CN114089050B - 一种gis绝缘子表面电荷畸变电场在线测量方法及装置 - Google Patents

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CN114089050B CN202111348187.0A CN202111348187A CN114089050B CN 114089050 B CN114089050 B CN 114089050B CN 202111348187 A CN202111348187 A CN 202111348187A CN 114089050 B CN114089050 B CN 114089050B
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Abstract

本申请涉及绝缘表面电荷测量技术领域，尤其涉及一种GIS绝缘子表面电荷畸变电场在线测量方法及装置。其中，一种GIS绝缘子表面电荷畸变电场在线测量方法，包括：实时获取绝缘子表面的电场信号，电场信号包括工频交变电场信号以及绝缘子表面电荷畸变电场信号；对电场信号进行快速傅里叶变换，从而确定电场信号的频率分量；根据频率分量确定工频交变电场信号以及绝缘子表面电荷畸变电场信号的比值，从而确定绝缘子表面电荷对工频交变电场的畸变程度。采用上述方案的本申请可实现绝缘子表面电荷的实时在线测量，实现绝缘子表面电荷积累动态过程的完整观测，可用于GIS绝缘子的状态监测和故障诊断。

Description

一种GIS绝缘子表面电荷畸变电场在线测量方法及装置
技术领域
本申请涉及绝缘表面电荷测量技术领域，尤其涉及一种GIS绝缘子表面电荷畸变电场在线测量方法及装置。
背景技术
气体绝缘开关设备(Gas Insulated Switchgear,GIS)是一种组合型金属封装开关设备，它将变电站的断路器、隔离开关、接地开关、互感器、避雷器、母线等多种电气设备封装在金属壳体内，充以高绝缘强度的六氟化硫气体。GIS具有结构紧凑、占地面积小、可靠性高、安全性强、环境适应能力强、维护工作量小等特点，在电力系统中具有广泛应用。随着我国电网规模增大，GIS故障频发，而绝缘子表面金属颗粒等缺陷被认为是导致闪络的重要原因。
绝缘表面金属微粒诱发局部放电可能导致的表面电荷积累和表面电场畸变是影响GIS绝缘子绝缘性能的重要因素。而在探究金属微粒存在情况下表面电荷积累和及其电场畸变对闪络特性的影响时，实现对绝缘子表面电荷引起的畸变电场的测量显得尤为重要。
传统测量中对绝缘子表面电荷及其畸变电场的测量主要是采用离线的方式，在不带电情况下利用静电计等方式进行测量。这种离线方式难以获得带电运行情况下绝缘子表面电荷引起的畸变电场的实时变化情况，不利于研究绝缘子表面电荷在闪络过程中所起的作用及其导致闪络的机理。
发明内容
本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本申请的第一个目的在于提出一种GIS绝缘子表面电荷畸变电场在线测量方法，以解决传统绝缘子表面电荷及其畸变电场的测量以离线为主，不利于研究绝缘子表面电荷在闪络过程中所起的作用及其导致闪络的机理的技术问题。
本申请的第二个目的在于提出一种GIS绝缘子表面电荷畸变电场在线测量装置。
为达到上述目的，本申请第一方面实施例提出的一种GIS绝缘子表面电荷畸变电场在线测量方法，包括：
实时获取绝缘子表面的电场信号，所述电场信号包括工频交变电场信号以及绝缘子表面电荷畸变电场信号；
对所述电场信号进行快速傅里叶变换，从而确定所述电场信号的频率分量；
根据所述频率分量确定工频交变电场信号以及绝缘子表面电荷畸变电场信号的比值，从而确定绝缘子表面电荷对工频交变电场的畸变程度。
可选地，在本申请的一个实施例中，所述实时获取绝缘子表面的电场信号，包括：
在靠近GIS绝缘子的法兰的金属筒壁中，沿所述金属筒壁的圆周方向均匀设置至少一个手孔，在所述手孔中放置旋转电场测量传感器；
