CN116338399A - 一种基于多参量联合的gis局部放电检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于多参量联合的GIS局部放电检测系统，包括GIS，局部放电模块，特高频法检测装置，超声波法检测装置，脉冲电流法检测装置，化学监测法检测装置以及光学监测法检测装置等部分。通过在GIS设置不同的局部放电模块来模拟GIS局部放电，并由脉冲电流法来检测GIS内部局部放电视在放电量，利用IMS来检测GIS内部SF₆，由此两种方法联合评估GIS中局部放电的严重程度。此外，通过熵权法求得特高频法，超声波法以及光学检测法在GIS局部放电定位中所占的权重，从而通过特高频法，超声波法以及光学检测法联合评估GIS局部放电发生位置。本发明利用现有的检测技术对GIS内部局部放电的严重程度以及局部放电位置进行了多参量联合检测，从而进一步提高了GIS局部放电情况检测的准确性。

Description

一种基于多参量联合的GIS局部放电检测系统

技术领域

本发明涉及一种基于多参量联合的GIS局部放电检测系统，属于GIS局部放电检测技术领域。

背景技术

随着电力领域的不断发展和变化，电网系统的规模和复杂度不断增加。各种智能化设备的出现，也为电网运行管理带来了诸多的优势。而高压组合电器GIS就是其中一个重要的电力设备，它是一种具有优异性能的电力设备，在高压开关设备中处于领先地位。其主要特点是体积小、重量轻、绝缘性能好、密度大、安全可靠等，特别适合用于城市电网建设等场所，以提高电网的整体性能。此外，它能有效的协调底层设备之间的协同工作，为电网实现持续和安全运行提供支持，在一定程度上提高了电网设备的利用率，在智能化变电站中得到了广泛应用。而电网的安全稳定运行又与经济发展以至民生都息息相关，因而GIS的重要性不言而喻。但GIS在装配、制造、运输、运行老化等过程中易产生多种或多个缺陷，随着运行年限的增加，其内部缺陷逐渐发展严重，有可能引发绝缘击穿或闪络故障。GIS内部多数故障在潜伏性阶段会引发局部放电，检测局部放电信号可以有效发现设备内部的绝缘劣化或早期绝缘故障，进而避免故障扩大，确保设备的安全稳定运行。因此有必要针对GIS内部局部放电情况开展研究工作，建立GIS局部放电多参量联合检测系统，更为准确评估GIS局部放电情况。

目前，现有GIS设备局部放电监测多基于电学传感，感知数据来源单一、数据特征挖掘深度不足，感知数据无法准确表征局部放电发生、发展的内在特点及其变化规律，导致GIS绝缘故障的漏报率及误报率偏高。而局部放电必然导致光、电、声、气体分解等物理现象的发生，在此基础上阐述的联合感知技术是未来发展方向，该方法可以获取GIS典型缺陷局部放电伴生的光、电表征信息，有助于更加全面掌握GIS局部放电发生、发展的内在规律，提升GIS绝缘状态评估的准确性。因而展开对GIS局部放电情况的多参量联合检测十分具有建设意义。

发明内容

本发明提出一种基于多参量联合的GIS局部放电检测系统，该装置系统可以同时检测并反映GIS局部放电严重程度以及对局部放电源进行精确定位。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种基于多参量联合的GIS局部放电检测系统，其特征在于，包括GIS，局部放电模块，特高频法检测装置，超声波法检测装置，脉冲电流法检测装置，化学监测法检测装置以及光学监测法检测装置。局部放电模块是GIS局部放电信号的模拟，包括用针板电极来模拟金属突出物缺陷；在高低压电极间放置一定数量的矩形薄铝片来模拟自由金属微粒缺陷；将粘有金属微粒缺陷的绝缘子置于高低压电极之间来模拟绝缘子表面污染物缺陷；将绝缘子置于高低压电极之间，绝缘子与高压电极连接处留3mm间隙模拟绝缘子与高压导体间气隙缺陷。利用脉冲电流法检测装置，使得当试品电容Cx产生一次局部放电时，脉冲电流经过耦合电容Ck在检测阻抗两端产生一个脉冲电压，进而通过用已知电荷量的脉冲注入校正定量而测得视在放电量。利用IMS，SF₆分解产物与离子移动度计检测单元发生化学反应，出现不同颜色的显色，根据其颜色和深浅可以判断被检测SF₆分解产物的种类和浓度，从而间接反映内部的局部放电量和温度等参数。利用特高频法和超声波法检测装置，在GIS各盆式绝缘子处安装特高频传感器，确定发生局部放电所在气室，在气室顶部和底部安装超声波传感器，再将特高频传感器替换掉相较离局放位置更远的超声波传感器，接入到示波器中，看超声波信号的起始与特高频脉冲信号之间的距离。光学检测法通过用光传感器收集的光信号转化为电信号，得出相应的电脉冲信号，通过时域分析得到s序列波形和功率谱图。将此图谱与不同位置同一放电强度的局部光学图谱对应，即可得出局放的位置。

