CN112014694B - 气体绝缘组合电器的光信号传播特性测量系统及测量方法 - Google Patents

气体绝缘组合电器的光信号传播特性测量系统及测量方法 Download PDF

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Abstract

公开了气体绝缘组合电器的光信号传播特性测量系统及测量方法,测量系统中,GIS腔体两端设有金属盖板,GIS腔体内经由盆式绝缘子分隔为第一气室和第二气室,盆式绝缘子设有至少一个联通第一气室和第二气室的通孔,套管套设于GIS腔体的第一开口,高压导杆设在GIS腔体内部,高压导杆经由套管电连接无局放变压器,放电缺陷部可移动地设置于高压导杆,第一光学传感器设在GIS腔体的第二开口以测量第一气室的局部放电的第一光学信号,第二光学传感器设在GIS腔体的第三开口以测量第二气室的局部放电的第二光学信号,电流传感器经由接地线连接GIS腔体以测量脉冲电流信号,局放仪连接电流传感器以接收和存储脉冲电流信号。

Description

气体绝缘组合电器的光信号传播特性测量系统及测量方法
技术领域
本发明涉及电气设备局部放电测量技术领域,特别是一种气体绝缘组合电器的光信号传播特性测量系统及测量方法。
背景技术
气体绝缘组合电器(Gas Insulated Switchgear,GIS)具有占地面积小、可靠性高、结构简单、环境友好等优点,目前作为电网重要输变电线路的核心设备得到广泛应用。GIS由于设备规模大、长度长的特点,往往采用部件生产、分段运输、现场组装的方式进行安装,从生产到投运需要经过多个工艺环节,所以在GIS设备的生产、运输、组装以及运行过程中不可避免地会在局部区域内产生绝缘缺陷。当存在绝缘缺陷时,会在GIS内部激发局部放电信号,通过局部放电信号的测量能够尽早发现其内部缺陷,避免绝缘故障的发生。目前GIS内部局部放电测量方法主要包括超声波法和特高频法,然而随着局部放电检测工作的深入开展,由于现场复杂电磁干扰的影响,两种方法均存在检测准确度不足的缺陷。光测法作为一种非电量测量方法,具有绝对的电磁免疫性能,同时对于全封闭结构的GIS设备来说具有天然的应用优势,逐渐发展成为GIS局部放电检测领域一种重要的检测方法。
局部放电光学信号波长远小于实际GIS部件的几何尺度,在GIS设备内部传播时表现出明显的粒子性,光学信号会随着传播距离和角度的不同以及设备部件遮挡的影响而发生衰减和畸变,掌握局部放电光学信号的传播特性是开展现场局部放电光测法的重要基础。目前围绕GIS局部放电光学信号的传播特性主要通过仿真技术来实现,采用理想点光源代替放电源,利用几何光学的计算方法对GIS局部放电光学信号传播特性进行研究。但是实际中局部放电过程复杂,放电源和理想点光源区别极大,光学信号在GIS设备传播过程中在导杆、外壳和盆式绝缘子上发生复杂的随机漫反射,通过仿真的方法难以进行真实模拟,致使局部放电光学信号在GIS内部的传播规律研究尚不明确,极大地限制了光学传感器在GIS设备安装位置的有效选取以及对现场检测结果的准确分析。
背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解,因此可能包含不构成本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。
发明内容
鉴于上述问题,本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种气体绝缘组合电器的光信号传播特性测量系统及测量方法,能够准确模拟实际局部放电光学信号产生和在GIS内部传播的过程,有效避免了多次重复安装缺陷造成的结果差异,提高了测量的准确性,实现了放电光学信号的准确测量,从而掌握局部放电光学信号的传播特性,为现场光学传感器安装位置选择和现场光测法检测结果分析提供支撑。
本发明的目的是通过以下技术方案予以实现。
一种气体绝缘组合电器的光信号传播特性测量系统包括,
无局放变压器,其提供电压,
