CN111239665A - 一种gis局部放电的校验装置及方法 - Google Patents

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马仪
赵现平
李�昊
刘红文
张文斌
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Abstract

本申请实施例示出一种GIS局部放电的校验装置及方法，现场校验装置包括典型缺陷信号发生装置、UHF检测设备、脉冲发生装置。所述的典型缺陷信号发生装置包含高压导体金属尖端缺陷放电、悬浮缺陷放电、绝缘子表面污秽放电、金属自由颗粒放电；所述的UHF检测设备包括UHF传感器、高频电缆、监控终端；所述的脉冲发生装置，在GIS管道内部提供电磁波，以此来模拟局部放电的所产生的电磁波。本装置及方法可以有效的对变电站GIS局部放电在线监测装置进行现场校验，使得GIS局部放电在线监测系统的测量更加准确，测试更加便捷。

Description

一种GIS局部放电的校验装置及方法
技术领域
本发明涉及电力设备在线监测领域，特别是涉及一种GIS局部放电在线监测系统现场校验方法。
背景技术
在电力工业中，GIS是指六氟化硫封闭式组合电器，国际上称为“气体绝缘金属封闭开关设备”(Gas Insulated Switchgear)简称GIS，它将一座变电站中除变压器以外的一次设备，包括断路器、隔离开关、接地开关、电压互感器、电流互感器、避雷器、母线、电缆终端、进出线套管等，经优化设计有机地组合成一个整体。GIS(气体绝缘式组合电器)由于具有占地面积少、运行安全可靠、维护简单等优点,近年来在我国得到广泛应用。随着电力的发展，GIS等高压电气设备的可靠性越来越受到社会的重视。
GIS绝缘故障的主要表现形式是局部放电，由于制作工艺、运输、安装等环节的各种过失,均会导致GIS局部放电的发生。一方面，局部放电是设备绝缘劣化的征兆，另一方面，它又是造成设备绝缘劣化的重要原因。因此，对GIS设备进行局部放电监测以及维护的重要性可见一斑。现有技术中，为对特高频法和超声波法在GIS设备局部放电检测中的灵敏度进行对比,以实际的GIS设备为基础,建立了一套220kV GIS局部放电检测平台,模拟了实际中较为常见的5类放电缺陷。试验结果表明:特高频法对上述5类局部放电的检测均较为灵敏,与特高频检测法相比,超声波法灵敏度仍然略低。
特高频检测法(Ultra-high frequency)就是通过检测GIS辐射出的特高频电磁波分析诊断局放缺陷的方法，由于特高频检测法独特的优势，得到了普遍的应用，因此对特高频传感器的现场校验就显得尤为重要。基于当前GIS设备存在缺陷及现有技术对比，本发明提供了一种GIS局部放电在线监测系统现场校验装置及现场校验方法。
发明内容
本申请提供了一种GIS局部放电现场校验装置及方法，以解决当前GIS局部放电在线监测系统测量不够准确、测试不够便捷的问题。
第一方面，本发明提供了一种GIS局部放电的校验装置，包括：信号发生装置、UHF检测设备、脉冲发生装置；
所述信号发生装置可以产生四种形式的放电：高压导体金属尖端缺陷放电、悬浮缺陷放电、绝缘子表面污秽放电、金属自由颗粒放电；
所述信号发生装置设置于GIS管道的内壁，信号发生装置产生的四种放电在所述GIS管道内部进行传输；
所述GIS管道是用于接收并传递外加电压或电磁波信号。
进一步地，所述UHF检测设备包括UHF传感器(包括两部分，第一传感器和第二传感器)、高频电缆、监控终端；
所述UHF传感器为内置式传感器，处在所述GIS管道腔体的封闭环境中，包括两部分，分别安装在隔板的一侧和另一侧；
所述隔板为竖穿所述GIS管道的一种横面结构；
所述内置式UHF传感器在GIS腔体的侧壁上开孔，两个开孔分别为第一端口和第二端口；
所述第一端口设置于GIS管道的侧壁，设置于所述隔板的一侧，第一传感器安装在所述第一端口内；
