CN111999619A - 一种基于脉冲电流分布测量的gis局放测试方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于脉冲电流分布测量的GIS局放测试方法及系统，其方法包括，为试品单元配置参考单元，并将试品单元与参考单元组成分布式测量电路；试品单元的等效电容C1的容值大小与参考单元的等效电容C2的容值大小相匹配，工装电容C0的容值大于10倍的等效电容C1的容值。本发明提出的脉冲电流分布测量法，将原有脉冲电流局放信号集中测量改为对各个试品的分别测量，提升局放信号幅值，降低干扰信号幅值，提高信噪比，并通过比较各试品局放信号的幅值和方向，区分局放信号和外部干扰信号，进而实现脉冲电流法局部放电信号的高灵敏测量，提升了原有局部放电测量方法的灵敏度，有利于GIS设备故障的诊断和定位。

Description

一种基于脉冲电流分布测量的GIS局放测试方法及系统
技术领域
本发明涉及GIS设备局部放电检测的技术领域，具体涉及一种基于脉冲电流分布测量的GIS局放测试方法及系统。
背景技术
气体绝缘开关设备(gas insulated switchgear，GIS)由于其优良的特性，广泛应用于电力系统。然而，近年来，GIS绝缘子沿面闪络故障频发，严重威胁供电安全。GIS绝缘子的绝缘薄弱环节在高电场作用下会产生局部放电，在绝缘子生产过程中出现局部放电会影响产品绝缘性能，在设备运行过程中出现局部放电会导致绝缘劣化甚至击穿，因此检测GIS绝缘子是否存在局部放电是保证其运行可靠性的重要手段。其中，脉冲电流法(pulsecurrent method，PCM)局部放电试验因其可量化、测试便捷等优点被广泛应用，已经成为检测和研究GIS绝缘子绝缘性能不可替代的试验之一，对于检测GIS绝缘子是否存在局部放电发挥了重要的作用。
因受限于常规脉冲电流法的检测灵敏度，标准要求GIS绝缘子出厂试验局部放电量应低于5pC，厂控标准通常为3pC，优质工程要求2pC，在实验室和部分GIS绝缘厂，脉冲电流法局放识别灵敏度最高可达到1pC。然而，近年来频繁发生的GIS绝缘子沿面闪络故障，引起了对脉冲电流法局放识别灵敏度的质疑，尤其对于绝缘子表面缺陷，采用常规脉冲电流法很难被检测到。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于脉冲电流分布测量的GIS局放测试方法及系统，可以提升GIS设备局部放电检测识别灵敏度。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于脉冲电流分布测量的GIS局放测试方法，包括以下步骤，
为试品单元配置参考单元，并将所述试品单元与所述参考单元组成分布式测量电路；其中，所述试品单元的等效电容C1的容值大小与所述参考单元的等效电容C2的容值大小相匹配；在所述分布式测量电路中，所述等效电容C1所在的测试支路与所述等效电容C2所在的测试支路并联，在所述等效电容C1所在的测试支路中，所述等效电容C1通过检测阻抗Z1接地，在所述等效电容C2所在的测试支路中，所述等效电容C2通过检测阻抗Z2接地；在所述分布式测试电路中，还设有与所述等效电容C1所在的测试支路并联的工装电容C0，且所述工装电容C0的容值大于10倍的所述等效电容C1的容值，还大于10倍的所述等效电容C2的容值；
同步检测所述检测阻抗Z1和所述检测阻抗Z2处的脉冲电流信号，通过比较所述检测阻抗Z1和所述检测阻抗Z2处的脉冲电流信号的幅值和方向，得到局部放电情况。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，为试品单元配置参考单元的具体步骤为，