GIS腔体,其两端设有金属盖板,所述GIS腔体内经由盆式绝缘子分隔为第一气室和第二气室,所述盆式绝缘子设有至少一个联通第一气室和第二气室的通孔,
套管,其套设于GIS腔体的第一开口,
高压导杆,其设在所述GIS腔体内部,所述高压导杆经由所述套管电连接所述无局放变压器,
放电缺陷部,其可移动地设置于所述高压导杆,
第一光学传感器,其设在所述GIS腔体的第二开口以测量第一气室的局部放电的第一光学信号,
第一光电转换模块,其一端连接所述第一光学传感器,另一端连接示波器,所述第一光电转换模块转换所述第一光学信号为第一光学数据并发送到示波器,
第二光学传感器,其设在所述GIS腔体的第三开口以测量第二气室的局部放电的第二光学信号,
第二光电转换模块,其一端连接所述第二光学传感器,另一端连接示波器,所述第二光电转换模块转换所述第二光学信号为第二光学数据并发送到示波器,
电流传感器,其经由接地线连接所述GIS腔体以测量脉冲电流信号,
局放仪,其连接所述电流传感器以接收和存储所述脉冲电流信号。
所述的气体绝缘组合电器的光信号传播特性测量系统中,所述放电缺陷部经由可调节致动机构沿着所述高压导杆周向旋转或轴向移动移动距离。
所述的气体绝缘组合电器的光信号传播特性测量系统中,所述放电缺陷部经由可调节致动机构沿着所述高压导杆周向旋转预定角度和轴向移动预定距离。
所述的气体绝缘组合电器的光信号传播特性测量系统中,测量系统还包括处理单元,其连接所述局放仪、示波器和无局放电变压器,响应于局放仪的脉冲电流信号,处理单元发送控制信号到无局放电变压器使得脉冲电流信号保持在预定范围,处理单元基于第一光学数据和第二光学数据生成光信号传播特性的特征参量。
所述的气体绝缘组合电器的光信号传播特性测量系统中,所述特征参量包括基于第一光学数据和第二光学数据生成的时域波形的最大幅值或平均幅值。
所述的气体绝缘组合电器的光信号传播特性测量系统中,所述放电缺陷部为尖刺型缺陷部或悬浮电位缺陷部。
所述的气体绝缘组合电器的光信号传播特性测量系统中,所述放电缺陷部包括放电电极和套筒,放电电极经由套筒可移动地布置于高压导杆外表面。
所述的气体绝缘组合电器的光信号传播特性测量系统中,所述金属盖板设有漫反射层。
所述的气体绝缘组合电器的光信号传播特性测量系统中,第一光电转换模块或第二光电转换模块包括光电倍增管,其测量波长范围为200nm-980nm。
根据本发明另一方面,一种所述的气体绝缘组合电器的光信号传播特性测量系统的测量方法包括以下步骤,
步骤一,在位于第一气室的高压导杆上预定位置上固定放电缺陷部,无局放变压器施加电压至高压导杆以激发放电缺陷部产生局部放电信号,第一光学传感器测量第一气室的局部放电的第一光学信号,第一光电转换模块转换所述第一光学信号为第一光学数据并发送到示波器,第二光学传感器测量第二气室的局部放电的第二光学信号,第二光电转换模块转换所述第二光学信号为第二光学数据并发送到示波器,电流传感器测量脉冲电流信号,局放仪接收和存储所述脉冲电流信号,示波器记录包括基于第一光学数据和第二光学数据的局部放电光学信号传播特性,
步骤二,多次移动放电缺陷部在高压导杆上的位置,基于局放仪记录的相同放电量的前提下,重复步骤一,获得不同位置下的局部放电光学信号传播特性;
步骤三,在所述的预定位置,多次旋转改变放电缺陷部在高压导杆上的角度,基于局放仪记录的相同放电量的前提下,重复步骤一,获得不同角度下的局部放电光学信号传播特性;
步骤四:将放电缺陷部以确定的角度固定在导杆上的确定位置,测量并记录第一和第二光学传感器经过光电转换后在示波器上的第一数据和第二数据,获得通过带有通气孔的绝缘子前后的光学信号;
步骤五:将以上步骤获得局部放电光学信号脉冲的时域波形进行比较,获得局部放电光学信号在GIS设备内部的传播特性。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:本发明采用与实际GIS设备相同的材料、尺寸结构、以及内部放电缺陷,同时系统利用可移动式的放电缺陷和电学测量系统有效避免了多次重复安装缺陷造成的差异,具有测量不可控因素少、与实际切合度高的优点。本发明可以获得传播距离、传播角度以及绝缘子部件对局部放电光学信号的影响规律。