所述第一传感器用于接收外加电压和电磁波信号；
所述第二端口设置于GIS管道的侧壁，设置于所述隔板的另一侧，第二传感器安装在所述第二端口内；
所述第二传感器用于记录外加电压或电磁波信号通过高频电缆产生的幅值；
所述高频电缆设置于GIS管道内部，用于传输高频信号，产生的幅值传输到监控终端；
所述监控终端设置于第二传感器的上方，用于监测并输出电压或电磁波幅值；
所述第一传感器接收外加电压和电磁波信号，所述高频电缆将信号在GIS腔内传播，当经过传感器安设孔时能够被第二传感器所接收，并将所监控得到的幅值传递到所述监控终端。
进一步地，所述脉冲发生装置在第一传感器处把电磁波信号注入到GIS管道内部提供电磁波，以此来模拟局部放电的所产生的电磁波，第二传感器来测量并记录此信号幅值。
进一步地，GIS局部放电的校验装置包括第三端口和第四端口；
所述第三端口设置于GIS管道的侧壁；
所述第四端口同样设置于GIS管道侧壁，设置于远离隔板的一端；
所述第三端口和所述第四端口设置于所述GIS管道一侧，所述第一端口和所述第二端口设置于所述GIS管道的另一侧。
第二方面，本发明提供了一种GIS局部放电的校验方法，需先经过实验室的校准，实验室校准分为以下S进行：
在同一回路的GIS壳体上两个不同的位置分别安装标定传感器，第一端口处安装第一传感器，第二端口处安装第二传感器；
在第一传感器处施加外加电压，使信号发生装置产生大小为预置皮库的局部放电；
预置皮库的局部放电通过GIS管道传输会产生第一幅值；第二传感器用来测量并记录第一幅值；
移除第一传感器处的信号发生装置，使用脉冲发生装置；
脉冲发生装置通过同轴电缆把电磁波信号在第一传感器处注入到GIS内部，电磁波信号在GIS管道内传输同样产生信号幅值；
使用第二传感器来测量并记录此电磁波信号产生的第二幅值；
第二幅值会随着输入电压值及电磁波强度改变而改变，改变输入电压大小，调整通过脉冲发生器注入到GIS内部的电磁波强度；
当脉冲发生器的输出电压使第二传感器接收到的第二幅值等于第一幅值时，记录当前脉冲发生器的输出电压幅值。
第三方面，本发明提供了一种GIS局部放电的校验方法，该校验方法需经过现场校验装置标定实验，分为以下S进行：
将两个待标定传感器分别安装到GIS管道的两个不同位置，位置分别为第一端口和第二端口；
通过第一端口处的第一传感器往GIS内部注入标定脉冲信号，并用第二端口处的第二传感器进行检测；
把第一传感器的输入信号的电压幅值调整到输出电压幅值，并记录第二传感器处的检测数据；
当第二传感器检测到的信号幅值比环境噪声至少大2dBm时，则可以认为第二传感器可以有效检测到第一传感器与第二传感器位置之间由于缺陷产生的幅值为预置皮库的局部放电。
由以上技术方案可知，本申请提供一种GIS局部放电的校验装置及方法，现场校验装置包括典型缺陷信号发生装置、UHF检测设备、脉冲发生装置。所述的典型缺陷信号发生装置包含高压导体金属尖端缺陷放电、悬浮缺陷放电、绝缘子表面污秽放电、金属自由颗粒放电；所述的UHF检测设备包括UHF传感器、高频电缆、监控终端；所述的脉冲发生装置，在GIS管道内部提供电磁波，以此来模拟局部放电的所产生的电磁波。本装置及方法可以有效的对变电站GIS局部放电在线监测装置进行现场校验，使得GIS局部放电在线监测系统的测量更加准确，测试更加便捷。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请局部放电UHF信号测量原理图；
图2为本申请模拟局部放电UHF信号测量原理图；
图3为本申请提供的一种GIS局部放电现场校验装置的整体结构示意图；
图4为本申请四种局部放电缺陷在GIS内部的分布图；
图5为本申请现场校验装置经过实验室的校准流程图；
图6为本申请现场校验装置标定实验的校准流程图。
