CN115586405A - 一种gis绝缘子局部放电光电检测系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及GIS检测技术领域，尤其涉及一种GIS绝缘子局部放电光电检测系统和方法，系统包括：加压子系统、填充有SF6气体的充气加压装置、GIS盆式绝缘子典型放电缺陷模型、电学测量子系统及光学测量子系统，加压子系统向GIS盆式绝缘子典型放电缺陷模型施加高电压，以破坏GIS盆式绝缘子典型放电缺陷模型；电学测量子系统用于得到电学数据；光学测量子系统用于得到光学数据，可以有效评估设备绝缘系统中的GIS盆式绝缘的运行状态，对于及时排除潜在性绝缘缺陷、避免由于绝缘缺陷发展而引发的设备跳闸故障具有积极意义。
Description
技术领域
本发明涉及GIS检测技术领域，尤其涉及一种GIS绝缘子局部放电光电检测系统和方法。
背景技术
随着电网向高电压、大容量、集约化等方向发展，以及对供电可靠性和安全稳定运行要求的提升，气体绝缘金属封闭开关设备(以下简称“GIS”)正越来越多地被各级电网特别是特高压电网使用。
从近十年GIS故障原因统计结果来看，异物导致放电和盆式绝缘子缺陷是导致GIS故障的主要原因，二者相加能够占到所有故障原因的73％，其中异物导致放电多发生在盆式绝缘子表面，由于安装或运行过程中的不利条件在固体绝缘件表面形成脏污；盆式绝缘子缺陷多是由于制造工艺问题或是在安装运行过程中各类不利因素的作用导致盆式绝缘子内部或表面形成细小的裂纹或杂质。
上述缺陷通常比较微小和隐蔽，不足以导致交接工频耐压试验时短时间内发生击穿或闪络，但投入运行后在正常运行电压作用下导致GIS的内部电场发生畸变，使得局部电场加强而产生局部放电，形成放电缺陷，最终发展为贯穿性的绝缘击穿，引发跳闸事故。因此，导致GIS故障的重要原因是盆式绝缘子缺陷在长期电场作用下形成放电缺陷的不断发展，在GIS状态检测中，应重点关注盆式绝缘子典型放电缺陷的发生、发展情况，以便采取检修措施避免贯穿性绝缘故障的发生。
从目前开展的研究工作来看，对于不同类型绝缘系统的典型放电缺陷，其局部放电的发生、发展过程能够有效反映出设备绝缘系统的健康水平。因此，及时、准确地获取高压电气设备运行过程中的局部信号，分析其内在的特征规律，可以有效评估设备绝缘系统的运行状态，对于及时排除潜在性绝缘缺陷、避免由于绝缘缺陷发展而引发的设备跳闸故障具有积极意义。
发明内容
有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供了一种GIS绝缘子局部放电光电检测系统和方法。
本发明的一种GIS绝缘子局部放电光电检测系统的技术方案如下：
包括：加压子系统、填充有SF6气体的充气加压装置、GIS盆式绝缘子典型放电缺陷模型、电学测量子系统及光学测量子系统，所述GIS盆式绝缘子典型放电缺陷模型位于所述充气加压装置内；
所述加压子系统向所述GIS盆式绝缘子典型放电缺陷模型施加高电压，以破坏所述GIS盆式绝缘子典型放电缺陷模型；
所述电学测量子系统用于：对所述GIS盆式绝缘子典型放电缺陷模型在破坏过程中所释放的电信号和电磁波进行检测，并对所述电信号和所述电磁波进行处理，得到电学数据；
所述光学测量子系统用于：对所述GIS盆式绝缘子典型放电缺陷模型在破坏过程中所释放的光信号进行检测，并对所述光信号进行处理，得到光学数据。
本发明的一种GIS绝缘子局部放电光电检测系统的有益效果如下：
能够及时、准确地获取GIS盆式绝缘子典型放电缺陷模型中的局部放电信号、电磁波和光信号，并进行分析，得到光学数据和电学数据，可以有效评估设备绝缘系统中的GIS盆式绝缘的运行状态，对于及时排除潜在性绝缘缺陷、避免由于绝缘缺陷发展而引发的设备跳闸故障具有积极意义。
进一步，所述电学测量子系统包括脉冲电流测试仪、高频局部放电测试仪和DMS特高频局部检测系统，所述脉冲电流测试仪和高频局部放电测试仪均用于检测所述电信号，所述DMS特高频局部检测系统用于检测所述电磁波。
进一步，所述光学测量子系统包括：紫外单光子探测器和光谱视觉采集系统，所述光信号包括：紫外单光子信号和光谱信号；
