CN106771902B - 一种gis电晕放电程度的确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种GIS电晕放电程度的确定方法，属于测试介电强度或击穿电压技术领域。该方法的执行步骤如下：1）在GIS上安装用于监测GIS电晕放电信号的超声波传感器；2）调整故障因子和电压等级，并收集对应的电晕放电信号，根据电晕放电信号得到若干放电图谱；3）从步骤2）中的若干放电图谱中选取参考图谱；4）根据所述参考图谱中声脉冲对时间曲线的突变点来确定判断GIS放电严重程度的声脉冲阈值；5）根据述阈值对工作状态下的GIS进行放电严重程度的判定。本发明提供了选取参考图谱的方法，并提供一个利用参考图谱选取阈值的方式，提供一个可以作为依据的阈值，为对故障等级的判断给出准确依据。

Description

一种GIS电晕放电程度的确定方法

技术领域

本发明涉及一种GIS电晕放电程度的确定方法，属于测试介电强度或击穿电压技术领域。

背景技术

相比于敞开式组合电器，气体绝缘组合电器（简称GIS）具有占地面积小，可靠性高，绝缘性能好，维护工作量少等优点越来越多地应用于电力系统中。但同时由于其绝缘裕度小、结构封闭紧凑，GIS 设备一旦出现缺陷大多为绝缘性缺陷，发生局部故障时往往会造成大面积停电，而且检修周期比较长，影响电力系统的安全运行。GIS的电气故障大多表现为局部放电，它是指绝缘完全击穿前的状态，在GIS的局部放电中，由尖刺造成的电晕放电又是特别常见的形式，局部放电信号可以很好地反映在GIS设备在制造、安装以及运行过程中出现的这些问题，可检测出绝缘故障的发生及其严重程度，从而在事故的早期阶段提出报警，以便有计划地安排维修，减少设备的损坏，避免事故发生所带来的巨大损失。

采用超声波传感器对信号进行检测，超声波法进行局部放电检测是一种对电力设备很重要的、非破坏性的方法。电力设备内部发生局部放电时表现为一个小范围的气体击穿，气体分子的相互撞击会产生超声波脉冲， GIS中局部放电激发的超声波可以看作是以点源的方式向四周传播，由于超声波的波长较短，其方向性较强、能量较为集中，可以通过外壁的超声传感器收集放电时产生的超声信号并对其进行分析。

在以往的技术中，如华北电力大学李成榕等人在其发明专利《气体绝缘组合电器设备的放电严重程度评估方法及装置》中，只是很模糊地说明了气体绝缘组合电器设备放电严重程度的评估流程，把测得的图谱与图谱库进行比较，但是并没有明确的给出图谱库应该如何确定，而这又是GIS设备放电严重程度预测的关键的一点，也不知道不同的故障因素对放电程度的影响如何，所以针对影响因子对GIS放电程度的分析以及参考图像的确定对后期的预测处理是很有必要的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提出一种基于超声波检测的GIS电晕放电程度的确定方法。