其中，1-典型缺陷信号发生装置，2-UHF检测设备，3-脉冲发生装置，4-GIS管道，5-第一端口，6-第二端口，7-第一传感器，8-第二传感器，9-隔板，10-第三端口，11-第四端口，12-高频电缆，13-监控终端，14-高压导体尖刺模型，15-浮动电极模型，16-GIS内部自由金属微粒模型，17-绝缘子表面金属微粒模型。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本申请实施例提供一种GIS局部放电的校验装置及方法，参见图1、图2，包括：信号发生装置、UHF检测设备、脉冲发生装置；
信号发生装置是一种能提供各种频率、波形和输出电平电信号的设备。在测量各种电信系统或电信设备的振幅特性、频率特性、传输特性及其它电参数时，以及测量元器件的特性与参数时，用作测试的信号源或激励源。
UHF(Ultra High Frequency，特高频)检测设备是通过UHF传感器对电力设备中局部放电时产生的超高频电磁波(300MHz～3000MHz)信号进行检测，从而获得局部放电的相关信息，实现局部放电监测。根据现场设备情况的不同，可以采用内置式超高频传感器和外置式超高频传感器。由于现场的电晕干扰主要集中在300MHz频段以下，因此UHF法能有效地避开现场的电晕等干扰，具有较高的灵敏度和抗干扰能力，可实现局部放电带电检测、定位以及缺陷类型识别等优点。
脉冲发生装置适用于电力负荷控制(管理)终端的检测，可用以测试线性系统的瞬态响应，或用模拟信号来测试雷达、多路通信和其他脉冲数字系统的性能。
通过信号发生装置产生的电或在UHF检测设备第一传感器中注入的脉冲电流均在GIS管道内传输，UHF检测设备第二传感器用来监测并记录信号幅值，以完成整个GIS管道中电流的传输与监测。
一种GIS局部放电的校验装置，包括：信号发生装置1、UHF检测设备2和脉冲发生装置3；
所述信号发生装置1能够产生四种形式的放电：高压导体金属尖端缺陷放电、悬浮缺陷放电、绝缘子表面污秽放电、金属自由颗粒放电；
所述信号发生装置1设置于GIS管道4的内壁，信号发生装置1产生的四种放电在所述GIS管道4内部进行传输；
所述GIS管道4用于接收并传递外加电压或电磁波信号。
进一步地，所述UHF检测设备2包括UHF传感器、高频电缆12和监控终端13，UHF传感器包括两部分，第一传感器和第二传感器；
所述UHF传感器为内置式传感器，设置在所述GIS管道腔体4内，，所述第一传感器和所述第二传感器分别安装在隔板9的两侧；
所述隔板9贯穿所述GIS管道4；
所述UHF传感器在GIS腔体4的侧壁上端口，两个端口分别为第一端口5和第二端口6；
所述第一端口5设置于GIS管道4的侧壁，设置于所述隔板9的一侧，第一传感器7安装在所述第一端口5内；
所述第一传感器7用于接收外加电压和电磁波信号；
所述第二端口6设置于GIS管道4的侧壁，设置于所述隔板9的另一侧，第二传感器8安装在所述第二端口6内；
所述第二传感器8用于记录外加电压或电磁波信号通过高频电缆产生的幅值；
所述高频电缆12设置于GIS管道4内部，用于传输高频信号，产生的幅值传输到监控终端；
所述监控终端13设置于第二传感器8的上方，用于监测并输出电压或电磁波幅值；
所述第一传感器7接收外加电压和电磁波信号，所述高频电缆12将信号在GIS腔内4传播，当经过传感器安设孔时能够被第二传感器8所接收，并将所监控得到的幅值传递到所述监控终端13。
进一步地，所述脉冲发生装置3在第一传感器7处把电磁波信号注入到GIS管道4内部提供电磁波，以此来模拟局部放电的所产生的电磁波，第二传感器8来测量并记录此信号幅值。
进一步地，GIS局部放电的校验装置包括第三端口10和第四端口11；
所述第三端口10设置于GIS管道4的侧壁；
所述第四端口11同样设置于GIS管道4侧壁，设置于远离隔板9的一端；
所述第三端口10和所述第四端口11设置于所述GIS管道4一侧，所述第一端口5和所述第二端口6设置于所述GIS管道4的另一侧。