上述说明仅是本发明技术方案的概述,为了能够使得本发明的技术手段更加清楚明白,达到本领域技术人员可依照说明书的内容予以实施的程度,并且为了能够让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂,下面以本发明的具体实施方式进行举例说明。
附图说明
通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述,本发明各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的,而并不认为是对本发明的限制。显而易见地,下面描述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。而且在整个附图中,用相同的附图标记表示相同的部件。
在附图中:
图1是根据本发明一个实施例的气体绝缘组合电器的光信号传播特性测量系统的结构示意图;
图2是根据本发明一个实施例的气体绝缘组合电器的光信号传播特性测量系统的测量方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将参照附图1至图2更详细地描述本发明的具体实施例。虽然附图中显示了本发明的具体实施例,然而应当理解,可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反,提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明,并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
需要说明的是,在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解,技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式,而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语,故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式,然所述描述乃以说明书的一般原则为目的,并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
为便于对本发明实施例的理解,下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明,且各个附图并不构成对本发明实施例的限定。
为了更好地理解,如图1至图2所示,一种气体绝缘组合电器的光信号传播特性测量系统包括,
无局放变压器1,其提供电压,
GIS腔体7,其两端设有金属盖板4,所述GIS腔体7内经由盆式绝缘子15分隔为第一气室2和第二气室19,所述盆式绝缘子15设有至少一个联通第一气室2和第二气室19的通孔,
套管3,其套设于GIS腔体7的第一开口,
高压导杆8,其设在所述GIS腔体7内部,所述高压导杆8经由所述套管3电连接所述无局放变压器1,
放电缺陷部6,其可移动地设置于所述高压导杆8,
第一光学传感器10,其设在所述GIS腔体7的第二开口以测量第一气室2的局部放电的第一光学信号,
第一光电转换模块13,其一端连接所述第一光学传感器10,另一端连接示波器11,所述第一光电转换模块13转换所述第一光学信号为第一光学数据并发送到示波器11,
第二光学传感器12,其设在所述GIS腔体7的第三开口以测量第二气室19的局部放电的第二光学信号,
第二光电转换模块14,其一端连接所述第二光学传感器12,另一端连接示波器11,所述第二光电转换模块14转换所述第二光学信号为第二光学数据并发送到示波器11,
电流传感器16,其经由接地线连接所述GIS腔体7以测量脉冲电流信号,
