CN106771897A - 一种gis特高频局部放电信号衰减测试系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种GIS特高频局部放电信号衰减测试系统及方法，包括GIS待测腔体、局部放电特高频传感器、矢量网络分析仪、同轴测试电缆，同轴测试电缆两端分别与特高频传感器和矢量网络分析仪的同轴接口相连接。本发明通过对安装于GIS上的特高频局部放电传感器之间的信号传输特性进行测量，避免了使用脉冲发生器进行传感器性能校核所带来的局限性，解决了GIS特高频局部放电传感器的布置位置验证和不同GIS结构单元的特高频信号衰减测量问题。

Description

一种GIS特高频局部放电信号衰减测试系统及方法
【技术领域】
本发明涉及电力设备绝缘状态检测技术及其应用领域，具体涉及一种GIS特高频局部放电信号衰减测试系统及方法。
【背景技术】
气体绝缘金属封闭组合电器(gas-insulated metal-enclosed switchgear,GIS)是电力系统中的重要元件，被广泛应用于电网、发电厂和大型厂矿企业等高压输变电系统中，其自身可靠性关系到整个电力网络的稳定、安全运行。GIS在制造、现场安装和运行过程中有可能会引入绝缘缺陷，在设备运行电压下这些缺陷点就会产生局部放电，进而加速开关设备的绝缘老化，甚至出现击穿，引发停电事故。局部放电监测是GIS绝缘状态监测的重要手段，在众多监测手段中，基于特高频(ultra-high frequency，UHF)法的局部放电检测法已在GIS的在线监测中得到了广泛应用。
特高频局部放电检测法借助于安装在GIS上的内置式或外置式特高频传感器，对GIS内部的局部放电所激发的电磁波信号进行检测。特高频传感器在GIS上的检测范围受到探头的接收灵敏度、特高频信号在GIS腔体里的传输特性以及布置方式相关。近年来有学者采用仿真的方法对GIS内部电磁波的传播特性进行研究，但由于受到不同设备厂家所使用的材料参数缺失和GIS内部复杂部件等因素的影响，所得仿真结果无法为工程应用提供可靠的数据支撑。因此，准确测量GIS设备上两个传感器间的信号衰减量，对于正确评估局部放电监测系统的有效性具有重要作用。
目前在GIS特高频传感器的校核试验中，多采用脉冲发生器和高速示波器来进行测量。此种方法虽然能结合脉冲电流法试验对局部放电探头的灵敏度进行定量标定，但仍然存在着如下有待解决的问题：
1)不同厂家使用的脉冲发生器具有不同的上升沿陡度，经传感器注入GIS内部的特高频信号的频带也不尽相同，不能对特定频率范围的信号衰减进行准确测量；
2)脉冲发生器的信号注入与示波器接收路径中都经过了同轴电缆，电缆的衰减损耗也被引入到测试结果中。
3)现行测试方法中仅采用单向衰减测试，未考虑到特高频信号在GIS中传输路径的不对称性。
因此，如何设计一种便捷且更为准确的衰减测试方法，解决目前在现场GIS特高频传感器的监测范围校核问题，是开关设备局部放电在线监测领域的重要研究课题之一。
针对上述问题，本发明基于矢量网络分析仪建立了GIS中特高频信号衰减测试系统，由于所用测试设备内部集成有标准的信号发生和接收部件，测试过程中通过校准过程去除了同轴电缆对测试结果的影响，并采用正反双向测试求平均值的方法，较好地解决了上述问题。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种GIS特高频局部放电信号衰减测试系统及方法，且具有结构简单、便携性强、易于操作等特点，以克服现有技术在传感器现场校核技术方面存在的不足，实现对GIS设备特高频局部放电传感器间衰减的准确测量。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种GIS特高频局部放电信号衰减测试系统，包括一段GIS待测腔体，待测腔体两侧均安装有一个用于检测特高频信号的特高频局部放电传感器，每一个特高频局部放电传感器通过同轴测试电缆连接在矢量网络分析仪的发射端或接收端，检测时，通过正反向衰减测试，确定特高频局部放电信号在GIS腔体中的衰减值。