所述紫外单光子探测器用于检测紫外单光子信号，所述光谱视觉采集系统用于检测所述光谱信号。
进一步，所述加压子系统包括依次设置的自耦调压器、隔离变压器和试验变压器，依次设置的所述自耦调压器、所述隔离变压器和所述试验变压器将低压交流电变压为高压电，并通过高压导线施加在所述所述GIS盆式绝缘子典型放电缺陷模型上。
进一步，所述高压导线并联有电容和耦合阻抗，且所述电容和所述耦合阻抗串联并通过接地端接地；
所述脉冲电流测试仪检测电容和耦合阻抗之间的导线上的电信号；
所述高频局部放电测试仪检测耦合阻抗与耦合之间的导线上的电信号。
进一步，所述充气加压装置上设有电磁波介质窗和光学介质窗。
采用上述进一步方案的有益效果是：能够使GIS盆式绝缘子典型放电缺陷模型在破坏过程中所释放的电磁波穿过电磁波介质窗，以便于DMS特高频局部检测系统进行检测，并能够使使GIS盆式绝缘子典型放电缺陷模型在破坏过程中所释放的光信号穿过光学介质窗，以便于光学测量子系统进行检测。
进一步，所述高压导线上连接有保护电阻。
进一步，高压导线上还设有高压套管。
本发明的一种GIS绝缘子局部放电光电检测方法，采用上述任一项所述的一种GIS绝缘子局部放电光电检测系统，方法包括：
所述加压子系统向所述GIS盆式绝缘子典型放电缺陷模型施加高电压，以破坏所述GIS盆式绝缘子典型放电缺陷模型；
所述电学测量子系统对所述GIS盆式绝缘子典型放电缺陷模型在破坏过程中所释放的电信号和电磁波进行检测，并对所述电信号和所述电磁波进行处理，得到电学数据；
所述光学测量子系统对所述GIS盆式绝缘子典型放电缺陷模型在破坏过程中所释放的光信号进行检测，并对所述光信号进行处理，得到光学数据。
附图说明
图1为本发明实施例的一种GIS绝缘子局部放电光电检测系统的结构示意图；
图2为本发明实施例的一种GIS绝缘子局部放电光电检测方法的流程示意图。
具体实施方式
为清楚说明本发明中的方案，下面给出优选的实施例并结合附图详细说明。
如图1所示，本发明实施例的一种GIS绝缘子局部放电光电检测系统，包括：加压子系统、填充有SF6气体的充气加压装置、GIS盆式绝缘子典型放电缺陷模型、电学测量子系统及光学测量子系统，GIS盆式绝缘子典型放电缺陷模型位于充气加压装置内；
加压子系统向GIS盆式绝缘子典型放电缺陷模型施加高电压，以破坏GIS盆式绝缘子典型放电缺陷模型；
电学测量子系统用于：对GIS盆式绝缘子典型放电缺陷模型在破坏过程中所释放的电信号和电磁波进行检测，并对电信号和电磁波进行处理，得到局部放电产生高频局部放电信号特征、特高频局部放电信号特征等电学数据；
光学测量子系统用于：对GIS盆式绝缘子典型放电缺陷模型在破坏过程中所释放的光信号进行检测，并对光信号进行处理，得到局部放电过程中的荧光、紫外光等光学数据。
其中，加压子系统包括依次设置的自耦调压器、隔离变压器和试验变压器，依次设置的自耦调压器、隔离变压器和试验变压器将低压交流电变压为高压电，并通过高压导线施加在GIS盆式绝缘子典型放电缺陷模型上，还可在高压导线与述GIS盆式绝缘子典型放电缺陷模型之间连接高压引线，通过高压引线向GIS盆式绝缘子典型放电缺陷模型施加高压电，其中，低压交流电如220V的市电，高压电的幅值依据试验情况不同而不同，实验室对应的高压电的幅值为100kV。
一方面，为防止加压过程中产生电晕干扰，所有高压裸露部分如高压导线自耦调压器、隔离变压器和试验变压器等均安装有均压罩或屏蔽环，所有高压连线即高压导线和高压引线均采用空心波纹管，确保接触良好无毛刺。另一方面，为防止手机及其它空间电磁信号的干扰，选用屏蔽良好的专业高压实验室作为实验场地。为避免用电设备在地线上产生环流引入干扰，所有弱电设备的电源侧均加入隔离变压器与滤波器，以提高整套实验系统的抗干扰能力。加压系统的额定电压及容量需要根据实际缺陷试品的放电电压予以核算，系统能够在额定电压及容量输出条件下长期稳定运行，以便进行长期实验，同时系统自身在额定电压条件下不发生局部放电，以免干扰真实局部放电信号、光信号和电磁波的测量。