确定旋转电场传感器的转速，根据所述旋转电场传感器的转速确定所述旋转电场传感器感应到的电荷信号；
利用采集装置采集所述电荷信号并将所述电荷信号转换为绝缘子表面的电场信号。
可选地，在本申请的一个实施例中，所述旋转电场传感器，包括：
旋转电极、感应电极、用于驱动旋转电极的直流电机、信号输出端子以及安装座；
所述旋转电极安装与所述安装座上，绕中轴线进行旋转的包括至少一个90°开口的中空的圆柱形电极；
所述感应电极安装与所述安装座上，位于所述旋转电极内部，以及与所述旋转电机中轴线沿手孔方向形成的90°扇形体的侧面，当所述旋转电极的90°开口完全旋转至手孔时，所述感应电极在手孔中完全露出；
所述信号输出端子通过同轴电缆连接所述采集装置的输入端。
可选地，在本申请的一个实施例中，所述根据所述旋转电场传感器的转速确定所述旋转电场传感器感应到的电荷信号，包括：
旋转过程中，根据下式确定旋转电场传感器感应到的电荷信号：
Q(t)＝εES(t)
E＝EDC+EACcos(ω0t+β)
S(t)＝A[1-sin(ω1t+α)]
其中，Q为电荷信号，t为时间，ε为六氟化硫气体介电常数，E为旋转电场传感器测量到的电场信号，EDC为绝缘子表面电荷畸变电场信号，EAC为工频交变电场信号，ω0为工频电压角频率，β为工频电场初始相位，S为感应电极的有效感应面积，A为相关常数，ω1为有效感应面积交变角频率，ω1＝2ωr，ωr为旋转电极的旋转角转速即旋转电场传感器的转速，α为旋转电极开口的初始角度。
可选地，在本申请的一个实施例中，所述利用采集装置采集所述电荷信号并将所述电荷信号转换为绝缘子表面的电场信号，包括：
所述采集装置为示波器，所述示波器的输入端采用高阻耦合模式；
根据下式将所述电荷信号转换为绝缘子表面的电场信号：
Figure BDA0003354988240000031
其中，u(t)为绝缘子表面的电场信号，Z为示波器的输入阻抗，t为时间，Q为电荷信号，ε为六氟化硫气体介电常数，A为相关常数，ω0为工频电压角频率，β为工频电场初始相位，EDC为绝缘子表面电荷畸变电场信号，EAC为工频交变电场信号，ω1为有效感应面积交变角频率，ω1＝2ωr，ωr为旋转电极的旋转角转速，α为旋转电极开口的初始角度，
Figure BDA0003354988240000041
为α与β之和，γ为α与β之差。
可选地，在本申请的一个实施例中，所述对所述电场信号进行快速傅里叶变换，从而确定所述电场信号的频率分量，包括：
根据下式确定傅里叶变换后的电场信号：
Figure BDA0003354988240000042
其中，U为傅里叶变换后的电场信号，Z为示波器的输入阻抗，ω为频率，ε为六氟化硫气体介电常数，A为相关常数，EDC为绝缘子表面电荷畸变电场信号，EAC为工频交变电场信号，ω0为工频电压角频率，ω1为有效感应面积交变角频率，ω1＝2ωr，ωr为旋转电极的旋转角转速；
根据下式确定所述电场信号的频率分量：
ω→u0＝εZAω0EAC
ω1→u1＝εZAω1EDC
Figure BDA0003354988240000043
Figure BDA0003354988240000044
其中，u0、u1、u2、u3为所述电场信号的频率分量。
可选地，在本申请的一个实施例中，根据下式确定所述旋转电极的旋转角转速：
2εr＝3c0
ω0＝2πf0＝100πrad/s
其中，ωr为旋转电极的旋转角转速，ω0为工频电压角频率。
可选地，在本申请的一个实施例中，所述根据所述频率分量确定工频交变电场信号以及绝缘子表面电荷畸变电场信号的比值，从而确定绝缘子表面电荷对工频交变电场的畸变程度，包括：
利用所述频率分量消除所述工频电压角频率以及旋转电极的旋转角转速不稳定带来的误差；
根据下式确定所述工频交变电场信号以及绝缘子表面电荷畸变电场信号的比值：
Figure BDA0003354988240000051
其中，EDC为绝缘子表面电荷畸变电场信号，EAC为工频交变电场信号，u1、u2、u3为所述电场信号的频率分量。