当所述的特高频局部放电传感器为内置式时，该特高频局部放电传感器安装在GIS壳体内部，当所述的特高频局部放电传感器为外置式时，该特高频局部放电传感器安装在GIS的绝缘盆子位置。
当所述的特高频局部放电传感器为外置式时，该特高频局部放电传感器安装在带有金属屏蔽的绝缘盆子的浇注孔处。
当所述的特高频局部放电传感器为内置式时，该特高频局部放电传感器采用圆盘式天线结构，频带范围为300MHz—1.5GHz。
当所述的特高频局部放电传感器为外置式时，该特高频局部放电传感器采用等角螺旋天线结构。
所述同轴测试电缆采用特性阻抗50Ω的低损耗射频电缆，且用于连接特高频局部放电传感器和矢量网络分析仪的同轴测试电缆长度相等。
所述的特高频局部放电传感器的测试频带介于矢量网络分析仪的频率测试范围之内。
一种GIS特高频局部放电信号衰减测试方法，首先设置矢量网络分析仪的测试频率，保证特高频局部放电传感器的测试频带介于矢量网络分析仪的频率测试范围内，调试完之后，进行正向和反向衰减测试，并计算双向测量结果的平均值，最后通过以下公式计算两个特高频局部放电传感器间的信号衰减值A：
上式中，A为特高频局部放电信号在GIS腔体中的衰减值，xi为每次测量所得的双向测量结果的平均值，N1和N2分别为xi在特高频局部放电传感器的下限截止频率和上限截止频率处所对应的测试点数。
测试之前，首先需对整个测试系统进行校准，以消除同轴电缆对测试结果的影响。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1)本发明为GIS特高频局部放电信号的衰减测试提供了一种便捷、准确的测试方法，并适用于内置式和外置式传感器的测试；2)由于网络分析仪内部集成有标准的脉冲源和接收部件，能够对特高频信号在GIS腔体内的频域传播特性进行准确测量，并通过调节测试频段，可对介于特高频(300MHz—3GHz)内的信号进行选频分析，测量结果也可用于验证特高频传感器的响应频带；3)该方法避免了在现场应用中各类厂家使用脉冲发生器参数不一致的问题，并在测试之前引入了校准步骤，避免了测试回路由于电缆所引入的额外损耗，测量结果更加准确。4)所述方法的测试回路中包含特高频局部放电传感器，且待测GIS腔体两边未加入吸波材料，因此电磁波在传输过程中由传感器频率响应和特定GIS腔体结构所引起的折、反射等都会反映到衰减测试结果中，对于工程上传感器的前期布置和安装后检测范围验证都具有极强的实践意义和指导价值。
【附图说明】
图1是本发明一种GIS特高频局部放电信号衰减测试系统的结构示意图。
【具体实施方式】
为使本发明的技术方案更加清楚，下面将结合附图和具体实施例作进一步的详细描述。
如图1所示，是本发明一种GIS特高频局部放电信号衰减测试系统的结构示意图。
一种GIS特高频局部放电信号衰减测试系统，该测试系统主要包含GIS待测腔体G1、绝缘盆子D1、内置式的特高频局部放电传感器S1(或外置式的特高频局部放电传感器S2)、同轴测试电缆C1，矢量网络分析仪U1。
所述的GIS待测腔体G1两侧均安装有一个特高频局部放电传感器，该特高频局部放电传感器可以依据检测需求安装于GIS待测腔体G1的不同位置，用于对GIS待测腔体G1内部放电所激发的特高频信号进行检测。
所述的矢量网络分析仪U1，通过同轴测试电缆C1分别与两个特高频局部放电传感器S1(或特高频局部放电传感器S2)相连，用于测量两个传感器间的信号衰减。
所述的特高频传感器即可以是安装与GIS壳体上的内置式特高频局部放电传感器S1，也可以是安装于绝缘盆子D1处的外置式特高频局部放电传感器S2。在一个实施例中，内置式特高频局部放电传感器S1采用圆盘式天线结构，频带范围为300MHz—1.5GHz。外置式传感器S2采用等角螺旋天线结构，安装于带有金属屏蔽的绝缘盆子D1的浇注孔处：同轴测试电缆C1选用特性阻抗50Ω的低损耗射频电缆，网络分析仪U1采的频率测试范围为100kHz-3GHz。
所述的一种GIS特高频局部放电信号衰减测试系统的测试方法包括如下步骤：