检测试品单元的等效电容C1的容值大小，根据所述等效电容C1的容值大小为所述试品单元配置参考单元，且使所述参考单元的等效电容C2的容值大小与所述试品单元的等效电容C1的容值大小相匹配。
进一步，所述参考单元设置在试验工装内部，且所述试品单元和所述参考单元与所述试验工装壳体电气隔离。
进一步，若所述检测阻抗Z1处的脉冲电流信号的幅值比所述检测阻抗Z2处的脉冲电流信号的幅值大，且所述检测阻抗Z1处的脉冲电流信号的方向与所述检测阻抗Z2处的脉冲电流信号的方向相反，则局部放电的位置在所述试品单元；
若所述检测阻抗Z1处的脉冲电流信号的幅值比所述检测阻抗Z2处的脉冲电流信号的幅值小，且所述检测阻抗Z1处的脉冲电流信号的方向与所述检测阻抗Z2处的脉冲电流信号的方向相反，则局部放电的位置在所述参考单元；
若所述检测阻抗Z1处的脉冲电流信号的幅值与所述检测阻抗Z2处的脉冲电流信号的幅值匹配，且所述检测阻抗Z1处的脉冲电流信号的方向与所述检测阻抗Z2处的脉冲电流信号的方向相同，则存在外部干扰信号。
进一步，同步检测所述检测阻抗Z1和所述检测阻抗Z2处的脉冲电流信号，具体步骤为，
利用示波器n次触发模式分别记录所述检测阻抗Z1和所述检测阻抗Z2处的脉冲电流信号。
基于上述一种基于脉冲电流分布测量的GIS局放测试方法，本发明还提供一种基于脉冲电流分布测量的GIS局放测试系统。
一种基于脉冲电流分布测量的GIS局放测试系统，所述GIS局放测试系统用于测试试品单元，包括参考单元和检测单元，所述参考单元的等效电容C2的容值大小与所述试品单元的等效电容C1的容值大小相匹配；所述试品单元与所述参考单元组成分布式测量电路，在所述分布式测量电路中，所述等效电容C1所在的测试支路与所述等效电容C2所在的测试支路并联，在所述等效电容C1所在的测试支路中，所述等效电容C1通过检测阻抗Z1接地，在所述等效电容C2所在的测试支路中，所述等效电容C2通过检测阻抗Z2接地；在所述分布式测试电路中，还设有与所述等效电容C1所在的测试支路并联的工装电容C0，且所述工装电容C0的容值大于10倍的所述等效电容C1的容值，还大于10倍的所述等效电容C2的容值；
所述检测单元分别与所述试品单元和所述参考单元电连接，并用于同步检测所述检测阻抗Z1和所述检测阻抗Z2处的脉冲电流信号。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述参考单元设置在试验工装内，所述试品单元和所述参考单元与所述试验工装壳体电气隔离。
进一步，所述检测单元具体为示波器。
本发明的有益效果是：本发明方法和系统提出的脉冲电流分布测量法，其基本原理是，将原有脉冲电流局部放电信号集中测量改为对各个试品的分别测量，提升局放信号幅值，降低干扰信号幅值，提高信噪比，并通过比较各试品局放脉冲信号的幅值和方向，区分局放信号和外部干扰信号，进而实现脉冲电流法局部放电信号的高灵敏测量，因而提升了原有局部放电测量方法的灵敏度，有利于GIS设备故障的诊断和定位。
附图说明
图1为本发明一种基于脉冲电流分布测量的GIS局放测试方法的流程图；
图2为分布式测量电路原理图；
图3为本发明一种基于脉冲电流分布测量的GIS局放测试系统的结构示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、试品单元，2、包括参考单元，3、检测单元。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，一种基于脉冲电流分布测量的GIS局放测试方法，包括以下步骤，