可选地，在本申请的一个实施例中，在根据所述频率分量确定工频交变电场信号以及绝缘子表面电荷畸变电场信号的比值，从而确定绝缘子表面电荷对工频交变电场的畸变程度之后，包括：
根据外施交流电压信号确定所述工频交变电场信号，根据所述工频交变电场信号以及绝缘子表面电荷畸变电场信号的比值确定所述绝缘子表面电荷畸变电场信号。
综上，本申请第一方面实施例提出的方法，通过实时获取绝缘子表面的电场信号，所述电场信号包括工频交变电场信号以及绝缘子表面电荷畸变电场信号；对所述电场信号进行快速傅里叶变换，从而确定所述电场信号的频率分量；根据所述频率分量确定工频交变电场信号以及绝缘子表面电荷畸变电场信号的比值，从而确定绝缘子表面电荷对工频交变电场的畸变程度。本申请可实现绝缘子表面电荷产生的畸变电场的实时在线测量，实现绝缘子表面电荷积累动态过程的完整观测，可用于GIS绝缘子的状态监测和故障诊断。
为达到上述目的，本申请第二方面实施例提出的一种GIS绝缘子表面电荷畸变电场在线测量装置，包括：
信号获取模块，用于实时获取绝缘子表面的电场信号，所述电场信号包括工频交变电场信号以及绝缘子表面电荷畸变电场信号；
信号转换模块，用于对所述电场信号进行快速傅里叶变换，从而确定所述电场信号的频率分量；
畸变确定模块，用于根据所述频率分量确定工频交变电场信号以及绝缘子表面电荷畸变电场信号的比值，从而确定绝缘子表面电荷对工频交变电场的畸变程度。
综上，本申请第二方面实施例提出的装置，通过信号获取模块实时获取绝缘子表面的电场信号，所述电场信号包括工频交变电场信号以及绝缘子表面电荷畸变电场信号；信号转换模块对所述电场信号进行快速傅里叶变换，从而确定所述电场信号的频率分量；畸变确定模块根据所述频率分量确定工频交变电场信号以及绝缘子表面电荷畸变电场信号的比值，从而确定绝缘子表面电荷对工频交变电场的畸变程度。本申请可实现绝缘子表面电荷产生的畸变电场的实时在线测量，实现绝缘子表面电荷积累动态过程的完整观测，可用于GIS绝缘子的状态监测和故障诊断。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本申请实施例所提供的一种GIS绝缘子表面电荷畸变电场在线测量方法的流程图；
图2为本申请实施例所提供的旋转电场传感器安装示意图；
图3为本申请实施例所提供的旋转电场传感器的结构示意图；
图4为本申请实施例所提供的旋转电场传感器的工作原理图；
图5为本申请实施例所提供的旋转电场传感器旋转电极旋转过程中感应面积变化示意图；
图6为本申请实施例所提供的电场信号及其快速傅里叶变换结果示意图；
图7为本申请实施例所提供的绝缘子表面存在电荷时在线连续测量得到的各频率分量变化结果示意图；
图8为本申请实施例所提供的绝缘子表面存在电荷时在线连续测量得到的工频交变电场信号以及绝缘子表面电荷畸变电场信号比值变化结果示意图；
图9为本申请实施例所提供的一种GIS绝缘子表面电荷畸变电场在线测量装置的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。相反，本申请的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
实施例1
图1为本申请实施例所提供的一种GIS绝缘子表面电荷畸变电场在线测量方法的流程图。
如图1所示，本申请实施例提供的一种GIS绝缘子表面电荷畸变电场在线测量方法，包括以下步骤：
步骤110，实时获取绝缘子表面的电场信号，电场信号包括工频交变电场信号以及绝缘子表面电荷畸变电场信号；
步骤120，对电场信号进行快速傅里叶变换，从而确定电场信号的频率分量；
步骤130，根据频率分量确定工频交变电场信号以及绝缘子表面电荷畸变电场信号的比值，从而确定绝缘子表面电荷对工频交变电场的畸变程度。
在本申请实施例中，实时获取绝缘子表面的电场信号，包括：
在靠近GIS绝缘子的法兰的金属筒壁中，沿金属筒壁的圆周方向均匀设置至少一个手孔，在手孔中放置旋转电场测量传感器；