1)将一对等长的同轴测试电缆C1分别与矢量网络分析仪U1的发射和接收端口相连，并在测试前使用校准件对测试回路进行校准。
2)完成校准后，将C1的另一端分别与两个相邻的特高频局部放电传感器S1(或S2)相连。调节网络分析仪U1的测试频率，使特高频局部放电传感器的测试频带(例如300MHz—1.5GHz)介于U1的频率测试范围内。
3)进行正向和反向衰减测试，并计算双向测量结果的平均值。
4)对传感器的通带频率范围内的衰减平均值进行计算，所得结果作为两个传感器间的衰减值。所述特高频传感器间的衰减值A的计算方法如下：
上式中，A为特高频局部放电信号在GIS腔体中的衰减值，xi为每次测量所得的双向测量结果的平均值，N1和N2分别为xi在特高频局部放电传感器的下限截止频率和上限截止频率处所对应的测试点数。
以上所揭露的仅是本发明的较佳实施例而已，然不能以此来限定本发明的权利范围；本领域技术人员利用上述揭露的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种GIS特高频局部放电信号衰减测试系统，其特征在于，包括一段GIS待测腔体(G1)，待测腔体(G1)两侧均安装有一个用于检测特高频信号的特高频局部放电传感器(S1、S2)，每一个特高频局部放电传感器(S1、S2)通过同轴测试电缆(C1)连接在矢量网络分析仪(U1)的发射端或接收端，检测时，通过正反向衰减测试，确定特高频局部放电信号在GIS腔体中的衰减值。
2.根据权利要求1所述的一种GIS特高频局部放电信号衰减测试系统，其特征在于，当所述的特高频局部放电传感器为内置式时，该特高频局部放电传感器(S1)安装在GIS壳体内部，当所述的特高频局部放电传感器为外置式时，该特高频局部放电传感器(S2)安装在GIS的绝缘盆子位置。
3.根据权利要求1所述的一种GIS特高频局部放电信号衰减测试系统，其特征在于，当所述的特高频局部放电传感器为外置式时，该特高频局部放电传感器安装在带有金属屏蔽的绝缘盆子的浇注孔处。
4.根据权利要求2或3所述的一种GIS特高频局部放电信号衰减测试系统，其特征在于，当所述的特高频局部放电传感器为内置式时，该特高频局部放电传感器采用圆盘式天线结构，频带范围为300MHz—1.5GHz。
5.根据权利要求2或3所述的一种GIS特高频局部放电信号衰减测试系统，其特征在于，当所述的特高频局部放电传感器为外置式时，该特高频局部放电传感器采用等角螺旋天线结构。
6.根据权利要求1所述的一种GIS特高频局部放电信号衰减测试系统，其特征在于，用于连接特高频局部放电传感器和矢量网络分析仪(U1)的同轴测试电缆长度相等。
7.根据权利要求1所述的一种GIS特高频局部放电信号衰减测试系统，其特征在于，所述同轴测试电缆(C1)采用特性阻抗50Ω的低损耗射频电缆。
8.根据权利要求1所述的一种GIS特高频局部放电信号衰减测试系统，其特征在于，所述的特高频局部放电传感器的测试频带介于矢量网络分析仪(U1)的频率测试范围之内。
9.一种基于权利要求1至8中任一项所述的GIS特高频局部放电信号衰减测试系统的测试方法，其特征在于，首先设置矢量网络分析仪(U1)的测试频率，保证特高频局部放电传感器的测试频带介于矢量网络分析仪(U1)的频率测试范围内，调试完之后，进行正向和反向衰减测试，并计算双向测量结果的平均值，最后通过以下公式计算两个特高频局部放电传感器间的信号衰减值A：
A = Σ i = N 1 N 2 x i N 2 - N 1 + 1
上式中，A为特高频局部放电信号在GIS腔体(U1)中的衰减值，xi为每次测量所得的双向测量结果的平均值，N1和N2分别为xi在特高频局部放电传感器的下限截止频率和上限截止频率处所对应的测试点数。
10.根据权利要求9所述的GIS特高频局部放电信号衰减测试方法，其特征在于：测试之前，首先需对整个测试系统进行校准，以消除同轴电缆(C1)对测试结果的影响。
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