输的冲击电压和由局部放电产生的脉冲电流模拟信号转化为数字信号进行采集；

所述I/O数据采集卡的检测带宽大于所述开环式罗氏线圈传感器的带宽，所述I/O数据采集卡的采样率大于其所采集的局部放电脉冲电流信号带宽的两倍以上。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于：所述装置还包括冲击电压下局部放电测量与分析软件，所述分析软件与I/O数据采集卡相连接，用于对I/O数据采集卡采集到的信号进行分析处理。

10.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：所述开环式罗氏线圈传感器的数量为5个。