确定旋转电场传感器的转速，根据旋转电场传感器的转速确定旋转电场传感器感应到的电荷信号；
利用采集装置采集电荷信号并将电荷信号转换为绝缘子表面的电场信号。
具体地，手孔的数量优选为4个，且手孔具有良好的气密性。
具体地，采集装置包括但不限于示波器、采集电路。
在本申请实施例中，旋转电场传感器，包括：
旋转电极、感应电极、用于驱动旋转电极的直流电机、信号输出端子以及安装座；
旋转电极安装与安装座上，绕中轴线进行旋转的包括至少一个90°开口的中空的圆柱形电极；
感应电极安装与安装座上，位于旋转电极内部，以及与旋转电机中轴线沿手孔方向形成的90°扇形体的侧面，当旋转电极的90°开口完全旋转至手孔时，感应电极在手孔中完全露出；
信号输出端子通过同轴电缆连接采集装置的输入端。
具体地，旋转电场传感器安装如图2所示，其中，高压电极用于对绝缘子外施交流电压信号，手孔内的旋转电场传感器的电源线和信号线通过贯通器上的信号端子引出到手孔外。
具体地，旋转电场传感器的结构如图3所示，其中，感应电极下方还安装有绝缘薄膜。
具体地，通过调节直流电机的供电电压来调节旋转电场传感器的转速。
在本申请实施例中，根据旋转电场传感器的转速确定旋转电场传感器感应到的电荷信号，包括：
旋转过程中，根据下式确定旋转电场传感器感应到的电荷信号：
Q(t)＝εES(t)
E＝EDC+EACcos(ω0t+β)
S(t)＝A[1-sin(ω1t+α)]
其中，Q为电荷信号，t为时间，ε为六氟化硫气体介电常数，E为旋转电场传感器测量到的电场信号，EDC为绝缘子表面电荷畸变电场信号，EAC为工频交变电场信号，ω0为工频电压角频率，β为工频电场初始相位，S为感应电极的有效感应面积，A为相关常数，ω1为有效感应面积交变角频率，ω1＝2ωr，ωr为旋转电极的旋转角转速即旋转电场传感器的转速，α为旋转电极开口的初始角度。
具体地，旋转电场传感器的工作原理如图4所示，其中，E为外施被测电场，由于手孔面积较小，在局部区域内被测电场可近似看作均匀场；ωr为旋转电极的旋转角转速；S为感应电极露出部分在垂直于电场方向上的投影面积即有效感应面积，在旋转过程中当旋转电极的开口使得感应电极漏出时，在被测电场作用下感应电极上将感应出电荷，这些感应电荷流过测量电阻将产生感应信号。旋转电场传感器旋转电极旋转过程中感应面积变化如图5所示。
具体地，根据下式确定电荷信号：
Figure BDA0003354988240000091
在本申请实施例中，利用采集装置采集电荷信号并将电荷信号转换为绝缘子表面的电场信号，包括：
采集装置为示波器，示波器的输入端采用高阻耦合模式；
根据下式将电荷信号转换为绝缘子表面的电场信号：
Figure BDA0003354988240000092
其中，u(t)为绝缘子表面的电场信号，Z为示波器的输入阻抗，t为时间，Q为电荷信号，ε为六氟化硫气体介电常数，A为相关常数，ω0为工频电压角频率，β为工频电场初始相位，EDC为绝缘子表面电荷畸变电场信号，EAC为工频交变电场信号，ω1为有效感应面积交变角频率，ω1＝2ωr，ωr为旋转电极的旋转角转速，α为旋转电极开口的初始角度，
Figure BDA0003354988240000093
为α与β之和，γ为α与β之差。
需要说明的是，采集装置采集得到的电场信号包含至少四个频率分量，优选四个频率分量即一个频率分量，三个频率分量来计算绝缘子表面的电场信号。
在本申请实施例中，对电场信号进行快速傅里叶变换，从而确定电场信号的频率分量，包括：
根据下式确定傅里叶变换后的电场信号：
Figure BDA0003354988240000101
其中，U为傅里叶变换后的电场信号，Z为示波器的输入阻抗，ω为频率，ε为六氟化硫气体介电常数，A为相关常数，EDC为绝缘子表面电荷畸变电场信号，EAC为工频交变电场信号，ω0为工频电压角频率，ω1为有效感应面积交变角频率，ω1＝2ωr，ωr为旋转电极的旋转角转速；
根据下式确定电场信号的频率分量：
ω→u0＝εZAω0EAC
ω1→u1＝εZAω1EDC