局放仪17,其连接所述电流传感器16以接收和存储所述脉冲电流信号。
所述的气体绝缘组合电器的光信号传播特性测量系统的优选实施例中,所述放电缺陷部6经由可调节致动机构沿着所述高压导杆8周向旋转或轴向移动移动距离。
所述的气体绝缘组合电器的光信号传播特性测量系统的优选实施例中,所述放电缺陷部6经由可调节致动机构沿着所述高压导杆8周向旋转预定角度和轴向移动预定距离。
所述的气体绝缘组合电器的光信号传播特性测量系统的优选实施例中,测量系统还包括处理单元,其连接所述局放仪17、示波器11和无局放电变压器,响应于局放仪17的脉冲电流信号,处理单元发送控制信号到无局放电变压器使得脉冲电流信号保持在预定范围,处理单元基于第一光学数据和第二光学数据生成光信号传播特性的特征参量。
所述的气体绝缘组合电器的光信号传播特性测量系统的优选实施例中,所述特征参量包括基于第一光学数据和第二光学数据生成的时域波形的最大幅值或平均幅值。
所述的气体绝缘组合电器的光信号传播特性测量系统的优选实施例中,所述放电缺陷部6为尖刺型缺陷部或悬浮电位缺陷部。
所述的气体绝缘组合电器的光信号传播特性测量系统的优选实施例中,所述放电缺陷部6包括放电电极和套筒,放电电极经由套筒可移动地布置于高压导杆8外表面。
所述的气体绝缘组合电器的光信号传播特性测量系统的优选实施例中,所述金属盖板4设有漫反射层5。
所述的气体绝缘组合电器的光信号传播特性测量系统的优选实施例中,第一光电转换模块13或第二光电转换模块14包括光电倍增管,其测量波长范围为200nm-980nm。
在一个实施例中,所述的气体绝缘组合电器的光信号传播特性测量系统包括无局放测量变压器、高压导线、套管3、GIS腔体7,GIS腔体7由两个气室组成,通过带通气孔的盆式绝缘子15连接,GIS腔体7两端通过具有漫反射涂层的金属盖板4进行密封,外壳上安装有带气压表的充气阀门9,GIS腔体7内部的高压导杆8上设置有可移动式放电缺陷,在GIS腔体7的每个气室中安装有局部放电光学传感器,两个光学传感器通过传导光纤连接至光电转换模块,光电转换模块的输出信号通过高频电缆连接至高速示波器11,在GIS腔体7的接地线18上通过高频电流传感器16测量脉冲电流信号并传输至局放仪17。
在一个实施例中,GIS腔体7由两段气室组成,中间通过带有通气孔的盆式绝缘子15进行连接。GIS腔体7和盆式绝缘子15均按照实际110kV的实际GIS设备及部件设计制造而成,与实际设备具有相同的结构特点。
在一个实施例中,具有同轴结构的GIS腔体7和高压导杆8采用与实际GIS设备一致的复合铝质材料制成,GIS腔体7内部充有纯净的SF6气体,设备外壳有效接地,真实模拟了实际GIS设备内部局部放电光学信号传播环境,腔体端部通过具有漫反射层5的金属盖板4密封,模拟长GIS设备在端部发生漫反射的实际情况。
在一个实施例中,工频高压通过高压套管3作用于设置在导杆上的放电缺陷部6,产生与实际放电过程完全相同的光学信号。其中工频高压通过200kV/250kVA的无局放变压器1产生,连接采用的高压导线具有防起晕性能。
在一个实施例中,所述的放电缺陷部6由放电电极和套筒组成,电极采用耐烧蚀的钨铜材料制成,套筒可以任意角度安装在导杆上的任意位置,通过可移动式的放电缺陷部6,避免了多次设置放电缺陷带来的不确定性差异。
在一个实施例中,采用高频电流线圈测量局部放电脉冲信号,并通过局放仪17进行记录,从而保证每次激发光学信号的放电具有相同的放电量。线圈可频率响应范围为100kHz~100MHz。在一个实施例中,采用高灵敏度光学传感器测量局部放电光学信号,并通过大直径的传导光纤进行光学信号的外部传导,光学信号经过宽波段的光电转换模块后被高速示波器11采集记录。
在一个实施例中,第一和第二光学传感器12采用感光范围大的荧光光纤制作而成,可测量300nm~500nm的光学信号,并通过与传感光纤相同直径的塑料传导光纤进行光学信号的外部传导,光学信号经过宽波段的光电转换模块后被高速示波器11采集记录,光电转换模块采用了可有效感知弱光信号的光电被增管,测量波长范围为200nm~980nm,示波器11采用泰克MDO4054,具有四通道、1G带宽,5G采样率。