为试品单元配置参考单元，并将所述试品单元与所述参考单元组成分布式测量电路(该分布式测量电路如图2所示)；其中，所述试品单元的等效电容C1的容值大小与所述参考单元的等效电容C2的容值大小相匹配(即容值大小相等或大约相等)；在所述分布式测量电路中，所述等效电容C1所在的测试支路与所述等效电容C2所在的测试支路并联，在所述等效电容C1所在的测试支路中，所述等效电容C1通过检测阻抗Z1接地，在所述等效电容C2所在的测试支路中，所述等效电容C2通过检测阻抗Z2接地；在所述分布式测试电路中，还设有与所述等效电容C1所在的测试支路并联的工装电容C0，且所述工装电容C0的容值大于10倍的所述等效电容C1的容值，还大于10倍的所述等效电容C2的容值(即工装电容C0的容值远大于等效电容C1，还远大于等效电容C2的容值)；
同步检测所述检测阻抗Z1和所述检测阻抗Z2处的脉冲电流信号，通过比较所述检测阻抗Z1和所述检测阻抗Z2处的脉冲电流信号的幅值和方向，得到局部放电情况。
在本具体实施例中，还具有如下优选方案：
优选的，为试品单元配置参考单元的具体步骤为，
检测试品单元的等效电容C1的容值大小，根据所述等效电容C1的容值大小为所述试品单元配置参考单元，且使所述参考单元的等效电容C2的容值大小与所述试品单元的等效电容C1的容值大小相匹配。
优选的，所述参考单元设置在试验工装内部，且所述试品单元和所述参考单元与所述试验工装壳体电气隔离。
优选的，若所述检测阻抗Z1处的脉冲电流信号的幅值比所述检测阻抗Z2处的脉冲电流信号的幅值大，且所述检测阻抗Z1处的脉冲电流信号的方向与所述检测阻抗Z2处的脉冲电流信号的方向相反，则局部放电的位置在所述试品单元；
若所述检测阻抗Z1处的脉冲电流信号的幅值比所述检测阻抗Z2处的脉冲电流信号的幅值小，且所述检测阻抗Z1处的脉冲电流信号的方向与所述检测阻抗Z2处的脉冲电流信号的方向相反，则局部放电的位置在所述参考单元；
若所述检测阻抗Z1处的脉冲电流信号的幅值与所述检测阻抗Z2处的脉冲电流信号的幅值匹配，且所述检测阻抗Z1处的脉冲电流信号的方向与所述检测阻抗Z2处的脉冲电流信号的方向相同，则存在外部干扰信号。
优选的，同步检测所述检测阻抗Z1和所述检测阻抗Z2处的脉冲电流信号，具体步骤为，
利用示波器n次触发模式分别记录所述检测阻抗Z1和所述检测阻抗Z2处的脉冲电流信号。
在本发明一种基于脉冲电流分布测量的GIS局放测试方法中，脉冲电流分布测量法原理如图2所示，等效电阻C1所在的支路和等效电阻C2所在的支路是分布式测量电路中的两个分布测量支路，Z1和Z2为对应的检测阻抗，C1为试品单元的等效电容，C2为参考单元的等效电容，C0为工装电容，Zs为保护电阻，其中C1和C2的大小相当(即C1与C2的差值在预设范围内，例如该预设范围为[-x,x]，x为预设值)，且远小于C0。
图2(a)中，对于等效电容C1产生的局部放电电流，根据电路原理，将全部从检测阻抗Z1流过，并被工装C0和等效电容C2所在的两个支路分流，其中，因为工装C0远大于等效电容C2(C0>>C2)，大部分局部放电电流将被工装C0所在的支路分流，流经等效电容C2所在的支路的局部放电电流很小，所以检测阻抗Z1处检测到的局放脉冲电流信号的幅值远大于检测阻抗Z2处检测到的局放脉冲电流信号的幅值，且方向相反。同理，对于等效电容C2产生的局部放电电流，检测阻抗Z2处检测到的局放脉冲电流信号的幅值远大于检测阻抗Z1处检测到的局放脉冲电流信号的幅值，且方向相反。