本发明为了解决上述技术问题提出的技术方案是：一种GIS电晕放电程度的确定方法，其特征在于该方法的执行步骤如下：

1）在GIS上安装用于监测GIS电晕放电信号的超声波传感器；

2）调整故障因子和电压等级，并收集对应的电晕放电信号，根据电晕放电信号得到若干放电图谱；

3）从步骤2）中的若干放电图谱中选取参考图谱；

4）根据所述参考图谱中声脉冲对时间曲线的突变点来确定判断GIS放电严重程度的声脉冲阈值；

5）根据述阈值对工作状态下的GIS进行放电严重程度的判定；

所述故障因子包括所述金属突起的尖刺长度和尖刺直径。

上述技术方案的改进是：所述故障因子包括所述金属突起的尖刺长度和尖刺直径；在所述步骤2）中先在相同的电压等级下调整故障因子，以得到若干A类放电图谱；

再在故障因子不变的情况下，调整电压等级，已得到若干B类放电图谱。

上述技术方案的改进是：各电压等级连续测量至少3次。

上述技术方案的改进是：步骤4）中根据所述突变点选取声脉冲阈值，分别为第一阈值a1、第二阈值a2，

当所述超声波传感器测到的声脉冲a小于第一阈值a1，则GIS处于轻微放电故障状态；

当所述超声波传感器测到的声脉冲a大于第一阈值a1且声脉冲a小于第二阈值a2，则GIS处于中度放电故障状态；

当所述超声波传感器测到的声脉冲a大于第二阈值a2，则GIS处于危险放电故障状态。

本发明采用上述技术方案的有益效果是：本发明提供了选取参考图谱的方法，并提供一个利用参考图谱选取阈值的方式，提供一个可以作为依据的阈值，为对故障等级的判断给出准确依据。

为放电故障判断提供准确的依据，在对电晕放电程度进行预测时，提供了一种合理的参考图谱的确定方法，并且通过阈值的选择对放电严重程度进行划分，以便后期进一步的处理，对有关比较模糊的预测流程是一个很有必要的补充，完善了这一过程。当需要对其他类型故障做故障等级的预测时，有可供选择和参考的图谱作为依据。

本发明以声脉冲对时间作为参考图谱的纵轴于横轴，使得参考图谱能够反应出放电的一种叠加现象，与故障因子和电压等级之间有较大的关联，以此反映GIS电晕放电的实施情况，并进行放电程度的划分和确定。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1是本发明实施例的以超声波检测为基础的综合测试系统的结构示意图。