所述基于多参量联合的GIS局部放电检测系统，局部放电模块是GIS局部放电信号的模拟，包括用针板电极来模拟金属突出物缺陷，将针电极与高压端相连，调节针板间隙的长度并使其放电；在高低压电极间放置一定数量的矩形薄铝片来模拟自由金属微粒缺陷；将粘有金属微粒缺陷的绝缘子置于高低压电极之间来模拟绝缘子表面污染物缺陷；将绝缘子置于高低压电极之间，绝缘子与高压电极连接处留3mm间隙的方式来模拟绝缘子与高压导体间气隙缺陷。通过在这四种缺陷里施加不同电压来获得不同放电量下的局部放电信号。

所述基于多参量联合的GIS局部放电检测系统，脉冲电流法检测装置由校准电容Cq，试品电容Cx，耦合电容Ck以及检测阻抗Zm等组成。其中校准电容Cq串联脉冲信号发生器帮助放大脉冲信号，检测阻抗Zm外接电脉冲局部放电检测仪。可以对电压脉冲的波形及幅值进行测量，进而测量视在放电量。

所述基于多参量联合的GIS局部放电检测系统，化学监测法利用的离子移动度计（IMS），安置于各气室盆式绝缘子处，直接与内部气体相联通，可通过气相色谱柱观察颜色与比色卡对比得出离子浓度，或通过电子显示屏直接读数得到离子浓度，并查阅相关表单获得对应放电量数据。

所述基于多参量联合的GIS局部放电检测系统，特高频法和超声波法检测装置由特高频传感器，超声波传感器，达纳秒级采样率的示波器组成。其中特高频传感器安置于各气室盆式绝缘子处，并分别连接示波器来分析幅值，超高频传感器置于示波器显示幅值最大的气室的顶部和底部超声波传感器要通过耦合剂与GIS外壳连接。

所述基于多参量联合的GIS局部放电检测系统，对于盆式绝缘子完全屏蔽无法进行特高频局部放电检测的情况，拟同时采用超声波时延定位法进行定位。

所述基于多参量联合的GIS局部放电检测系统，光学检测装置由光传感器单元，光传播单元，光电转化单元，电源模块，电信号传输与采集模块组成。其中光传感器单元采用荧光光纤。安置于易出故障的关键位置，并经过光传输单元连接光电转换单元，将光信号转化为电信号。

所述基于多参量联合的GIS局部放电检测系统，若上述三个步骤所得结果最大相 对误差不超过局部放电所在气室总长的10%，则根据具体情况和应用场景对所得的三种结 果赋权重，并根据公式：

（其中x₁，x₂，x₃分别为上述步骤5，6，7所得的局部放电源所在位置，α，β，γ分别为上述方法对应的权重）由此得最终定位；若所得结果最大相对误差超过局部放电所在气室总长的10%，则需检查操作是否有误而考虑是否需要重新检测。