其中，充气加压装置内部充有与真实GIS运行气压一致的标准SF6气体，同时可以提供与GIS内部电场近似一致的等效电场，等效电场内设置GIS盆式绝缘子典型放电缺陷模型，充气加压装置上设有电磁波介质窗和光学介质窗，具体在：在充气加压装置外壳的合适部位开孔并安装局部放电电磁波介质窗及光学介质窗，能够使GIS盆式绝缘子典型放电缺陷模型在破坏过程中所释放的电磁波穿过电磁波介质窗，以便于DMS特高频局部检测系统进行检测，并能够使使GIS盆式绝缘子典型放电缺陷模型在破坏过程中所释放的光信号穿过光学介质窗，以便于光学测量子系统进行检测。
其中，电磁波介质窗为环氧树脂盆式绝缘子，光学介质窗为带封口的可视化钢化玻璃。
其中，电磁波介质窗和光学介质窗的安装工艺及材料需合理设计，确保其与外壳连接部位的气密性，同时局部放电特高频电磁波信号及光信号能够近似无衰减地透过介质窗进入相应的测量仪器，高压导线上还设有高压套管，具体在充气加压装置外部装有与额定实验电压相匹配的无局放高压套管，将试验变压器的输出电压引入充气加压装置内部并与GIS盆式绝缘子典型放电缺陷模型的电极相连。
其中，对GIS盆式绝缘子典型放电缺陷模型的解释如下：
GIS盆式绝缘子典型放电缺陷模型设计制备原则是一方面能够反映真实GIS盆式绝缘子典型放电特征，需要重点考虑盆式绝缘子表面及内部两类放电缺陷的内在特征；另一方面是将其放置在近似均匀电场中时，其电场分布也需要与真实GIS盆式绝缘子电场分布特性相接近，这要求缺陷模型的在设计时必须充分考虑径向及轴向两个方向的电场分布情况，现有研究中制备的缺陷试品多为方块形切片，仅能够简单模拟真实GIS盆式绝缘子径向的电场分布，并未考虑到轴向电场分布的特点，因此，实验数据的合理性受到质疑，本项目研究将重点考虑缺陷模型电场分布的合理化设计；再者，缺陷模型需要在实验电压作用下发生稳定的局部放电，对于表面的放电缺陷，局部放电电学及光学测量系统能够有较好的响应，但是对于发生在内部的放电缺陷，局部放电电学测量系统能够有较好的响应，但是由于GIS盆式绝缘子环氧树脂绝缘材料的不透光特性，如果放电缺陷模型采用与真实GIS盆式绝缘子一致的环氧树脂材料进行制备，紫外及可见光信号均无法透射到模型表面，局部放电光学测量系统无法进行有效的测量。为解决这一问题，可以考虑采用具有透光特性且绝缘特性与环氧树脂相近的交联聚乙烯或硅橡胶材料制备内部放电的缺陷模型，从材料特性来看，同属高聚物绝缘材料的交联聚乙烯、硅橡胶与真实GIS盆式绝缘子用环氧树脂具有较为相似的绝缘特性，实验结果也具有较高的可信度。
其中，加压子系统向GIS盆式绝缘子典型放电缺陷模型施加高电压的方式具体有如下三种方式：
1)恒定电压法：首先匀速升压至某一设定的实验电压，该电压小于放电缺陷模型击穿电压，保持该电压值不变使得缺陷在恒定电应力下发展直至模型击穿为止，这与实际设备的运行状态一致，实验可信度较高。
2)逐步升压法：需先选定几个不同的实验电压以及各自的加压持续时间，如果在某一个实验电压下规定的加压持续时间内不发生击穿，再升至下一个电压等级继续实验，直至绝缘失效，这种加速缺陷劣化的方法能够在短时间内模拟缺陷发展的全过程，实验效率较高；
3)恒定电压法和逐步升压法进行并用：基于升压法和恒压法各自的特点，可以考虑采用升压法和恒压法并用的加压方式，首先逐级升高电压激发出缺陷的局部放电信号并加速其发展，在放电后期保持外施电压恒定直至绝缘击穿。根据预设缺陷类型的不同，外施电压的数值及变化步长有所不同，这需要对各类缺陷进行前期试验予以合理设定。
本发明能够及时、准确地获取GIS盆式绝缘子典型放电缺陷模型中的局部放电信号、电磁波和光信号，并进行分析，得到光学数据和电学数据，可以有效评估设备绝缘系统中的GIS盆式绝缘的运行状态，对于及时排除潜在性绝缘缺陷、避免由于绝缘缺陷发展而引发的设备跳闸故障具有积极意义。
可选地，在上述技术方案中，电学测量子系统包括DDX9101脉冲电流测试仪、PDcheck高频局部放电测试仪和DMS特高频局部检测系统，DDX9101脉冲电流测试仪和PDcheck高频局部放电测试仪均用于检测电信号，DMS特高频局部检测系统用于检测电磁波。