图2(b)中，当U、Zs任一处产生外部干扰信号时，干扰信号电流将被工装C0、等效电容C1和等效电容C2所在的三个支路分流，其中，由于工装C0远大于等效电容C1和等效电容C2，大部分干扰信号电流将被工装C0所在的支路分流，有效抑制了流经等效电容C1和等效电容C2所在支路的干扰信号，降低了噪声，而检测阻抗Z1和检测阻抗Z2检测到的干扰信号电流幅值相当，方向相同。
因此，根据以上理论分析可知，脉冲电流分布测量法可以有效提高局放测量的信噪比，同时通过比较测阻抗Z1和检测阻抗Z2测量到的脉冲电流信号幅值和方向，可区分等效电容C1产生的局部放电、等效电容C2产生的局部放电和外部干扰信号，进而将存在缺陷的设备识别出来。
基于上述一种基于脉冲电流分布测量的GIS局放测试方法，本发明还提供一种基于脉冲电流分布测量的GIS局放测试系统。
如图3所示，一种基于脉冲电流分布测量的GIS局放测试系统，所述GIS局放测试系统用于测试试品单元1，包括参考单元2和检测单元3，所述参考单元2的等效电容C2的容值大小与所述试品单元1的等效电容C1的容值大小相匹配；所述试品单元1与所述参考单元2组成分布式测量电路(该分布式测量电路如图2所示)，在所述分布式测量电路中，所述等效电容C1所在的测试支路与所述等效电容C2所在的测试支路并联，在所述等效电容C1所在的测试支路中，所述等效电容C1通过检测阻抗Z1接地，在所述等效电容C2所在的测试支路中，所述等效电容C2通过检测阻抗Z2接地(例如，试品单元具体为盘式绝缘子试品，经检测阻抗Z1接地，采用屏蔽箱抑制空间耦合干扰。参考单元为实验工装内部设置的电容，该设置的电容的容值与试品单元的等效电容的容值相匹配，且经检测阻抗Z2接地。)；在所述分布式测试电路中，还设有与所述等效电容C1所在的测试支路并联的工装电容C0，且所述工装电容C0的容值大于10倍的所述等效电容C1的容值，还大于10倍的所述等效电容C2的容值；
所述检测单元3分别与所述试品单元1和所述参考单元2电连接，并用于同步检测所述检测阻抗Z1和所述检测阻抗Z2处的脉冲电流信号。
在本具体实施例中，还具有以下优选方案：
优选的，所述参考单元2设置在试验工装内，所述试品单元1和所述参考单元2与所述试验工装壳体电气隔离。将试品单元、参考单元与实验工装其他部分壳体电气隔离，以满足脉冲电流分布测量原理。
优选的，所述检测单元3具体为示波器。采用示波器n次快速触发模式记录脉冲电流局部放电信号，由于n次触发死区时间远小于局部放电脉冲时间常数，可保证示波器采样过程中捕获全部局放信号；采用高速示波器同时记录局部放电特高频信号，利用脉冲电流信号作为触发信号，可以进行同步测量。
本发明方法和系统提出的脉冲电流分布测量法，其基本原理是，将原有脉冲电流局部放电信号集中测量改为对各个试品的分别测量，提升局放信号幅值，降低干扰信号幅值，提高信噪比，并通过比较各试品局放脉冲信号的幅值和方向，区分局放信号和外部干扰信号，进而实现脉冲电流法局部放电信号的高灵敏测量，因而提升了原有局部放电测量方法的灵敏度，有利于GIS设备故障的诊断和定位。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于脉冲电流分布测量的GIS局放测试方法，其特征在于：包括以下步骤，