附图说明

图1为脉冲电流法检测装置安装示意图；

图2为化学监测法检测装置安装示意图；

图3为特高频传感器安装示意图；

图4为超声波传感器安装示意图；

图5为特高频与超声波传感器联合安装示意图；

图6为光学传感器安装示意图；

图7为多参量联合的局部放电定位流程图。

实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

一种基于多参量联合的GIS局部放电检测系统，其特征在于：包括局部放电模块，特高频法检测装置，超声波法检测装置，脉冲电流法检测装置，化学监测法检测装置以及光学监测法检测装置。局部放电模块是GIS局部放电信号的模拟，包括用针板电极来模拟金属突出物缺陷；在高低压电极间放置一定数量的矩形薄铝片来模拟自由金属微粒缺陷；将粘有金属微粒缺陷的绝缘子置于高低压电极之间来模拟绝缘子表面污染物缺陷；将绝缘子置于高低压电极之间，绝缘子与高压电极连接处留3mm间隙模拟绝缘子与高压导体间气隙缺陷。利用脉冲电流法检测装置，使得当试品电容Cx产生一次局部放电时，脉冲电流经过耦合电容Ck在检测阻抗两端产生一个脉冲电压，进而通过用已知电荷量的脉冲注入校正定量而测得视在放电量。利用特高频法和超声波法检测装置，在GIS各盆式绝缘子处安装特高频传感器，确定发生局部放电所在气室，在气室顶部和底部安装超声波传感器，再将特高频传感器替换掉相较离局放位置更远的超声波传感器，接入到示波器中，看超声波信号的起始与特高频脉冲信号之间的距离。

脉冲电流法检测装置由校准电容Cq，试品电容Cx，耦合电容Ck以及检测阻抗Zm等组成。如图1。其中校准电容Cq串联脉冲信号发生器帮助，检测阻抗Zm外接电脉冲局部放电检测仪。脉冲电流经过偶合电容Ck可以在检测阻抗在Zm两端产生一个瞬时的电压变化，经脉冲有脉冲电压U经传输，放大和显示等处理，可以测量局部放电的基本参量，电压脉冲的波形及幅值可被测量，且其幅值与放电量的大小成正比，通过已知电荷量的脉冲注入胶正定量，从而测出视在放电量。通过视在放电量的大小来反映局部放电严重程度。

化学法检测装置利用的离子移动度计（IMS），安置于各气室盆式绝缘子处，直接与内部气体相联通，载流子离子和SF6离子在分离源的作用下发生，形成各种不同的离子，如图2所示。在电场的作用下，气体离子通过隔离门进入漂移区，隔离门周期性地打开，泄漏的气体离子在通过隔离门时被检测到。带电离子在漂移区不断碰撞，由于气体离子迁移速率的差异，在漂移区完成分离，由收集区的收集板检测。可通过气相色谱柱观察颜色与比色卡对比得出离子浓度，或通过电子显示屏直接读数得到离子浓度，并查阅相关表单获得对应放电量数据。

特高频法和超声波法检测装置由特高频传感器，超声波传感器，达纳秒级采样率的示波器组成。为排除外界电晕，设置一背景特高频传感器检测空间电晕。接着在GIS各盆式绝缘子处安装特高频传感器，如图3所示。并接入达纳秒级的示波器，由幅值分析法得示波器显示幅值最大则初步判定此气室存在绝缘缺陷。假设断路器气室出现所连示波器出现幅值最大，则将两个超声波传感器置于有问题处的气室的底部和顶部如图4所示。接入示波器，观察示波器中对应幅值更高时间更为超前的则视为更靠近绝缘缺陷位置；与此同时将特高频传感器替换掉相较离局放位置更远的超声波传感器，如图5所示，将此特高频传感器接入示波器，看超声波信号的起始与特高频脉冲信号之间的距离从而得具体定位。

因为有对于盆式绝缘子完全屏蔽无法进行特高频局部放电检测的情况，所以加采用超声波时延定位法，布置两个在GIS不同位置的传感器接收异常超声信号利用公式时延定位公式进行求解定位。

光学检测法实验中将几根根荧光光纤分别放置于距局放垂直距离近中远处，改变施加电压，用局部放电仪同步记录放电强度1，如图6所示。通过分析时域特征和功率特征分析得出S序列波形2和功率谱图3。

若上述三个步骤所得结果最大相对误差不超过局部放电所在气室总长的10%，则 根据具体情况和应用场景对所得的三种结果赋权重，并根据公式：

（其中x₁，x₂，x₃分别为上述步骤5，6，7所得的局部放电源所在位置，α，β，γ分别为上述方法对应的权重）由此得最终定位；若所得结果最大相对误差超过局部放电所在气室总长的10%，则需检查操作是否有误而考虑是否需要重新检测。

Claims (8)

