CN1657963A - 局部放电测量方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

一种在测量局部放电的系统中存在相位偏移时修正相位偏移之后再测量局部放电的局部放电测量方法及其装置。首先由天线28检测出的电压测量局部放电；再将天线28检测出的电压经信号变换电路38输入到频谱分析器46，通过频谱分析器46的相位域分析，求出运行电压与频谱分析器46的驱动电源的电压的相位差；根据该相位差和伴随信号变换电路38的输入阻抗而产生的电压相位的偏移来修正显示在频谱分析器46的画面上的时间轴；进行这种修正之后，把天线28检测出的电压直接输入到频谱分析器46，通过频谱分析器46的频率域分析来测量运行电压零点处的频率成分，并测量与运行电压同步的局部放电图形。

Description

局部放电测量方法及其装置
技术领域
本发明涉及局部放电测量方法及其装置，特别是适于测量填充有作为绝缘介质的绝缘气体的容器内的绝缘异常即局部放电的局部放电测量方法及其装置。
背景技术
用在气体断路器、气体绝缘开闭装置、气体绝缘母线等输变电设备中的气体绝缘装置将高压导体收容在填充绝缘气体的密闭金属容器中，并用绝缘支承体支承高压导体。在密闭金属容器内，当存在金属杂质等内部缺陷时，在杂质前端会局部地形成强电场，产生局部放电。如果出现局部放电，不仅会引起机器内部的机械性能劣化，而且最终可能导致绝缘破坏。鉴于这种现状，从预防性维护气体绝缘装置的观点看，要重视早期检测作为绝缘破坏的前期现象的局部放电。
在检测局部放电时，把局部放电信号图形化，然后根据图形确定缺陷种类。这种情况下，由于局部放电信号的图形依赖于施加在高压导体上的系统电压例如6万～50万伏特(50/60Hz)的交流电压(运行电压)的相位，所以将运行电压与局部放电信号进行同步(参见专利文献1)。
【专利文献1】：特开平9-80111号公报(第3～6页，图1、图2、图4)
在现有技术中，信号处理部将交流电压(运行电压)作为触发信号检测局部放电信号时，虽然交流电压和叠加在该交流电压上的局部放电信号被信号检测部分离，但是并没有考虑经构成信号检测部的元件所引起的信号的相位的改变，当相位变化后的信号原样被信号处理部处理时，即使将交流电压(运行电压)作为触发信号检测局部放电信号，也难以检测出正确的图形。
发明内容
本发明的目的在于在测量局部放电系统中存在相位偏移时在修正相位偏移之后测量局部放电。
为了实现上述目的，本发明在使用将输入信息显示在画面上的测量器测量局部放电时，检测收容在容器内的电压导体的电压；用信号变换电路变换检测出的电压中施加在所述电压导体上的运行电压(交流电压)的波形；将所述变换后的运行电压输入到所述测量器；根据所述被输入的运行电压检测所述测量器的驱动电源的电压与所述运行电压的相位差；按照所述被检测出的相位差修正显示在所述测量器的画面上的时间轴的相位；原样将所述检测出的电压输入到所述修正后的测量器，并把有关局部放电的信息显示在所述测量器的画面上。这种情况下，当存在随所述信号变换电路的输入阻抗变化的电压相位的偏移时，考虑该电压相位的偏移，修正显示在所述测量器的画面上的时间轴的相位就能够更准确地修正相位的变化。
利用本发明，能正确地测量局部放电。
附图说明
图1是本发明第一实施例的局部放电测量装置的方框构成图。
图2是把局部放电测量装置设置在气体绝缘装置上时的主要部分的侧视剖面图。
图3显示信号变换电路的各部分的波形和频谱分析器的显示画面。
图4是本发明第二实施例的局部放电测量装置的方框构成图。
图5是本发明第三实施例的局部放电测量装置的方框构成图。
图6是本发明第四实施例的局部放电测量装置的方框构成图。
图7是使用示波器求相位差时的构成说明图。
具体实施方式
下面，参照附图说明本发明的一个实施例。图1是本发明第一实施例的局部放电测量装置的方框构成图。图2是把局部放电测量装置设置在气体绝缘装置上时的主要部分的侧视剖面图。
在图1、图2中，局部放电测量装置10以连接到气体断路器12上的气体绝缘母线即高压导体14的单相作为测量对象，并设置在收容高压导体14和绝缘介质的金属容器16的附近。高压导体14的一端连接气体断路器12的电极，另一端通过避雷器18、套管20引出到大气中，将例如6万～50万伏特的交流电压作为运行电压施加在该高压导体14上。而且，高压导体14由圆环状的绝缘支承体22支承，绝缘支承体22被固定在金属容器16上。金属容器16形成为筒状，其轴向一端连接到收容气体断路器(气体绝缘开闭器)12的开闭器收容容器12a。在该金属容器16内，在高压状态封入绝缘介质如一种气体或由主气体和至少一种以上的副气体组成的混合气体。在金属容器16的筒体部形成有探孔24，在该探孔24的下部侧固定有法兰26，该法兰26用于封闭探孔24从而密封金属容器16。