Figure BDA0003354988240000102
Figure BDA0003354988240000103
其中，u0、u1、u2、u3为电场信号的频率分量。
需要说明的是，通过对电场信号进行快速傅里叶变换，可实现对绝缘子表面电荷畸变电场信号以及工频交变电场信号的分离，从而得到被测绝缘子表面电荷畸变电场信号的实时测量结果。
在本申请实施例中，根据下式确定旋转电极的旋转角转速：
2ωr＝3ω0
ω0＝2πf0＝100πrad/s
其中，ωr为旋转电极的旋转角转速，ω0为工频电压角频率。
具体地，当2ωr＝3ω0时，频率分量的频率相差较大，此时，各谐波频率分别为ω0、2ω0、3ω0、4ω0，可以较容易地将绝缘子表面的电场信号中的不同频率分量区分开，从而实现绝缘子表面电荷畸变电场信号的测量。
在本申请实施例中，根据频率分量确定工频交变电场信号以及绝缘子表面电荷畸变电场信号的比值，从而确定绝缘子表面电荷对工频交变电场的畸变程度，包括：
利用频率分量消除工频电压角频率以及旋转电极的旋转角转速不稳定带来的误差；
根据下式确定工频交变电场信号以及绝缘子表面电荷畸变电场信号的比值：
Figure BDA0003354988240000111
其中，EDC为绝缘子表面电荷畸变电场信号，EAC为工频交变电场信号，u1、u2、u3为电场信号的频率分量。
在本申请实施例中，在根据频率分量确定工频交变电场信号以及绝缘子表面电荷畸变电场信号的比值，从而确定绝缘子表面电荷对工频交变电场的畸变程度之后，包括：
根据外施交流电压信号确定工频交变电场信号，根据工频交变电场信号以及绝缘子表面电荷畸变电场信号的比值确定所述绝缘子表面电荷畸变电场信号。
需要说明的是，在实际应用中，工频电压角频率以及旋转电极的旋转角转速会存在小幅波动，从而导致计算得到的结果存在误差，且这种误差是不确定的，可以通过测量实际的工频电压角频率以及旋转电极的旋转角转速获得较为精确的结果，但这需要增加额外的装置，大大增加系统的复杂度。因此本申请实施例利用频率分量有效消除工频电压角频率以及旋转电极的旋转角转速不稳定带来的误差。
具体地，根据下式消除工频电压角频率以及旋转电极的旋转角转速不稳定带来的误差：
u2+u3＝εω1ZAEAC
Figure BDA0003354988240000121
其中，EDC为绝缘子表面电荷畸变电场信号，EAC为工频交变电场信号，u1、u2、u3为电场信号的频率分量
具体地，利用频率分量消除交流工频电压的角频率以及直流电机转速不稳定带来的误差，仅需根据电场信号的频率分量以及工频交变电场信号便可得出绝缘子表面电荷畸变电场信号，绝缘子表面电荷畸变电场信号的计算结果不受工频电压角频率和直流电机转速的影响，对直流电机转速的控制要求降低，更利于实际应用。
以一个场景举例，利用本申请实施例提出的方法在试验模型上进行实际测试，当对绝缘子外施交流电压信号后，采集装置采集得到的电场信号及其快速傅里叶变换结果如图6所示，其中，图6(a)为绝缘子表面的电场信号，图6(b)为傅里叶变换后的电场信号，当绝缘子表面存在电荷积累时，采集装置采集得到的电场信号包括多个频率分量；
具体地，对绝缘子外施交流电压信号的过程中，采集装置采集得到的电场信号中工频交变电场相关频率分量F(ω1-ω0)与外施交流电压信号同步变化，而绝缘子表面电荷畸变电场相关频率分量F(ω1)则缓慢上升至一定程度后趋于稳定即仅在小范围内波动，如图7所示，其中，通过电场信号中频率分量F(ω1)的幅值变化可以反应出绝缘子表面电荷积累的动态变化过程。
进一步地，绝缘子表面存在电荷时在线连续测量得到的工频交变电场信号以及绝缘子表面电荷畸变电场信号比值变化结果如图8所示，其中，利用频率分量有效消除工频电压角频率以及旋转电极的旋转角转速不稳定带来的误差。