1.一种基于多参量联合的GIS局部放电检测系统，其特征在于，包括GIS，局部放电模块，特高频法检测装置，超声波法检测装置，脉冲电流法检测装置，化学监测法检测装置以及光学监测法检测装置。局部放电模块是GIS局部放电信号的模拟，包括用针板电极来模拟金属突出物缺陷；在高低压电极间放置一定数量的矩形薄铝片来模拟自由金属微粒缺陷；将粘有金属微粒缺陷的绝缘子置于高低压电极之间来模拟绝缘子表面污染物缺陷；将绝缘子置于高低压电极之间 ，绝缘子与高压电极连接处留3mm间隙模拟绝缘子与高压导体间气隙缺陷。利用脉冲电流法检测装置，使得当试品电容Cx产生一次局部放电时，脉冲电流经过耦合电容Ck在检测阻抗两端产生一个脉冲电压，进而通过用已知电荷量的脉冲注入校正定量而测得视在放电量。利用IMS，SF₆分解产物与离子移动度计检测单元发生化学反应，出现不同颜色的显色，根据其颜色和深浅可以判断被检测SF₆分解产物的种类和浓度，从而间接反映内部的局部放电量和温度等参数。利用特高频法和超声波法检测装置，在GIS各盆式绝缘子处安装特高频传感器，确定发生局部放电所在气室，在气室顶部和底部安装超声波传感器，再将特高频传感器替换掉相较离局放位置更远的超声波传感器，接入到示波器中，看超声波信号的起始与特高频脉冲信号之间的距离。光学检测法通过用光传感器收集的光信号转化为电信号，得出相应的电脉冲信号，通过时域分析得到s序列波形和功率谱图。将此图谱与不同位置同一放电强度的局部光学图谱对应，即可得出局放的位置。

2.根据权利要求1所述基于多参量联合的GIS局部放电检测系统，局部放电模块是GIS局部放电信号的模拟，包括用针板电极来模拟金属突出物缺陷，将针电极与高压端相连，调节针板间隙的长度并使其放电；在高低压电极间放置一定数量的矩形薄铝片来模拟自由金属微粒缺陷；将粘有金属微粒缺陷的绝缘子置于高低压电极之间来模拟绝缘子表面污染物缺陷；将绝缘子置于高低压电极之间 ，绝缘子与高压电极连接处留3mm间隙的方式来模拟绝缘子与高压导体间气隙缺陷。通过在这四种缺陷里施加不同电压来获得不同放电量下的局部放电信号。

3.根据权利要求1所述基于多参量联合的GIS局部放电检测技术的装置系统，脉冲电流法检测装置由校准电容Cq，试品电容Cx，耦合电容Ck以及检测阻抗Zm等组成。其中校准电容Cq串联脉冲信号发生器帮助放大脉冲信号，检测阻抗Zm外接电脉冲局部放电检测仪。可以对电压脉冲的波形及幅值进行测量，进而测量视在放电量。

4.根据权利要求1所述基于多参量联合的GIS局部放电检测系统，化学监测法利用的离子移动度计（IMS），安置于各气室盆式绝缘子处，直接与内部气体相联通，可通过气相色谱柱观察颜色与比色卡对比得出离子浓度，或通过电子显示屏直接读数得到离子浓度，并查阅相关表单获得对应放电量数据。

5.根据权利要求1所述基于多参量联合的GIS局部放电检测系统，特高频法和超声波法检测装置由特高频传感器，超声波传感器，达纳秒级采样率的示波器组成。其中特高频传感器安置于各气室盆式绝缘子处，并分别连接示波器来分析幅值，超高频传感器置于示波器显示幅值最大的气室的顶部和底部超声波传感器要通过耦合剂与GIS外壳连接。

6.根据权利要求1对于盆式绝缘子完全屏蔽无法进行特高频局部放电检测的情况，拟同时采用超声波时延定位法进行定位。

7.根据权利要求1所述基于多参量联合的GIS局部放电检测系统，光学检测装置由光传感器单元，光传播单元，光电转化单元，电源模块，电信号传输与采集模块组成。其中光传感器单元采用荧光光纤。安置于易出故障的关键位置，并经过光传输单元连接光电转换单元，将光信号转化为电信号。

8.根据权利要求1若上述5，6，7三个步骤所得结果最大相对误差不超过局部放电所在气室总长的10%，则根据具体情况和应用场景对所得的三种结果赋权重，并根据公式：

（其中x₁，x₂，x₃分别为上述步骤5，6，7所得的局部放电源所在位置，α，β，γ分别为上述方法对应的权重）由此得最终定位；若所得结果最大相对误差超过局部放电所在气室总长的10%，则需检查操作是否有误而考虑是否需要重新检测。

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