在探孔24内收容有圆板形天线28作为电压传感器，同轴电缆30连接到该天线28的中央部。该同轴电缆30通过设置在法兰26上的密封端子32引出到金属容器16外部。当检测施加在高压导体14上的运行电压(交流电压)和叠加在该运行电压上的局部放电信号时，天线28利用天线28与高压导体14之间的漂移电容C1和天线28与法兰26之间产生的漂移电容C2，检测由漂移电容C1、C2静电分压的电压，并将检测到的电压输出到同轴电缆30。同轴电缆30的轴向端部连接到切换开关34，切换开关34可以切换到A侧或B侧。切换开关34的A侧连接到同轴电缆36，切换开关34的B侧连接到同轴电缆37。同轴电缆36经信号变换电路38连接到同轴电缆39。同轴电缆39连接到切换开关42的A侧，切换开关42的B侧连接到同轴电缆37。切换开关42切换到A侧或B侧，通过同轴电缆44连接到频谱分析器46。
频谱分析器46被构成为将输入信息显示在画面上的测量器，该频谱分析器46具有频率域分析和相位域分析的功能，通过频率域分析能高精度地检测在运行电压的零点的频率成分。而且，对于通过频率域分析检测出的在零点的频率成分，通过用频谱分析器46进行以运行电压的频率(50/60Hz)的整数倍为横轴的相位域分析，就能知道在画面上运行电压的零点显示位置。
可是，在频谱分析器46的相位域分析中，显示在画面上的时间轴通常与频谱分析器46的驱动电源(插座电源)的相位同步，所以当施加在高压导体14上的运行电压与频谱分析器46的驱动电源的电压之间产生相位差时，就不能精度良好地检测在运行电压零点的频率成分。
因此，首先使用频谱分析器46测量局部放电信号，为了测量高压导体14的运行电压和频谱分析器46的驱动电源的电压之间的相位差，将切换开关34、42分别切换到A侧，由天线28检测出的电压经同轴电缆30、切换开关34、同轴电缆36输入到信号变换电路38。该信号变换电路38具有在运行电压的零点处将天线28的检测信号急剧地转换成具有一定斜度的方形波的功能。
具体地说，该信号变换电路38具有比较器(未示出)、半波整流电路(未示出)和振荡电路(未示出)。如图3(a)所示，比较器响应于天线28检测到的运行电压，将运行电压的波形变换成方形波；如图3(b)所示，半波整流电路对比较器输出的方形波进行半波整流；如图3(c)所示，振荡电路将半波整流电路的输出电压变换成比运行电压高的任意频率的电压。这里，上述的任意频率作为可由频谱分析器46检测的频率成分，最好与局部放电电磁波具有的频率成分不同。该信号变换电路38可以响应天线28检测的运行电压，在运行电压的零点急剧生成具有一定斜度的方形波信号，并将该方形波信号变换成比运行电压高的频率信号输出。当信号变换电路38的输出信号被输入到频谱分析器46时，在频谱分析器46内对所输入的信号进行相位域分析。这种情况下，对与信号变换电路38的振荡频率相同的频率进行相位域分析。当进行该相位域分析时，如图3(d)所示，能高精度地检测运行电压与频谱分析器46的驱动电源的电压的相位差θ。
另一方面，如图3(a)所示，伴随信号变换电路38的比较器的输入阻抗高(数MΩ)的情况，在比较器的输入输出电压之间产生电压相位的偏移(相位差)Φ。因此，当修正显示在频谱分析器46的画面上的时间轴时，根据伴随比较器的输入阻抗而产生的电压相位的偏移(相位差)Φ和运行电压与频谱分析器46的驱动电源的电压之间的相位差θ自动修正显示在频谱分析器46的画面上的时间轴的位置，使得相位差Φ和相位差θ分别为零。进行这种修正能在频谱分析器46的相位区域内使显示在画面上的时间轴确实与频谱分析器46的驱动电源的电压相位同步。
进行相位修正之后，为了测量局部放电，将切换开关34、42分别切换到B侧，由天线28检测到的电压经同轴电缆30、切换开关34、同轴电缆37、切换开关42、同轴电缆44输入到频谱分析器46。在由天线28检测到的电压不经过信号变换电路38而原样输入到频谱分析器46时，当在所述频谱分析器46中进行频率域分析时，显示横轴表示频率、纵轴表示信号强度的画面，当对用波峰表示的频率成分进行相位域分析时，在所述画面上显示如下图像，即发生局部放电的区域的频率表示波峰，从而能高精度地检测在运行电压零点的频率成分。即，能检测出与运行电压同步的局部放电图形，根据所述图形能确定缺陷种类。