图2是本发明实施例的确定参考图谱的流程图。

图3是本发明实施例的确定故障严重程度的流程。

图4是本发明实施例的流程示意图。

图5a是本发明实施例的第一组实验中尖刺长度为3cm和尖刺直径为1.5mm铜丝时的幅度对时间以及声脉冲对时间图谱。

图5b是本发明实施例的第一组实验中尖刺长度为3cm和尖刺直径为0.5mm铜丝时的幅度对时间以及声脉冲对时间图谱。

图5c是本发明实施例的第一组实验中尖刺长度为7cm和尖刺直径为1.5mm铜丝时的幅度对时间以及声脉冲对时间图谱。

图6a是本发明实施例的第二组实验中尖刺长度为2cm和尖刺直径为1.8mm铜丝时的幅度对时间以及声脉冲对时间图谱。

图6b是本发明实施例的第二组实验中尖刺长度为2cm和尖刺直径为1.2mm铜丝时的幅度对时间以及声脉冲对时间图谱。

图6c是本发明实施例的第二组实验中尖刺长度为5cm和尖刺直径为1.8mm铜丝时的幅度对时间以及声脉冲对时间图谱。

图7a是本发明实施例的第三组实验中尖刺长度为6cm和尖刺直径为1.2mm铜丝时的幅度对时间以及声脉冲对时间图谱。

图7b是本发明实施例的第三组实验中尖刺长度为2cm和尖刺直径为0.8mm铜丝时的幅度对时间以及声脉冲对时间图谱。

图7c是本发明实施例的第三组实验中尖刺长度为9cm和尖刺直径为0.8mm铜丝时的幅度对时间以及声脉冲对时间图谱。

具体实施方式

实施例

本实施例的一种GIS电晕放电程度的确定方法，其特征在于该方法的执行步骤如下：

1）在GIS上安装用于监测GIS电晕放电信号的超声波传感器；

2）调整故障因子和电压等级，并收集对应的电晕放电信号，根据电晕放电信号得到若干放电图谱；

3）从步骤2）中的若干放电图谱中选取参考图谱；

4）根据所述参考图谱中声脉冲对时间曲线的突变点来确定判断GIS放电严重程度的声脉冲阈值；

5）根据述阈值对工作状态下的GIS进行放电严重程度的判定；

所述故障因子包括所述金属突起的尖刺长度和尖刺直径。

本实施例的所述故障因子包括所述金属突起的尖刺长度和尖刺直径；在所述步骤2）中先在相同的电压等级下调整故障因子，以得到若干A类放电图谱；

再在故障因子不变的情况下，调整电压等级，已得到若干B类放电图谱。

本实施例的各电压等级连续测量至少3次。

本实施例的步骤4）中根据所述突变点选取声脉冲阈值，分别为第一阈值a1、第二阈值a2，

当所述超声波传感器测到的声脉冲a小于第一阈值a1，则GIS处于轻微放电故障状态；

当所述超声波传感器测到的声脉冲a大于第一阈值a1且声脉冲a小于第二阈值a2，则GIS处于中度放电故障状态；

当所述超声波传感器测到的声脉冲a大于第二阈值a2，则GIS处于危险放电故障状态。

如图1所示为本发明的实验测量示意图，一套以超声波检测为基础的综合测试系统，该测试系统包括工频加压系统、超声波测试回路、脉冲电流法测试系统。本实施例采用的是超声波法对信号进行检测，采用了PAP-100型信号采集仪，把采集到的信号转化成不同的图谱。本实例以脉冲电流测量系统为基准，当脉冲电流系统测量到信号时，采集仪开始工作。

本实施例确定图谱的过程如图2所示，本实施例预先在高压导体上设置不同类型的尖刺比如尖刺的直径、长短不同，本实施例共设置三组实验。

第一组实验分别设置尖刺a、尖刺b、尖刺c，尖刺a的长度为3cm，尖刺a的直径为1.5mm；尖刺b的长度为3cm，尖刺b的直径为0.5mm；尖刺c的长度为7cm，尖刺c的直径为1.5mm。

第二组实验分别设置尖刺a′、尖刺b′、尖刺c′，尖刺a′的长度为2cm，尖刺a′的直径为1.8mm；尖刺b′的长度为2cm，尖刺b′的直径为1.2mm；尖刺c′的长度为5cm，尖刺c′的直径为1.2mm。

第三组实验分别设置尖刺a′′、尖刺b′′、尖刺c′′，尖刺a′′的长度为6cm，尖刺a′′的直径为1.2mm；尖刺b′′的长度为6cm，尖刺b′′的直径为0.8mm；尖刺c′′的长度为9cm，尖刺c′′的直径为0.8mm。

当检测到脉冲电流时，开始通过超声波传感器检测电晕放电信号，检测到的信号送入采集仪中，采集仪会对接收到的信号进行处理，获得相应的图谱。

对于本实施例中的三组实验中的9种尖刺类型，每个尖刺类型，对气体绝缘金属设备施加不同等级的电压，横向比较不同电压等级图谱的变化关系。

对于第一组实验每种不同的故障状态，对尖刺a外施电压等级分别为23.5kV、28kV、32kV和36kV；对尖刺b外施电压等级分别为26.2kV、28.1kV、33.1kV和45.2kV；对尖刺c外施电压等级分别为22.2kV、24.7kV、27.1kV和34.1kV。

对于第二组实验中每种不同的故障状态，对尖刺a′外施电压等级分别22.4kV、27.5kV、32.2kV和35.6kV；对尖刺b′外施电压等级分别为23.8kV、26.7kV、32.3kV和36.8kV；对尖刺c′外施电压等级分别为21.6kV、24.1kV、27.1kV和34.1kV。

对于第三组实验中每种不同的故障状态，对尖刺a′′外施电压等级分别23.4kV、27.5kV、32.2kV和35.6kV；对尖刺b′′外施电压等级分别为24.8kV、28.7kV、33.6kV和38.6kV；对尖刺c′′外施电压等级分别为19.8kV、22.9kV、26.8kV和33.7kV。