综上，本申请实施例提出的方法，通过实时获取绝缘子表面的电场信号，电场信号包括工频交变电场信号以及绝缘子表面电荷畸变电场信号；对电场信号进行快速傅里叶变换，从而确定电场信号的频率分量；根据频率分量确定工频交变电场信号以及绝缘子表面电荷畸变电场信号的比值，从而确定绝缘子表面电荷对工频交变电场的畸变程度。本申请可实现绝缘子表面电荷产生的畸变电场的实时在线测量，实现绝缘子表面电荷积累动态过程的完整观测，可用于GIS绝缘子的状态监测和故障诊断。
为了实现上述实施例，本申请还提出一种GIS绝缘子表面电荷畸变电场在线测量装置。
图9为本申请实施例提供的一种GIS绝缘子表面电荷畸变电场在线测量装置的结构示意图。
如图9所示，一种GIS绝缘子表面电荷畸变电场在线测量装置，包括：
信号获取模块910，用于实时获取绝缘子表面的电场信号，电场信号包括工频交变电场信号以及绝缘子表面电荷畸变电场信号；
信号转换模块920，用于对电场信号进行快速傅里叶变换，从而确定电场信号的频率分量；
畸变确定模块930，用于根据所述频率分量确定工频交变电场信号以及绝缘子表面电荷畸变电场信号的比值，从而确定绝缘子表面电荷对工频交变电场的畸变程度。
综上，本申请实施例提出的装置，通过信号获取模块实时获取绝缘子表面的电场信号，电场信号包括工频交变电场信号以及绝缘子表面电荷畸变电场信号；信号转换模块对电场信号进行快速傅里叶变换，从而确定电场信号的频率分量；畸变确定模块根据频率分量确定工频交变电场信号以及绝缘子表面电荷畸变电场信号的比值，从而确定绝缘子表面电荷对工频交变电场的畸变程度。本申请可实现绝缘子表面电荷产生的畸变电场的实时在线测量，实现绝缘子表面电荷积累动态过程的完整观测，可用于GIS绝缘子的状态监测和故障诊断。
需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种GIS绝缘子表面电荷畸变电场在线测量方法，其特征在于，所述方法包括：
实时获取绝缘子表面的电场信号，所述电场信号包括工频交变电场信号以及绝缘子表面电荷畸变电场信号；
对所述电场信号进行快速傅里叶变换，从而确定所述电场信号的频率分量，其中，根据下式确定所述电场信号的频率分量：
ω→u0＝εZAω0EAC
ω1→u1＝εZAω1EDC
Figure FDA0003713659070000011
Figure FDA0003713659070000012
其中，u0、u1、u2、uu为所述电场信号的频率分量，Z为示波器的输入阻抗，ω为频率，ω0为工频电压角频率，ω1为有效感应面积交变角频率，ω1＝2ωr，ωr为旋转电极的旋转角转速，ε为六氟化硫气体介电常数，A为相关常数，EDC为绝缘子表面电荷畸变电场信号，EAC为工频交变电场信号；
根据所述频率分量确定工频交变电场信号以及绝缘子表面电荷畸变电场信号的比值，从而确定绝缘子表面电荷对工频交变电场的畸变程度，其中，根据下式确定所述工频交变电场信号以及绝缘子表面电荷畸变电场信号的比值：
Figure FDA0003713659070000013
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，包括：所述实时获取绝缘子表面的电场信号，包括：
在靠近GIS绝缘子的法兰的金属筒壁中，沿所述金属筒壁的圆周方向均匀设置至少一个手孔，在所述手孔中放置旋转电场测量传感器；
确定旋转电场传感器的转速，根据所述旋转电场传感器的转速确定所述旋转电场传感器感应到的电荷信号；
利用采集装置采集所述电荷信号并将所述电荷信号转换为绝缘子表面的电场信号。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述旋转电场传感器，包括：
旋转电极、感应电极、用于驱动旋转电极的直流电机、信号输出端子以及安装座；
所述旋转电极安装与所述安装座上，绕中轴线进行旋转的包括至少一个90°开口的中空的圆柱形电极；
所述感应电极安装与所述安装座上，位于所述旋转电极内部，以及与所述旋转电机中轴线沿手孔方向形成的90°扇形体的侧面，当所述旋转电极的90°开口完全旋转至手孔时，所述感应电极在手孔中完全露出；