在一个实施例中,使用时,放电缺陷部6安装在GIS高压导杆8上,无局放变压器1通过高压引线连接套管3,施加工频高压于高压导杆8上,测量中通过如光纤传感器的第一和第二光学传感器12和电流传感器16同时检测局部放电产生的光学和电学信号,示波器11记录光学信号,局放仪17记录电学信号,测量中通过改变可移动式的放电缺陷部6来改变光学信号传播距离和传播角度,通过测量两个光纤传感器的检测结果分析绝缘子部件对传播特性的影响规律。
一种所述的气体绝缘组合电器的光信号传播特性测量系统的测量方法包括以下步骤,
步骤一,在位于第一气室2的高压导杆8上预定位置上固定放电缺陷部6,无局放变压器1施加电压至高压导杆8以激发放电缺陷部6产生局部放电信号,第一光学传感器10测量第一气室2的局部放电的第一光学信号,第一光电转换模块13转换所述第一光学信号为第一光学数据并发送到示波器11,第二光学传感器12测量第二气室19的局部放电的第二光学信号,第二光电转换模块14转换所述第二光学信号为第二光学数据并发送到示波器11,电流传感器16测量脉冲电流信号,局放仪17接收和存储所述脉冲电流信号,示波器11记录包括基于第一光学数据和第二光学数据的局部放电光学信号传播特性,
步骤二,多次移动放电缺陷部6在高压导杆8上的位置,基于局放仪17记录的相同放电量的前提下,重复步骤一,获得不同位置下的局部放电光学信号传播特性;
步骤三,在所述的预定位置,多次旋转改变放电缺陷部6在高压导杆8上的角度,基于局放仪17记录的相同放电量的前提下,重复步骤一,获得不同角度下的局部放电光学信号传播特性;
步骤四:将放电缺陷部6以确定的角度固定在导杆上的确定位置,测量并记录第一和第二光学传感器12经过光电转换后在示波器11上的第一数据和第二数据,获得通过带有通气孔的绝缘子前后的光学信号;
步骤五:将以上步骤获得局部放电光学信号脉冲的时域波形进行比较,获得局部放电光学信号在GIS设备内部的传播特性。
在一个实施方式中,步骤五,将以上步骤获得局部放电光学信号脉冲的时域波形进行比较,同时比较信号的最大幅值、平均幅值等统计特征参量,从而获得传播距离、传播角度以及绝缘子部件对局部放电光学信号的影响规律,掌握局部放电光学信号在GIS设备内部的传播特性。
在一个实施方式中,测量时可更换不同类型、不同尺寸的放电缺陷,进而研究放电类型对局部放电光学信号传播特性的影响。
在一个实施方式中,测量时可以多次改变放电电压,从而研究不同放电强度或放电发展阶段对局部放电光学信号传播特性的影响规律。
工业实用性
本发明所述的气体绝缘组合电器的光信号传播特性测量系统及测量方法可以在电气设备局部放电领域制造并使用。
以上结合具体实施例描述了本申请的基本原理,但是,需要指出的是,在本申请中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制,不能认为这些优点、优势、效果等是本申请的各个实施例必须具备的。另外,上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用,而非限制,上述细节并不限制本申请为必须采用上述具体的细节来实现。
为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外,此描述不意图将本申请的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例,但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。

Claims (9)

1.一种气体绝缘组合电器的光信号传播特性测量系统,其包括,
无局放变压器,其提供电压,
GIS腔体,其两端设有金属盖板,所述GIS腔体内经由盆式绝缘子分隔为第一气室和第二气室,所述盆式绝缘子设有至少一个联通第一气室和第二气室的通孔,
