CN108508388A - 一种超高频法局部放电测量校准方法 - Google Patents
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Abstract
一种超高频法局部放电测量校准方法，通过对传感器输出值进行测量，并结合在线监测装置主机进行的校准因子，综合判断超高频法局部放电在线监测装置的量值。可以避开常规电气测试方法中难以识别的电力系统中的干扰，显著提高了局部放电监测的信噪比，以达到抗电磁干扰的目的。
Description
技术领域
本发明涉及超高频局部放电技术领域，特别是超高频局部放电监测装置的校准方法。
背景技术
现阶段多采用图谱表示，采用图谱能够部分反映局部放电的特性，并从功能上推断局部放电情况，然而图谱缺乏定量反映局部放电的手段。超高频法局部放电测量的本质是测量在GIS内部传播的电磁波。优于GIS内部的电磁波由于其结构原因，电磁波的衰减及其传播路径各异、内置式外置式传感器性能各异，故无法建立实验室环境下校准采用的标准电场环境(GTEM)，因为难以实现对超高频法局部放电电磁波信号的直接校准。为了解决这个问题，需要重新设计基于标准传感器的超高频局部放电监测装置的校准方法。
发明内容
本发明的目的就是提供一种超高频法局部放电测量校准方法，通过对传感器输出值进行测量，并结合在线监测装置主机进行的校准因子，综合判断超高频法局部放电在线监测装置的量值。可以避开常规电气测试方法中难以识别的电力系统中的干扰，显著提高了局部放电监测的信噪比，以达到抗电磁干扰的目的。
本发明的目的是通过这样的技术方案实现的，所述方法包括有超高频局部放电监测装置，所述监测装置包括有GIS管道、外置型UHF传感器、信号放大模块、信号发生模块、内置型UHF传感器、标准测量模块和在线监测装置主机；信号发生模块的输出端与信号放大模块连接，信号放大模块的输出端与外置型UHF传感器连接，内置型UHF传感器的输出端分别与标准测量模块和在线监测装置主机连接，外置型UHF传感器和内置型UHF传感器均与GIS管道连接；所述校准方法的具体步骤如下：
1)确定校准条件；
2)在GIS设备上选择若干个测量点，并放置若干个待校准的传感器；
3)向待校准的传感器内注入超高频电磁波信号；
4)现场环境下采用标准传感器作为信号发射天线；
5)采用信号发生器及信号放大器输出信号至待校准的传感器并发射校准用的超高频电磁波信号；
6)采用超高频频段中未调制的正弦信号作为输出；
7)将距离标准传感器最近的待校准的传感器作为接受传感器，接受校准用的超高频电磁波信号。
进一步，步骤1)中所述确定校准条件的具体方法为：
1-1)检查仪器完整性，确认仪器能正常工作，保证仪器电量充足或者现场交流电源满足仪器使用要求；
1-2)测试验环境的温度和湿度是否符合测试要求；
1-3)确认所使用超高频计量装置工作状态正常。
进一步，所述校准方法包括：计算各测量点的非线性误差；计算方法如下：
式中：ε——检测仪幅值测量线性相对误差；λ——幅值变化比例。
进一步，所述校准方法还包括有：分析现场环境下超高频局部放电电磁信号；
GIS可以看成为同轴波导；在GIS同轴腔体内，局部放电的超高频UHF电磁波信号不仅以横向电磁波TEM方式传播，而且会建立高次模波，即横向电波TE和横向磁波TM；其中，TEM波为非色散波，可以在GIS腔体中以任何频率传播；
当电磁波的频率f＜fc时候，电磁波基本是无损耗的在GIS内传播，但是当电磁波的频率f＜fc，电磁波在传播过程中衰减很迅速；
GIS的高压导杆，即内导体；和GIS外壳，即外导体均为金属导体；其中内导体的半径为a；外导体的半径为b；内外导体之间的介质材料介电常数为，磁导率为；则截至频率fc为：
进一步，特高频电磁波信号在GIS腔体内任何一点(a<x<b)满足麦克斯韦方程组：
式中：
B＝μH；
D＝εE。
进一步，步骤2)中的测量点选择方式为：每个GIS设备间隔设置2～3个测量点。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：
1、通过对传感器输出值进行测量，并结合在线监测装置主机进行的校准因子，综合判断超高频法局部放电在线监测装置的量值；
2、可以避开常规电气测试方法中难以识别的电力系统中的干扰，显著提高了局部放电监测的信噪比，以达到抗电磁干扰的目的；