可选地，在上述技术方案中，光学测量子系统包括：UV-vis紫外单光子探测器和CX-9600光谱视觉采集系统，光信号包括：紫外单光子信号和光谱信号；
紫外单光子探测器用于检测紫外单光子信号，光谱视觉采集系统用于检测光谱信号。
脉冲电流法通过对检测阻抗上耦合的电压信号进行检测，该方法为目前IEC标准认可的局部放电检测方法，检测频带一般为数千Hz。高频局部放电检测为对局部放电过程中产生的3MHz到30MHz的局部放电信号进行检测，该检测主要用以对局部放电过程中的高频局部放电信号、特高频局部放电信号进行分析，继而指导现场检测工作开展。
其中，使用4H-SiC紫外单光子探测及高分辨率光谱视频采集技术构建局部放电光学测量系统；使用脉冲电流、高频电流、特高频技术构建局部放电电学测量系统。以通过专业检测机构性能检测的脉冲电流系统作为标准比对源，设计合理的比对试验系统、提出合理的比对检验指标，对其余测量系统重点是光学测量系统的检测准确性进行检验。根据比对检验结果对局部放电光、电联合测量系统进行优化，使用性能检验合格的测量系统构建局部放电光、电联合测量系统。
可选地，在上述技术方案中，高压导线并联有电容和耦合阻抗，且电容和耦合阻抗串联并通过接地端接地；
其中，耦合阻抗：将试品局部放电时产生的脉冲电流转换为脉冲电压的装置，即将局部放电产生的脉冲电流转化为脉冲电压；电容起到耦合作用，电容可认为是一耦合电容，耦合电容：使试品电容与检测阻抗之间构成一个低阻抗通路，耦合电容越大测量灵敏度接近高。
脉冲电流测试仪检测电容C和耦合阻抗之间的导线上的电信号；
高频局部放电测试仪检测耦合阻抗ZM与耦合之间的导线上的电信号。
可选地，在上述技术方案中，高压导线上连接有保护电阻。
本发明一种GIS绝缘子局部放电光电检测系统的实验过程为：通过加压子系统对GIS盆式绝缘子典型放电缺陷模型进行供电加压，直到GIS盆式绝缘子典型放电缺陷模型被高压电流击穿，对整个实验过程产生的电磁波信号和光学信号进行检测和记录，实现从光学和电学两个方面对GIS盆式绝缘子典型放电缺陷进行测量，并得到实验数据即电学数据和光学数据。
本发明实施例的一种GIS绝缘子局部放电光电检测方法，采用上述任一项的一种GIS绝缘子局部放电光电检测系统，方法包括：
S1、加压子系统向GIS盆式绝缘子典型放电缺陷模型施加高电压，以破坏GIS盆式绝缘子典型放电缺陷模型；
S2、电学测量子系统对GIS盆式绝缘子典型放电缺陷模型在破坏过程中所释放的电信号和电磁波进行检测，并对电信号和电磁波进行处理，得到电学数据；
S3、光学测量子系统对GIS盆式绝缘子典型放电缺陷模型在破坏过程中所释放的光信号进行检测，并对光信号进行处理，得到光学数据。
可选地，在上述技术方案中，电学测量子系统包括脉冲电流测试仪、高频局部放电测试仪和DMS特高频局部检测系统，脉冲电流测试仪和高频局部放电测试仪均用于检测电信号，DMS特高频局部检测系统用于检测电磁波。
可选地，在上述技术方案中，光学测量子系统包括：紫外单光子探测器和光谱视觉采集系统，光信号包括：紫外单光子信号和光谱信号；
紫外单光子探测器用于检测紫外单光子信号，光谱视觉采集系统用于检测光谱信号。
可选地，在上述技术方案中，加压子系统包括依次设置的自耦调压器、隔离变压器和试验变压器，依次设置的自耦调压器、隔离变压器和试验变压器将低压交流电变压为高压电，并通过高压导线施加在GIS盆式绝缘子典型放电缺陷模型上。
可选地，在上述技术方案中，高压导线并联有电容和耦合阻抗，且电容和耦合阻抗串联并通过接地端接地；
脉冲电流测试仪检测电容和耦合阻抗之间的导线上的电信号；
高频局部放电测试仪检测耦合阻抗与耦合之间的导线上的电信号。
可选地，在上述技术方案中，充气加压装置上设有电磁波介质窗和光学介质窗。
可选地，在上述技术方案中，高压导线上连接有保护电阻。
可选地，在上述技术方案中，高压导线上还设有高压套管。
对于本发明各个实施例中所阐述的方法和装置，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 (9)
