CN105606979A - Gis设备局部放电模拟检测装置 - Google Patents

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    • G01R31/1254Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing of components, parts or materials of gas-insulated power appliances or vacuum gaps

Abstract

本发明涉及一种GIS设备局部放电模拟检测装置,该装置包括模拟GIS设备局部放电的放电模拟单元、检测所述放电模拟单元放电的放电检测单元和测量单元,所述放电模拟单元包括生成激励电压的电压单元、接地电极、与所述电压单元连接的高压电极,所述高压电极、所述接地电极与所述放电检测单元设置于同一接地的金属腔体内,所述测量单元与所述电压单元连接,所述测量单元对所述电压单元输出的激励电压信号和所述放电检测单元输出的放电信号进行采集和分析,获得GIS设备局部放电的模拟检测结果。该装置能够模拟GIS设备的局部放电情况,从而为GIS设备在工频电压或冲击电压下发生局部放电的检测提供参考,有利于保障GIS设备的正常运行。

Description

GIS设备局部放电模拟检测装置
技术领域
[0001]本发明涉及电网检测技术领域,特别是涉及一种GIS设备局部放电模拟检测装置。
背景技术
[0002] 气体绝缘开关(Gas Insulated Switchgear,GIS)设备是电网中的重要设备之一,其安全运行关系着整个电网的安全。在GIS设备内部,金属尖端是常见的缺陷之一,其可能出现在GIS设备的高压导杆上,也可能出现在接地外壳腔体上,金属尖端的存在将会引起电场集中,进而导致GIS设备内部产生放电。GIS设备在正常运行过程中除了经受工频电压外,还会经受雷电冲击电压和操作冲击电压,其中,雷电冲击电压由自然界雷雨天气所导致,而操作冲击电压则由断路器动作等产生,雷电冲击电压和操作冲击电压的波形都是先迅速上升,然后逐渐下降,具有电压幅值高、作用时间短的特点。近年来,随着特高压电网的不断发展,冲击电压已经成为GIS设备绝缘的决定因素,而在工频电压或者冲击电压下如何及时检测或者判断出GIS设备发生局部放电,也是一个亟需解决的问题。
发明内容
[0003]基于此,有必要针对如何及时检测或者判断GIS设备在工频电压或者冲击电压下发生局部放电的问题,提供一种GIS设备局部放电模拟检测装置。
[0004]为实现上述目的,本发明采取如下的技术方案:
[0005] —种GIS设备局部放电模拟检测装置,所述装置包括模拟GIS设备局部放电的放电模拟单元、检测所述放电模拟单元放电的放电检测单元和测量单元,
[0006]所述放电模拟单元包括生成激励电压的电压单元、接地电极、与所述电压单元连接的高压电极,
[0007]所述高压电极、所述接地电极与所述放电检测单元设置于同一接地的金属腔体内,
[0008]所述测量单元与所述电压单元连接,所述测量单元对所述电压单元输出的激励电压信号和所述放电检测单元输出的放电信号进行采集和分析,获得GIS设备局部放电的模拟检测结果。
[0009]上述GIS设备局部放电模拟检测装置利用电压单元产生激励电压,使得放电模拟单元中的高压电极和接地电极之间产生局部放电,再通过放电检测单元对电极之间产生的局部放电进行检测,获得模拟GIS设备局部放电的放电信号,测量单元则对放电检测单元的放电信号和电压单元的激励电压信号进行采集和分析,得到GIS设备局部放电的模拟检测结果,通过根据待检测的GIS设备的额定电压确定电压单元的参数和改变放电模拟单元的高压/接地电极的形状,能够模拟不同GIS设备不同的局部放电情况,从而为GIS设备在工频电压或者冲击电压下发生局部放电的检测提供参考,有利于及时检测或者判断GIS设备在工频电压或者冲击电压下发生局部放电的情况,保障GIS设备的正常运行。