上述每组实验中，每组不同的故障状态下，每种电压等级均连续测量3次，总计获得12张图谱。

对于不同的电压等级，不同的故障因子（尖刺的长度、直径不同）分别测得所有的放电图谱并且进行比较。

根据尖刺的不同，尖刺a、尖刺b、尖刺c对应的图谱分别如图5a、5b、5c所示，尖刺a′、尖刺b′、尖刺c′对应的图谱分别如图6a、6b、6c所示，尖刺a′′、尖刺b′′、尖刺c′′对应的图谱分别如图7a、7b、7c所示。在步骤（3）中，先分析比较图5(a)、(b)、(c)中的图像特点，由图可知，尖刺不同时，对应的图像是不一样的。相同长度时，金属尖刺直径越大，以及直径相同时，金属尖刺的长度越长，得到的超声波幅度（dB）就会越大，而相应的声脉冲（对幅度的累积效果）也会越大，而且相应的电压幅值也会越大。在第二组实验和第三组实验中也存在类似规律，具体可参见图6a、6b、6c、7a、7b、7c中所示。

在图5a、5b、5c、6a、6b、6c、7a、7b、7c中，颗粒点代表电晕放电信号幅度与时间的关系，线图代表声脉冲与时间的关系，观察可知，声脉冲是在时间上对放电信号幅度的累积效果，可以反映出放电情况。实验过程中，连续3次对同一种情况进行检测，为了使对比的结果更有可行性，选取的外施电压大致相同，对应的电压均在28kV左右。

比较图5a、5b、5c和图6a、6b、6c，铜丝长度L相同，但直径D不同，在大概16s内，长度L为3cm，直径D为1.5mm铜丝的声脉冲达到1500（相对值），而长度L为3cm直径D为0.5mm的细铜丝只有210左右，且其他不同外施电压下有相同的现象，即铜丝直径越大，放电越严重；比较图5a、5b、5c和图7a、7b、7c，铜丝直径D相同（均为1.5mm）但长度L不同，在相同的时间内（16s），7cm铜丝的声脉冲为1800左右（相对值），大于5cm铜丝的影响，且在不同的外施电压下也有此现象。另外，观察幅度与时间的关系也可以发现，铜丝直径增加或者长度变大都会增加电晕放电的次数和幅度。

如图3所示，选取声脉冲大小a作为依据，并设基准阈值为a1和a2(本实施例建议优选a1为600，a2为1500，a1、a2均为相对值)

当a<a1时，可视为轻微放电；

当a1<a<a2时，可视为中度放电；

当a>a2时，可视为危险放电。

对于其他关于气体绝缘组合电器电晕故障的严重程度的预测估计，均可以利用上述参考图谱和阈值进行判断，其具体的流程如图4所示。

先用超声波传感器检测到放电信号，通过采集仪把放电信号转化成不同的图谱，然后再与参考图谱、设定的阈值进行比较，观察阈值a落在哪个范围内，即可判断出该放电的严重程度。

本实例在河北某著名高校高电压实验室进行，实验步骤及实验结果具有参考价值。

本发明不局限于上述实施例。凡采用等同替换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (2)

1.一种GIS电晕放电程度的确定方法，其特征在于该方法的执行步骤如下：

1)在GIS上安装用于监测GIS电晕放电信号的超声波传感器；

2)调整故障因子和电压等级，并收集对应的电晕放电信号，根据电晕放电信号得到若干放电图谱；

3)从步骤2)中的若干放电图谱中选取参考图谱；

4)根据所述参考图谱中声脉冲对时间曲线的突变点来确定GIS放电严重程度的声脉冲阈值；

5)根据所述声脉冲阈值对工作状态下的GIS进行放电严重程度的判定；

所述故障因子包括金属突起的尖刺长度和尖刺直径；

在所述步骤2)中先在相同的电压等级下调整故障因子，以得到若干A类放电图谱；

再在故障因子不变的情况下，调整电压等级，以得到若干B类放电图谱；

步骤4)中根据所述突变点选取声脉冲阈值，分别为第一阈值a1、第二阈值a2，

当所述超声波传感器测到的声脉冲a小于第一阈值a1，则GIS处于轻微放电故障状态；

当所述超声波传感器测到的声脉冲a大于第一阈值a1且声脉冲a小于第二阈值a2，则GIS处于中度放电故障状态；

当所述超声波传感器测到的声脉冲a大于第二阈值a2，则GIS处于危险放电故障状态。

2.根据权利要求1所述的GIS电晕放电程度的确定方法，其特征在于：各电压等级连续测量至少3次。