套管,其套设于GIS腔体的第一开口,
高压导杆,其设在所述GIS腔体内部,所述高压导杆经由所述套管电连接所述无局放变压器,
放电缺陷部,其可移动地设置于所述高压导杆,
第一光学传感器,其设在所述GIS腔体的第二开口以测量第一气室的局部放电的第一光学信号,
第一光电转换模块,其一端连接所述第一光学传感器,另一端连接示波器,所述第一光电转换模块转换所述第一光学信号为第一光学数据并发送到示波器,
第二光学传感器,其设在所述GIS腔体的第三开口以测量第二气室的局部放电的第二光学信号,
第二光电转换模块,其一端连接所述第二光学传感器,另一端连接示波器,所述第二光电转换模块转换所述第二光学信号为第二光学数据并发送到示波器,
电流传感器,其经由接地线连接所述GIS腔体以测量脉冲电流信号,
局放仪,其连接所述电流传感器以接收和存储所述脉冲电流信号, 所述放电缺陷部包括放电电极和套筒,放电电极经由套筒可移动地布置于高压导杆外表面。
2.如权利要求1所述的气体绝缘组合电器的光信号传播特性测量系统,其中,所述放电缺陷部经由可调节致动机构沿着所述高压导杆周向旋转预定角度或轴向移动预定距离。
3.如权利要求1所述的气体绝缘组合电器的光信号传播特性测量系统,其中,所述放电缺陷部经由可调节致动机构沿着所述高压导杆周向旋转预定角度和轴向移动预定距离。
4.如权利要求1所述的气体绝缘组合电器的光信号传播特性测量系统,其中,测量系统还包括处理单元,其连接所述局放仪、示波器和无局放电变压器,响应于局放仪的脉冲电流信号,处理单元发送控制信号到无局放电变压器使得脉冲电流信号保持在预定范围,处理单元基于第一光学数据和第二光学数据生成光信号传播特性的特征参量。
5.如权利要求4所述的气体绝缘组合电器的光信号传播特性测量系统,其中,所述特征参量包括基于第一光学数据和第二光学数据生成的时域波形的最大幅值或平均幅值。
6.如权利要求1所述的气体绝缘组合电器的光信号传播特性测量系统,其中,所述放电缺陷部为尖刺型缺陷部或悬浮电位缺陷部。
7.如权利要求1所述的气体绝缘组合电器的光信号传播特性测量系统,其中,所述金属盖板设有漫反射层。
8.如权利要求1所述的气体绝缘组合电器的光信号传播特性测量系统,其中,第一光电转换模块或第二光电转换模块包括光电倍增管,其测量波长范围为200nm-980nm。
9.一种权利要求1-8中任一项所述的气体绝缘组合电器的光信号传播特性测量系统的测量方法,其包括以下步骤,
步骤一,在位于第一气室的高压导杆上预定位置上固定放电缺陷部,无局放变压器施加电压至高压导杆以激发放电缺陷部产生局部放电信号,第一光学传感器测量第一气室的局部放电的第一光学信号,第一光电转换模块转换所述第一光学信号为第一光学数据并发送到示波器,第二光学传感器测量第二气室的局部放电的第二光学信号,第二光电转换模块转换所述第二光学信号为第二光学数据并发送到示波器,电流传感器测量脉冲电流信号,局放仪接收和存储所述脉冲电流信号,示波器记录包括基于第一光学数据和第二光学数据的局部放电光学信号传播特性,
步骤二,多次移动放电缺陷部在高压导杆上的位置,基于局放仪记录的相同放电量的前提下,重复步骤一,获得不同位置下的局部放电光学信号传播特性;
步骤三,在所述的预定位置,多次旋转改变放电缺陷部在高压导杆上的角度,基于局放仪记录的相同放电量的前提下,重复步骤一,获得不同角度下的局部放电光学信号传播特性;
步骤四:将放电缺陷部以确定的角度固定在导杆上的确定位置,测量并记录第一和第二光学传感器经过光电转换后在示波器上的第一数据和第二数据,获得通过带有通气孔的绝缘子前后的光学信号;
步骤五:将以上步骤获得局部放电光学信号脉冲的时域波形进行比较,获得局部放电光学信号在GIS设备内部的传播特性。
CN202010831226.1A 2020-08-18 2020-08-18 气体绝缘组合电器的光信号传播特性测量系统及测量方法 Active CN112014694B (zh)

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