所述信号输出端子通过同轴电缆连接所述采集装置的输入端。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述旋转电场传感器的转速确定所述旋转电场传感器感应到的电荷信号，包括：
旋转过程中，根据下式确定旋转电场传感器感应到的电荷信号：
Q(t)＝εES(t)
E＝EDC+EACcos(ω0t+β)
S(t)＝A[1-sin(ω1t+α)]
其中，Q为电荷信号，t为时间，ε为六氟化硫气体介电常数，E为旋转电场传感器测量到的电场信号，EDC为绝缘子表面电荷畸变电场信号，EAC为工频交变电场信号，ω0为工频电压角频率，β为工频电场初始相位，S为感应电极的有效感应面积，A为相关常数，ω1为有效感应面积交变角频率，ω1＝2ωr，ωr为旋转电极的旋转角转速即旋转电场传感器的转速，α为旋转电极开口的初始角度。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述利用采集装置采集所述电荷信号并将所述电荷信号转换为绝缘子表面的电场信号，包括：
所述采集装置为示波器，所述示波器的输入端采用高阻耦合模式；
根据下式将所述电荷信号转换为绝缘子表面的电场信号：
Figure FDA0003713659070000031
其中，u(t)为传感器输出的电场信号，Z为示波器的输入阻抗，t为时间，Q为电荷信号，ε为六氟化硫气体介电常数，A为相关常数，ω0为工频电压角频率，β为工频电场初始相位，EDC为绝缘子表面电荷畸变电场信号，EAC为工频交变电场信号，ω1为有效感应面积交变角频率，ω1＝2ωr，ωr为旋转电极的旋转角转速，α为旋转电极开口的初始角度，
Figure FDA0003713659070000033
为α与β之和，γ为α与β之差。
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述对所述电场信号进行快速傅里叶变换，从而确定所述电场信号的频率分量，包括：
根据下式确定傅里叶变换后的电场信号：
Figure FDA0003713659070000032
其中，U为傅里叶变换后的电场信号，Z为示波器的输入阻抗，ω为频率，ε为六氟化硫气体介电常数，A为相关常数，EDC为绝缘子表面电荷畸变电场信号，EAC为工频交变电场信号，ω0为工频电压角频率，ω1为有效感应面积交变角频率，ω1＝2ωr，ωr为旋转电极的旋转角转速。
7.如权利要求4-6任一项所述的方法，其特征在于，根据下式确定所述旋转电极的旋转角转速：
2ωr＝3ω0
ω0＝2πf0＝100πrad/s
其中，ωr为旋转电极的旋转角转速，ω0为工频电压角频率。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据所述频率分量确定工频交变电场信号以及绝缘子表面电荷畸变电场信号的比值，从而确定绝缘子表面电荷对工频交变电场的畸变程度，包括：
利用所述频率分量消除所述工频电压角频率以及旋转电极的旋转角转速不稳定带来的误差。
9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，在根据所述频率分量确定工频交变电场信号以及绝缘子表面电荷畸变电场信号的比值，从而确定绝缘子表面电荷对工频交变电场的畸变程度之后，包括：
根据外施交流电压信号确定所述工频交变电场信号，根据所述工频交变电场信号以及绝缘子表面电荷畸变电场信号的比值确定所述绝缘子表面电荷畸变电场信号。
10.一种GIS绝缘子表面电荷畸变电场在线测量装置，其特征在于，所述装置包括：
信号获取模块，用于实时获取绝缘子表面的电场信号，所述电场信号包括工频交变电场信号以及绝缘子表面电荷畸变电场信号；
信号转换模块，用于对所述电场信号进行快速傅里叶变换，从而确定所述电场信号的频率分量，其中，根据下式确定所述电场信号的频率分量：
ω→u0＝εZAω0EAC
ω1→u1＝εZAω1EDC
Figure FDA0003713659070000041
Figure FDA0003713659070000042