3、特高频的电磁波在GIS腔体内部传播基本是无损耗的。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。
附图说明
本发明的附图说明如下。
图1为本发明的流程示意图；
图2为流程示意图；
图3为超高频局部放电监测装置的的连接示意图。
图中：1.内导体；2.外导体。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例，如图1至图3所示，一种超高频法局部放电测量校准方法，具体步骤如下：
S10：检查仪器完整性，确认仪器能正常工作，保证仪器电量充足或者现场交流电源满足仪器使用要求；
S11：测试验环境的温度和湿度是否符合测试要求；
S12：确认所使用超高频计量装置工作状态正常。
S1：在GIS设备上选择若干个测量点，并放置若干个待校准的传感器；
S2：向待校准的传感器内注入超高频电磁波信号；
S3：现场环境下采用标准传感器作为信号发射天线；
S4：采用信号发生器及信号放大器输出信号至待校准的传感器并发射校准用的超高频电磁波信号；
S5：采用超高频频段中未调制的正弦信号作为输出；
S6：将距离标准传感器最近的待校准的传感器作为接受传感器，接受校准用的超高频电磁波信号。
所述校准方法还包括有：分析现场环境下超高频局部放电电磁信号；
GIS可以看成为同轴波导；在GIS同轴腔体内，局部放电的超高频UHF电磁波信号不仅以横向电磁波TEM方式传播，而且会建立高次模波，即横向电波TE和横向磁波TM；其中，TEM波为非色散波，可以在GIS腔体中以任何频率传播；
当电磁波的频率f＞fc时候，电磁波基本是无损耗的在GIS内传播，但是当电磁波的频率f＜fc，电磁波在传播过程中衰减很迅速；
GIS的高压导杆，即内导体；和GIS外壳，即外导体均为金属导体；其中内导体的半径为a；外导体的半径为b；内外导体之间的介质材料介电常数为，磁导率为；则截至频率fc为：
特高频电磁波信号在GIS腔体内任何一点(a<x<b)满足麦克斯韦方程组：
式中：
B＝μH；
D＝εE。
所述步骤S1中的测量点选择方式为：每个GIS设备间隔设置2～3个测量点，测试时间不少于30秒，如有异常再进行多次测量。并对多组测量数据进行幅值对比和趋势分析。
本发明的工作原理：局部放电伴随产生的超高频电磁波信号会泄露一部分出来，从而为传感器所捕获，通过一系列信号放大调理采样之后，在主机进行放电特征量的分析。当GIS设备内部存在局部放电时，局部放电所产生的UHF电磁波信号沿着GIS设备管道传播，到达UHF耦合天线时信号被检测，并经过高频电缆接头传送到GIS设备体外。局部放电的UHF电磁波信号在GIS设备内部传播时有衰减，允许在GIS设备管道上每隔一定间距安装一个UHF电磁波信号耦合器，以保证检测灵敏度。外置式超高频(UHF)传感器安装于GIS设备的盆式绝缘子外侧，由工程人员通过现场勘查确定每个传感器的安装位置以及相关安装附件的尺寸。由于超高频传感器实际上是一种具有互易特性的射频天线，因此可以将传感器作为信号发射天线使用。在现场安装时，使用预先制作好的安装附件完成安装工作。
现场环境下采用在实验室环境下校准过的传感器(天线)作为信号发射天线，采用信号发生器及信号放大器输出信号至外发射传感器(天线)，推荐采用UHF频段未调制的正弦信号作为输出。将最近位置的被试传感器作为接受传感器(天线)用来接受校准用的UHF信号。
首先保持被测传感器与IED或测量主机的连接，并等比例降低注入信号的幅值，从显示界面读取被测在线监测装置对稳态电场的响应Vb，并记录一组示值。然后保持注入的射频信号不变，然后将被测传感器与IED或测量主机的电气连接断开，并采用50Ω的射频线缆连接至计量标准的测量模块，以获得被测传感器对稳态射频电场强度的电压响应VS，并记录一组参考值。将这2组值从对数形式换算成代数形式，进行幅值线性度的对比。
由于接收端的电场强度E0是非均匀的，而且无法采用电场探头或标准增益天线对GIS内部的电场强度进行测量，仅能依靠已安装在GIS内的传感器进行测量，在现场试验中不一定能获得各传感器的传递函数Hsen，因此应当将传感器看作GIS的一部分，然后对传感器输出端的电压信号幅值线性度进行核查。