附图说明
[0010]图1为本发明其中一个实施例中GIS设备局部放电模拟检测装置的结构示意图;
[0011]图2为本发明另一个实施例中GIS设备局部放电模拟检测装置的结构示意图。
具体实施方式
[0012]下面将结合附图及较佳实施例对本发明的技术方案进行详细描述。
[0013]在其中一个实施例中,参见图1所示,一种GIS设备局部放电模拟检测装置,该装置包括模拟GIS设备局部放电的放电模拟单元100、检测放电模拟单元100放电的放电检测单元200和测量单元300,
[0014]放电模拟单元100包括生成激励电压的电压单元110、与电压单元连接的高压电极120、接地电极130,
[0015] 高压电极120、接地电极130与放电检测单元100设置于同一接地的金属腔体400内,
[0016] 测量单元300与电压单元110连接,测量单元300对电压单元110输出的激励电压信号和放电检测单元120输出的放电信号进行采集和分析,获得GIS设备局部放电的模拟检测结果。
[0017]具体地,电压单元100产生激励电压,在激励电压的作用下,放电模拟单元200中的高压电极和接地电极之间将发生局部放电现象,而高压电极120、接地电极130与放电检测单元200相对设置于同一接地的金属腔体400内,由于接地的金属腔体400具有电磁屏蔽作用,能够模拟GIS设备的内部环境,因此放电检测单元200能够在没有外界电磁干扰的情况下对放电模拟单元200中的高压电极120与接地电极130之间的放电进行准确地检测,当放电检测单元200检测到局部放电后,放电检测单元200将检测到的放电信号输出至测量单元300,同时,测量单元300与电压单元100连接,测量单元300对放电检测单元200输入的放电信号和电压单元100输入的激励电压进行采集和分析,得到GIS设备局部放电的模拟检测结果,例如检测局部放电的脉冲波形,分析局部放电的视在电荷、起始电压、熄灭电压等,并且通过根据待检测的GIS设备的额定电压确定电压单元的参数和改变放电模拟单元的高压/接地电极的形状,能够模拟不同GIS设备内不同的局部放电情况,从而为GIS设备在工频电压或者冲击电压下发生局部放电的检测提供参考,有利于及时检测或者判断GIS设备在工频电压或者冲击电压下发生局部放电的情况,保障GIS设备的正常运行。
[0018]作为一种具体的实施方式,如图2所示(其中I为电压发生器,2为分压器,3为套管,4为金属倒杆,5为高压球电极,6为高压金属尖端电极,7为接地金属尖端电极,8为接地球电极,9为内置式特高频传感器,10为接地的金属腔体,11为信号引线,12为混合信号示波器),电压单元包括电压发生器I和分压器2,电压发生器I的一端接地,另一端连接分压器2的电压输入端,分压器2的接地端接地,分压器2的电压输入端通过套管3和金属倒杆4与高压电极连接,分压器2的电压输出端与测量单元12连接。电压单元包括电压发生器I和分压器2,分压器2包括电压输入端、电压输出端和接地端三个端口,电压发生器I的一端接地,另一端同时连接分压器2的电压输入端和放电模拟单元中的高压电极5和高压电极6,而分压器2的接地端接地,分压器2的电压输出端连接测量单元12。电压单元与高压电极连接,为高压电极提供激励电压,以使得放电模拟单元能够模拟GIS设备内的局部放电,而本实施方式中以电压发生器作为产生激励电压波形的电压装置,并利用分压器将电压发生器产生的激励电压进行分压后输入至测量装置,能够根据待检测的GIS设备的额定电压调整电压发生器产生的激励电压波形以及通过分压器调整测量装置接收到的经过分压器而产生的激励电压波形,提高了GIS设备局部放电模拟检测装置的灵活性。在本实施方式中,电压发生器所产生的激励电压可以为冲击电压或者工频电压,而分压器可以采用耐压强度大、不易被击穿的分压器,例如电容分压器、阻容分压器等。作为一种可选的实施方式,分压器为电容分压器且该电容分压器的分压比为1000:1,电容分压器利用电容分压原理即利用电容在一定的交流信号频率下产生的容抗来限制最大工作电流而实现电压的变换,具有耐压强度大、不易击穿等特点,其中分压比1000:1是电容分压器实际现场常用的分压比,当然也可以根据实际情况将电容分压器的分压比设定为其他数值,以满足测量单元的测量条件。