进一步地，一种GIS局部放电的校验方法需先经过实验室的校准，实验室校准分为以下步骤进行，参见图5：
S1：在同一回路的GIS壳体上两个不同的位置分别安装标定特高频传感器，第一端口处安装第一传感器，第二端口处安装第二传感器；
S2：在第一传感器处施加外加电压，使信号发生装置产生大小为5皮库(预置皮库)的局部放电；
S3：5皮库的局部放电通过GIS管道传输会产生信号幅值，第二传感器用来测量并记录此信号第一幅值；
S4：移除第一传感器处的信号发生装置，使用脉冲发生装置；
S5：脉冲发生装置通过同轴电缆把电磁波信号在第一传感器处注入到GIS内部，电磁波信号在GIS管道内传输同样产生信号幅值；
S6：使用第二传感器来测量并记录此电磁波信号产生的第二幅值；
S7：第二幅值会随着输入电压值及电磁波强度改变而改变，改变输入电压大小，调整通过脉冲发生器注入到GIS内部的电磁波强度；
S8：当脉冲发生器的输出电压使第二传感器接收到的第二幅值等于5皮库局部放电产生的第一幅值时，记录当前脉冲发生器的输出电压幅值。
所述的标定特高频传感器，其特征在于：传感器为宽频带输入，其能采到特高频信号的频率为0.3～3GHz。
进一步地，一种GIS局部放电的校验方法需经过现场校验装置标定实验，分为以下S进行，参见图6：
S11：将两个待标定传感器分别安装到GIS管道的两个不同位置，位置分别为第一端口和第二端口，第一传感器安装在第一端口，设置于隔板的一端，第二传感器安装于第二端口，设置于隔板的另一端；
S21：通过第一端口处的第一传感器往GIS内部注入标定脉冲信号，并用第二端口处的第二传感器进行检测；
S31：把第一传感器的输入信号的电压幅值调整到VpG(即在S8中所述的脉冲发生器的输出电压幅值)，并记录第二传感器处的检测数据；
S41：当第二传感器检测到的信号幅值比环境噪声至少大2dBm时，则可以认为第二传感器可以有效检测到第一传感器与第二传感器位置之间由于缺陷产生的幅值为5皮库的局部放电；
所述的待标定特高频传感器，根据金属法兰浇筑小孔的尺寸大小不一样导致矩形波导辐射出来的信号的能量不一样，选定合适的待标定特高频传感器。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (7)

1.一种GIS局部放电的校验装置，其特征在于，包括：信号发生装置(1)、UHF检测设备(2)和脉冲发生装置(3)；
所述信号发生装置(1)能够产生四种形式的放电：高压导体金属尖端缺陷放电、悬浮缺陷放电、绝缘子表面污秽放电、金属自由颗粒放电；
所述信号发生装置(1)设置于GIS管道(4)的内壁，信号发生装置(1)产生的四种放电在所述GIS管道(4)内部进行传输；
所述GIS管道(4)用于接收并传递外加电压或电磁波信号。
2.根据权利要求1所述的GIS局部放电的校验装置，其特征在于，所述UHF检测设备(2)包括：UHF传感器、高频电缆(12)、监控终端(13)；所述UHF传感器包括：第一传感器和第二传感器；
所述UHF传感器为内置式传感器，设置在所述GIS管道腔体(4)内，，所述第一传感器和所述第二传感器分别安装在隔板(9)的两侧；
所述隔板(9)贯穿所述GIS管道(4)；
所述UHF传感器在GIS腔体(4)的侧壁上端口，两个端口分别为第一端口(5)和第二端口(6)；
所述第一端口(5)设置于GIS管道(4)的侧壁，设置于所述隔板(9)的一侧，所述第一传感器(7)安装在所述第一端口(5)内；
所述第一传感器(7)用于接收外加电压和电磁波信号；
所述第二端口(6)设置于GIS管道(4)的侧壁，设置于所述隔板(9)的另一侧，所述第二传感器(8)安装在所述第二端口(6)内；
所述第二传感器(8)用于记录外加电压或电磁波信号通过高频电缆产生的幅值；
所述高频电缆(12)设置于GIS管道(4)内部，用于传输高频信号，产生的幅值传输到监控终端；
所述监控终端(13)设置于第二传感器(8)的上方，用于监测并输出电压或电磁波幅值；