其中，u0、u1、u2、u3为所述电场信号的频率分量，Z为示波器的输入阻抗，ω为频率，ω0为工频电压角频率，ω1为有效感应面积交变角频率，ω1＝2ωr，ωr为旋转电极的旋转角转速，ε为六氟化硫气体介电常数，A为相关常数，EDC为绝缘子表面电荷畸变电场信号，EAC为工频交变电场信号；
畸变确定模块，用于根据所述频率分量确定工频交变电场信号以及绝缘子表面电荷畸变电场信号的比值，从而确定绝缘子表面电荷对工频交变电场的畸变程度，其中，根据下式确定所述工频交变电场信号以及绝缘子表面电荷畸变电场信号的比值：
Figure FDA0003713659070000051
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN207096344U (zh) * 2017-09-01 2018-03-13 云南电网有限责任公司电力科学研究院 一种500kV GIS盆式绝缘子VFTO试验装置
CN109884413A (zh) * 2019-02-25 2019-06-14 西安交通大学 一种雷电冲击下基于频分gis绝缘子电场分布计算方法

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101363883A (zh) * 2008-09-19 2009-02-11 国网武汉高压研究院 特高压交流线路下畸变电场测量方法
CN101419247B (zh) * 2008-10-10 2011-04-06 南方电网技术研究中心 交直流并行输电线路地面离子流密度测量系统及其测量方法
CN102116807B (zh) * 2010-12-29 2013-01-02 重庆大学 一种能够对电场畸变校正的三维工频电场测量的方法及装置
CN102520259B (zh) * 2011-12-09 2014-04-09 天津大学 一种多试样表面电荷测量装置
CN108063028A (zh) * 2018-02-01 2018-05-22 清华大学 基于电荷调控及自适应消散的新型盆式绝缘子
CN108918985A (zh) * 2018-06-29 2018-11-30 华北电力大学 一种基于电声脉冲法恢复空间电荷分布的改进方法
CN110256813B (zh) * 2019-06-14 2022-02-25 清华大学深圳研究生院 介电梯度材料的制备方法及电子元器件的灌封方法
CN111626153B (zh) * 2020-05-13 2022-10-18 电子科技大学 一种基于集成学习的局放故障状态识别方法
CN112067908B (zh) * 2020-08-20 2023-06-16 国网山东省电力公司电力科学研究院 变电站机器人测量工频电场时畸变电场的拟合方法及系统
CN112014700B (zh) * 2020-08-28 2022-04-01 武汉大学 基于局部放电多信息融合的gis绝缘子缺陷识别方法及系统
CN112964306A (zh) * 2021-03-17 2021-06-15 中国电力科学研究院有限公司 一种用于无线监测gis设备振动和负荷变化的装置及方法
CN113219264B (zh) * 2021-05-28 2023-10-27 清华大学 高压直流套管表面电荷的现场测量装置及测量方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN207096344U (zh) * 2017-09-01 2018-03-13 云南电网有限责任公司电力科学研究院 一种500kV GIS盆式绝缘子VFTO试验装置
CN109884413A (zh) * 2019-02-25 2019-06-14 西安交通大学 一种雷电冲击下基于频分gis绝缘子电场分布计算方法

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