为试品单元配置参考单元，并将所述试品单元与所述参考单元组成分布式测量电路；其中，所述试品单元的等效电容C1的容值大小与所述参考单元的等效电容C2的容值大小相匹配；在所述分布式测量电路中，所述等效电容C1所在的测试支路与所述等效电容C2所在的测试支路并联，在所述等效电容C1所在的测试支路中，所述等效电容C1通过检测阻抗Z1接地，在所述等效电容C2所在的测试支路中，所述等效电容C2通过检测阻抗Z2接地；在所述分布式测试电路中，还设有与所述等效电容C1所在的测试支路并联的工装电容C0，且所述工装电容C0的容值大于10倍的所述等效电容C1的容值，还大于10倍的所述等效电容C2的容值；
同步检测所述检测阻抗Z1和所述检测阻抗Z2处的脉冲电流信号，通过比较所述检测阻抗Z1和所述检测阻抗Z2处的脉冲电流信号的幅值和方向，得到局部放电情况。
2.根据权利要求1所述的基于脉冲电流分布测量的GIS局放测试方法，其特征在于：为试品单元配置参考单元的具体步骤为，
检测试品单元的等效电容C1的容值大小，根据所述等效电容C1的容值大小为所述试品单元配置参考单元，且使所述参考单元的等效电容C2的容值大小与所述试品单元的等效电容C1的容值大小相匹配。
3.根据权利要求1所述的基于脉冲电流分布测量的GIS局放测试方法，其特征在于：所述参考单元设置在试验工装内部，且所述试品单元和所述参考单元与所述试验工装壳体电气隔离。
4.根据权利要求1所述的基于脉冲电流分布测量的GIS局放测试方法，其特征在于：若所述检测阻抗Z1处的脉冲电流信号的幅值比所述检测阻抗Z2处的脉冲电流信号的幅值大，且所述检测阻抗Z1处的脉冲电流信号的方向与所述检测阻抗Z2处的脉冲电流信号的方向相反，则局部放电的位置在所述试品单元；
若所述检测阻抗Z1处的脉冲电流信号的幅值比所述检测阻抗Z2处的脉冲电流信号的幅值小，且所述检测阻抗Z1处的脉冲电流信号的方向与所述检测阻抗Z2处的脉冲电流信号的方向相反，则局部放电的位置在所述参考单元；
若所述检测阻抗Z1处的脉冲电流信号的幅值与所述检测阻抗Z2处的脉冲电流信号的幅值匹配，且所述检测阻抗Z1处的脉冲电流信号的方向与所述检测阻抗Z2处的脉冲电流信号的方向相同，则存在外部干扰信号。
5.根据权利要求1至4任一项所述的基于脉冲电流分布测量的GIS局放测试方法，其特征在于：同步检测所述检测阻抗Z1和所述检测阻抗Z2处的脉冲电流信号，具体步骤为，
利用示波器n次触发模式分别记录所述检测阻抗Z1和所述检测阻抗Z2处的脉冲电流信号。
6.一种基于脉冲电流分布测量的GIS局放测试系统，其特征在于：所述GIS局放测试系统用于测试试品单元，包括参考单元和检测单元，所述参考单元的等效电容C2的容值大小与所述试品单元的等效电容C1的容值大小相匹配；所述试品单元与所述参考单元组成分布式测量电路，在所述分布式测量电路中，所述等效电容C1所在的测试支路与所述等效电容C2所在的测试支路并联，在所述等效电容C1所在的测试支路中，所述等效电容C1通过检测阻抗Z1接地，在所述等效电容C2所在的测试支路中，所述等效电容C2通过检测阻抗Z2接地；在所述分布式测试电路中，还设有与所述等效电容C1所在的测试支路并联的工装电容C0，且所述工装电容C0的容值大于10倍的所述等效电容C1的容值，还大于10倍的所述等效电容C2的容值；
所述检测单元分别与所述试品单元和所述参考单元电连接，并用于同步检测所述检测阻抗Z1和所述检测阻抗Z2处的脉冲电流信号。
7.根据权利要求6所述的基于脉冲电流分布测量的GIS局放测试系统，其特征在于：所述参考单元设置在试验工装内，所述试品单元和所述参考单元与所述试验工装壳体电气隔离。
8.根据权利要求6或7所述的基于脉冲电流分布测量的GIS局放测试系统，其特征在于：所述检测单元具体为示波器。
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