1.一种GIS绝缘子局部放电光电检测系统，其特征在于，包括：加压子系统、填充有SF6气体的充气加压装置、GIS盆式绝缘子典型放电缺陷模型、电学测量子系统及光学测量子系统，所述GIS盆式绝缘子典型放电缺陷模型位于所述充气加压装置内；
所述加压子系统向所述GIS盆式绝缘子典型放电缺陷模型施加高电压，以破坏所述GIS盆式绝缘子典型放电缺陷模型；
所述电学测量子系统用于：对所述GIS盆式绝缘子典型放电缺陷模型在破坏过程中所释放的电信号和电磁波进行检测，并对所述电信号和所述电磁波进行处理，得到电学数据；
所述光学测量子系统用于：对所述GIS盆式绝缘子典型放电缺陷模型在破坏过程中所释放的光信号进行检测，并对所述光信号进行处理，得到光学数据。
2.根据权利要求1所述的一种GIS绝缘子局部放电光电检测系统，其特征在于，所述电学测量子系统包括脉冲电流测试仪、高频局部放电测试仪和DMS特高频局部检测系统，所述脉冲电流测试仪和高频局部放电测试仪均用于检测所述电信号，所述DMS特高频局部检测系统用于检测所述电磁波。
3.根据权利要求2所述的一种GIS绝缘子局部放电光电检测系统，其特征在于，所述光学测量子系统包括：紫外单光子探测器和光谱视觉采集系统，所述光信号包括：紫外单光子信号和光谱信号；
所述紫外单光子探测器用于检测紫外单光子信号，所述光谱视觉采集系统用于检测所述光谱信号。
4.根据权利要求3所述的一种GIS绝缘子局部放电光电检测系统，其特征在于，所述加压子系统包括依次设置的自耦调压器、隔离变压器和试验变压器，依次设置的所述自耦调压器、所述隔离变压器和所述试验变压器将低压交流电变压为高压电，并通过高压导线施加在所述GIS盆式绝缘子典型放电缺陷模型上。
5.根据权要求4所述的一种GIS绝缘子局部放电光电检测系统，其特征在于，所述高压导线并联有电容和耦合阻抗，且所述电容和所述耦合阻抗串联并通过接地端接地；
所述脉冲电流测试仪检测电容和耦合阻抗之间的导线上的电信号；
所述高频局部放电测试仪检测耦合阻抗与耦合之间的导线上的电信号。
6.根据权利要求5所述的一种GIS绝缘子局部放电光电检测系统，其特征在于，所述充气加压装置上设有电磁波介质窗和光学介质窗。
7.根据权利要求5所述一种GIS绝缘子局部放电光电检测系统，其特征在于，所述高压导线上连接有保护电阻。
8.根据权利要求5所述的一种GIS绝缘子局部放电光电检测系统，其特征在于，所述高压导线上还设有高压套管。
9.一种GIS绝缘子局部放电光电检测方法，其特征在于，采用上述权利要求1至8任一项所述的一种GIS绝缘子局部放电光电检测系统，方法包括：
所述加压子系统向所述GIS盆式绝缘子典型放电缺陷模型施加高电压，以破坏所述GIS盆式绝缘子典型放电缺陷模型；
所述电学测量子系统对所述GIS盆式绝缘子典型放电缺陷模型在破坏过程中所释放的电信号和电磁波进行检测，并对所述电信号和所述电磁波进行处理，得到电学数据；
所述光学测量子系统对所述GIS盆式绝缘子典型放电缺陷模型在破坏过程中所释放的光信号进行检测，并对所述光信号进行处理，得到光学数据。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118191534A (zh) * | 2024-05-15 | 2024-06-14 | 国网吉林省电力有限公司电力科学研究院 | 模拟高寒条件下gis内部绝缘特性的电学试验腔及试验方法 |
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2022
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118191534A (zh) * | 2024-05-15 | 2024-06-14 | 国网吉林省电力有限公司电力科学研究院 | 模拟高寒条件下gis内部绝缘特性的电学试验腔及试验方法 |
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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