[0019]作为一种具体的实施方式,电压单元中的电压发生器为冲击电压发生器或者工频试验变压器。冲击电压发生器一般是指用于产生雷电冲击或操作冲击等脉冲波的高电压发生装置,其不仅能够产生出现在电力设备上的雷电波形,而且能够产生操作过电压波形,因此本实施方式可以利用冲击电压发生器模拟GIS设备可能经受的由雷电冲击或操作冲击而引起的冲击电压;工频试验变压器具有重量轻、体积小、移动方便以及性能优越等特点,可用于检验各种绝缘材料、绝缘结构和电工产品等耐受工频电压的绝缘水平,也可以作为变压器、互感器、避雷器等试品的无局部放电的工频试验电源。对于GIS设备而言,在其正常运行过程中除了经受雷电冲击电压和操作冲击电压,其经受的工频电压也能够引起GIS设备的局部放电,因此在本实施方式中,利用冲击电压发生器或者工频试验变压器产生的激励电压信号能够有效模拟GIS设备实际运行过程中经受的冲击电压和工频电压,提高GIS设备局部放电模拟检测装置的模拟检测结果的准确度和可靠性。作为一种可选的实施方式,当电压发生器为工频试验变压器时,该工频试验变压器为工频电压最大值是400kV的工频试验变压器,以满足模拟GIS设备经受工频电压时所需的激励电压。
[0020]作为一种具体的实施方式,放电模拟单元中的高压电极为高压球电极,接地电极为与高压球电极相对的接地金属尖端电极;
[0021] 或者
[0022]高压电极为高压金属尖端电极,接地电极为与高压金属尖端电极相对的接地球电极;
[0023] 或者
[0024]高压电极为高压球电极和高压金属尖端电极,接地电极为与高压球电极相对的接地金属尖端电极和与高压金属尖端电极相对的接地球电极。
[0025]具体地,针对本实施方式所提出的GIS设备局部放电模拟检测装置,可以利用高压球电极和接地金属尖端电极之间产生的放电来模拟GIS内外壳电场集中缺陷,或者利用高压金属尖端电极和接地球电极模拟高压导杆电场集中缺陷,或者如图2所示的在放电模拟单元中同时设置高压球电极5、与高压球电极相对的接地金属尖端电极7、高压金属尖端电极6、与高压金属尖端电极相对的接地球电极8,即高压电极为高压球电极5和高压金属尖端电极6,接地电极为与高压球电极相对的接地金属尖端电极7和与高压金属尖端电极相对的接地球电极8,高压电极和接地电极在外加的激励电压下产生两种缺陷的混合局部放电,从而模拟出GIS设备内可能存在的多缺陷混合局部放电,无论是上述的单一缺陷的局部放电还是多缺陷的混合局部放电,放电检测单元都能够对发生的局部放电进行检测并生成相应的放电信号供测量装置进行采集和分析。在GIS设备的安装与维护过程中,金属尖端放电是其常见的缺陷之一,为了能够模拟出GIS设备在实际运行过程中可能存在的缺陷,本实施方式利用球电极和金属尖端电极来模拟GIS设备可能存在的GIS内外壳电场集中缺陷和高压导杆电场集中缺陷,而金属尖端的长度以及尖端的曲率半径可以根据实际模拟试验的实际情况进行灵活地选择或者调整。实际上,高压电极和接地电极的形状并非只局限于球形或者尖端,其他形状的可以有效产生局部放电电极均可适用于本发明的GIS设备局部放电模拟检测装置,例如金属圆板等。
[0026]作为一种具体的实施方式,本发明所提出的GIS设备局部放电模拟检测装置中的放电检测单元为内置式特高频传感器,该内置式特高频传感器经信号引线与测量单元连接。内置式特高频传感器是一种新型特高频传感器,由于其内置于腔体内,因而电磁波自身的衰减较小,同时,由于腔体可以有效屏蔽外界的电磁干扰信号,因此内置式特高频传感器的检测灵敏度较高。本发明中的放电检测单元与放电模拟单元中的高压电极、接地电极同时设置于一个接地的金属腔体内,放电检测单元设置于金属腔体内的一侧且与高压电极、接地电极相对,在本实施方式中,选用内置式特高频传感器作为检测放电模拟单元中高压电极和接地电极之间产生的局部放电的传感器,由于内置式特高频传感器直接设置于腔体的内部,可有效获取高压电极和接地电极之间发生局部放电时所产生的电磁波信号,因此内置式特高频传感器具有灵敏度高、检测效果好,对于实时、有效、快速地获取局部放电信息具有重要作用。