首先保持被测传感器与IED或测量主机的连接，并等比例降低注入信号的幅值，从显示界面读取被测在线监测装置对稳态电场的响应，并记录测量值变化量，并记录一组测量值。然后保持注入的射频信号不变，然后将被测传感器与IED或测量主机的电气连接断开，并采用50Ω的射频线缆连接至计量标准的测量模块，以获得被测传感器对稳态射频电场强度的电压响应Va，调节信号幅度使仪器输出指示器满刻度。记下输入脉冲峰值电压U和指示器满度值A，依次降低脉冲峰值电压至λU，λ＝0.8、0.6、0.4、0.2，记下输出指示器相应的示值。输出指示器在各测量点的非线性误差按下式计算：
式中：ε——检测仪幅值测量线性相对误差；λ——幅值变化比例。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种超高频法局部放电测量校准方法，其特征在于：所述方法包括有超高频局部放电监测装置，所述监测装置包括有GIS管道、外置型UHF传感器、信号放大模块、信号发生模块、内置型UHF传感器、标准测量模块和在线监测装置主机；信号发生模块的输出端与信号放大模块连接，信号放大模块的输出端与外置型UHF传感器连接，内置型UHF传感器的输出端分别与标准测量模块和在线监测装置主机连接，外置型UHF传感器和内置型UHF传感器均与GIS管道连接；所述校准方法的具体步骤如下：
1)确定校准条件；
2)在GIS设备上选择若干个测量点，并放置若干个待校准的传感器；
3)向待校准的传感器内注入超高频电磁波信号；
4)现场环境下采用标准传感器作为信号发射天线；
5)采用信号发生器及信号放大器输出信号至待校准的传感器并发射校准用的超高频电磁波信号；
6)采用超高频频段中未调制的正弦信号作为输出；
7)将距离标准传感器最近的待校准的传感器作为接受传感器，接受校准用的超高频电磁波信号。
2.如权利要求1所述的超高频法局部放电测量校准方法，其特征在于，步骤1)中所述确定校准条件的具体方法为：
1-1)检查仪器完整性，确认仪器能正常工作，保证仪器电量充足或者现场交流电源满足仪器使用要求；
1-2)测试验环境的温度和湿度是否符合测试要求；
1-3)确认所使用超高频计量装置工作状态正常。
3.如权利要求1所述的超高频法局部放电测量校准方法，其特征在于，所述校准方法包括：计算各测量点的非线性误差；计算方法如下：
式中：ε——检测仪幅值测量线性相对误差；λ——幅值变化比例。
4.如权利要求1所述的超高频法局部放电测量校准方法，其特征在于，所述校准方法还包括有：分析现场环境下超高频局部放电电磁信号；
GIS可以看成为同轴波导；在GIS同轴腔体内，局部放电的超高频UHF电磁波信号不仅以横向电磁波TEM方式传播，而且会建立高次模波，即横向电波TE和横向磁波TM；其中，TEM波为非色散波，可以在GIS腔体中以任何频率传播；
当电磁波的频率f＞fc时候，电磁波基本是无损耗的在GIS内传播，但是当电磁波的频率f＜fc，电磁波在传播过程中衰减很迅速；
GIS的高压导杆，即内导体；和GIS外壳，即外导体均为金属导体；其中内导体的半径为a；外导体的半径为b；内外导体之间的介质材料介电常数为，磁导率为；则截至频率fc为：
5.如权利要求4所述的超高频法局部放电测量校准方法，其特征在于，特高频电磁波信号在GIS腔体内任何一点(a<x<b)满足麦克斯韦方程组：
式中：
B＝μH；
D＝εE。
6.如权利要求4所述的超高频法局部放电测量校准方法，其特征在于，步骤2)中的测量点选择方式为：每个GIS设备间隔设置2～3个测量点。
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| CN110471019A (zh) * | 2019-09-26 | 2019-11-19 | 国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司 | 特高频局部放电传感器性能新型检测方法及系统 |
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| CN110471019B (zh) * | 2019-09-26 | 2021-10-08 | 国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司 | 特高频局部放电传感器性能检测方法及系统 |
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