所述第一传感器(7)用于接收外加电压和电磁波信号，所述高频电缆(12)将信号在GIS腔内(4)传播，当经过传感器安设孔时能够被第二传感器(8)所接收，并将所监控得到的幅值传递到所述监控终端(13)。
3.根据权利要求1所述的GIS局部放电的校验装置，其特征在于，还包括脉冲发生装置(3)；
所述脉冲发生装置(3)设置在所述第一传感器(7)处，用于把电磁波信号注入到GIS管道(4)内部提供电磁波，以此来模拟局部放电的所产生的电磁波，第二传感器(8)来测量并记录此信号幅值。
4.根据权利要求1所述的GIS局部放电的校验装置，其特征在于，还包括第三端口(10)和第四端口(11)；
所述第三端口(10)设置于GIS管道(4)的侧壁；
所述第四端口(11)同样位于设置于GIS管道(4)侧壁，位于远离隔板(9)的一端；
所述第三端口(10)和所述第四端口(11)设置于所述GIS管道(4)一侧，所述第一端口(5)和所述第二端口(6)设置于所述GIS管道(4)的另一侧。
5.一种GIS局部放电的校验方法，其特征在于，包括：
在同一回路的GIS壳体上两个不同的位置分别安装标定传感器，第一端口处安装第一传感器，第二端口处安装第二传感器；
在第一传感器处施加外加电压，使信号发生装置产生大小为预置皮库的局部放电；
预置皮库的局部放电通过GIS管道传输会产生第一幅值；第二传感器用来测量并记录第一幅值；
移除第一传感器处的信号发生装置，使用脉冲发生装置；
脉冲发生装置通过同轴电缆把电磁波信号在第一传感器处注入到GIS内部，电磁波信号在GIS管道内传输同样产生信号幅值；
使用第二传感器来测量并记录此电磁波信号产生的第二幅值；
第二幅值会随着输入电压值及电磁波强度改变而改变，改变输入电压大小，调整通过脉冲发生器注入到GIS内部的电磁波强度；
当脉冲发生器的输出电压使第二传感器接收到的第二幅值等于第一幅值时，记录当前脉冲发生器的输出电压幅值。
6.一种GIS局部放电的校验方法，其特征在于，还包括：
将两个待标定传感器分别安装到GIS管道的两个不同位置，位置分别为第一端口和第二端口；
通过第一端口处的第一传感器往GIS内部注入标定脉冲信号，并用第二端口处的第二传感器进行检测；
把第一传感器的输入信号的电压幅值调整到输出电压幅值，并记录第二传感器处的检测数据；
当第二传感器检测到的信号幅值比环境噪声至少大2dBm时，则可以认为第二传感器可以有效检测到第一传感器与第二传感器位置之间由于缺陷产生的幅值为预置皮库的局部放电。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述输出电压幅值的生成过程为：
在同一回路的GIS壳体上两个不同的位置分别安装标定传感器，第一端口处安装第一传感器，第二端口处安装第二传感器；
在第一传感器处施加外加电压，使信号发生装置产生大小为预置皮库的局部放电；
预置皮库的局部放电通过GIS管道传输会产生信号幅值；第二传感器用来测量并记录第一幅值；
移除第一传感器处的信号发生装置，使用脉冲发生装置；
脉冲发生装置通过同轴电缆把电磁波信号在第一传感器处注入到GIS内部，电磁波信号在GIS管道内传输同样产生信号幅值；
使用第二传感器来测量并记录此电磁波信号产生的第二幅值；
第二幅值会随着输入电压值及电磁波强度改变而改变，改变输入电压大小，调整通过脉冲发生器注入到GIS内部的电磁波强度；
当脉冲发生器的输出电压使第二传感器接收到的第二幅值等于第一幅值时，记录当前脉冲发生器的输出电压幅值。
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CN113702779A (zh) * 2021-08-23 2021-11-26 国网山东省电力公司电力科学研究院 一种变压器用局部放电特高频传感器现场校验方法

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