[0027]作为一种具体的实施方式,本发明所提出的GIS设备局部放电模拟检测装置中的测量单元为混合信号示波器。混合信号示波器是一种综合性的电信号测试仪器,主要由显示电路、垂直(Y轴)放大电路、水平(X轴)放大电路、扫描与同步电路以及电源供给电路五部分组成,与一般的示波器相似地,混合信号示波器的工作原理是将直流电压施加到一对偏转板上,通过施加的电压控制电子束在通过偏转板时的偏转角度,从而使电子束在荧光屏上形成轨迹。由于混合信号示波器具有响应速度快、通道多、采样频率高等特点,因此本实施方式利用混合信号示波器对放电检测单元输入的放电信号和电压单元输入的激励电压信号进行采集和分析,有利于提高GIS设备部局部放电模拟检测装置的对局部放电的响应速度。在使用GIS设备部局部放电模拟检测装置时,可选用泰克4104,具有四通道、IG带宽、5GHz采样率的混合信号示波器作为测量单元,对放电检测单元输入的放电信号和电压单元输入的激励电压信号进行采集和分析,得到GIS设备局部放电的模拟检测结果,例如检测局部放电的脉冲波形,分析局部放电的视在电荷、起始电压、熄灭电压等。
[0028]以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
[0029]以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种GIS设备局部放电模拟检测装置,其特征在于,包括模拟GIS设备局部放电的放电模拟单元、检测所述放电模拟单元放电的放电检测单元和测量单元, 所述放电模拟单元包括生成激励电压的电压单元、接地电极、与所述电压单元连接的高压电极, 所述高压电极、所述接地电极与所述放电检测单元设置于同一接地的金属腔体内, 所述测量单元与所述电压单元连接,所述测量单元对所述电压单元输出的激励电压信号和所述放电检测单元输出的放电信号进行采集和分析,获得GIS设备局部放电的模拟检测结果。
2.根据权利要求1所述的GIS设备局部放电模拟检测装置,其特征在于,所述电压单元包括电压发生器和分压器, 所述电压发生器的一端接地,另一端连接所述分压器的电压输入端, 所述分压器的接地端接地,所述分压器的电压输入端通过套管和金属倒杆与所述高压电极连接,所述分压器的电压输出端与所述测量单元连接。
3.根据权利要求2所述的GIS设备局部放电模拟检测装置,其特征在于,所述电压发生器为冲击电压发生器或者工频试验变压器。
4.根据权利要求3所述的GIS设备局部放电模拟检测装置,其特征在于,所述电压发生器为工频电压最大值是400kV的工频试验变压器。
5.根据权利要求2或3所述的GIS设备局部放电模拟检测装置,其特征在于, 所述分压器为电容分压器且所述电容分压器的分压比为1000:1。
6.根据权利要求1或2所述的GIS设备局部放电模拟检测装置,其特征在于, 所述高压电极为高压球电极,所述接地电极为与所述高压球电极相对的接地金属尖端电极。
7.根据权利要求1或2所述的GIS设备局部放电模拟检测装置,其特征在于, 所述高压电极为高压金属尖端电极,所述接地电极为与所述高压金属尖端电极相对的接地球电极。
8.根据权利要求1或2所述的GIS设备局部放电模拟检测装置,其特征在于, 所述高压电极为高压球电极和高压金属尖端电极,所述接地电极为与所述高压球电极相对的接地金属尖端电极和与所述高压金属尖端电极相对的接地球电极。
9.根据权利要求1或2所述的GIS设备局部放电模拟检测装置,其特征在于, 所述放电检测单元为内置式特高频传感器。
10.根据权利要求1或2所述的GIS设备局部放电模拟检测装置,其特征在于, 所述测量单元为混合信号示波器。
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