这样，在本实施例中，先使用频谱分析器46测量局部放电，当在测量系统中有电压相位的偏移即相位差θ、Φ时，修正电压相位以使这些相位差θ、Φ为零，所以能正确地测量局部放电。
另外，当在天线28中感应的电压微弱时，最好使用放大器放大天线28的检测信号。而且，就天线28来说，可以使用偶极型天线。这时，在偶极型天线中，例如，当使用以天线长度等于检测出的电磁波的半波长为基本原理的半波长偶极天线时，局部放电电磁波与天线呈谐振状态或接近谐振的状态，能高灵敏度地检测电磁波。
下面，参照图4说明本发明的第二实施例。对于本实施例，在探孔24a、24b内收容具有与天线28功能相同的天线28a、28b，各天线28a、28b分别通过同轴电缆30a、30b连接到频谱分析器46，在同轴电缆30b的中途插入信号变换电路38和延迟电路40，其它结构与图1的相同。而且，为了使通过同轴电缆30a、30b的各信号的传播时间相等，各同轴电缆30a、30b的电缆长度设定得大致相等。
天线28a用作检测局部放电的电压传感器，天线28b用作检测施加在高压导体14上的运行电压的电压传感器。在天线28b检测出的运行电压信号由信号变换电路38成形为波形之后，在延迟电路40中，只延迟伴随信号变换电路38的比较器的输入阻抗而产生的电压相位偏移(相位差)Φ，之后被输入到频谱分析器46。该运行电压信号作为外部触发信号被输入到频谱分析器46，响应于外部触发信号，把天线28a检测到的局部放电信号按顺序输入到频谱分析器46，在频谱分析器46中，与运行电压相位同步地扫描局部放电信号。为了在频谱分析器46中检测出局部放电信号，而进行相位域分析，由此能高精度地检测出针对运行电压相位的局部放电图形。
在本实施例中，即使在把运行电压信号输入到频谱分析器46的过程中，电压相位只偏移相位差Φ，由于运行电压信号的相位只被延迟相位差Φ，所以也能高精度地检测出与针对运行电压相位的局部放电图形。
下面，参照图5说明本发明的第三实施例。对于本实施例，使用配置在绝缘支承体22的周围用于检测施加在高压导体14上的运行电压的电磁波传感器50作为电压传感器，来代替天线28b；使用示波器52代替频谱分析器46，其它结构和图4相同。在本实施例中，由于使用示波器52作为将输入信息显示在画面上的测量器，所以同轴电缆30a连接到示波器52的测量信号输入端，同轴电缆30b连接到示波器52的触发信号输入端。
在本实施例中，电磁波传感器50检测到的运行电压信号作为触发信号，天线28a检测到的局部放电信号被按顺序显示在示波器52的画面上。这种情况下，由于运行电压信号在延迟电路40中只延迟相位偏移(相位差)Φ，所以能将运行电压的零点作为触发位置检测出局部放电信号，而且能使运行电压与局部放电信号同步。
在本实施例中，由于用延迟电路40修正相位差Φ，所以能使运行电压与局部放电信号同步，所以能高精度地测量局部放电信号。
下面，参照图6说明本发明的第四实施例。本实施例是将连接到天线28的同轴电缆30原样连接到频谱分析器46，在频谱分析器46中，测量由天线28检测到的局部放电信号，其它结构与图1相同。
在本实施例中，如图7所示，使用示波器52测量频谱分析器46的驱动电源的电压与施加在高压导体14上的运行电压信号之间的相位差θ，根据测量的相位差θ来修正显示在频谱分析器46的画面上的时间轴的位置，以使相位差θ为零，进行这种修正之后，把天线28检测到的电压输入到频谱分析器46，根据所输入的电压将与局部放电相关的信息显示在画面上。这样就能正确地测量局部放电。
另外，在图7中，在检测运行电压信号时，例如可以使用VT(VoltageTransfer电压变换器)进行测量。而且，在测量频谱分析器46的驱动电源的电压时，将示波器52连接到与频谱分析器46的驱动电源(插座电源)相同的电源上就能测量驱动电源的电压相位。
在本实施例中，由于先由频谱分析器46测量局部放电，然后使用示波器52测量频谱分析器46的驱动电源的电压与施加在高压导体14上的运行电压信号之间的相位差θ，根据测量的相位差θ来修正显示在频谱分析器46的画面上的时间轴的位置，以使相位差θ为零，以进行这种修正为前提条件，把天线28检测出的电压输入到频谱分析器46，并将基于所输入的电压的与局部放电相关的信息显示在画面上，所以能够正确地测量局部放电。

Claims (12)

1.一种局部放电测量方法，其特征在于，包含如下步骤：
检测与绝缘介质一起被收容在容器内的电压导体的电压；
用信号变换电路变换所述检测出的电压中施加在所述电压导体上的运行电压的波形；
将所述变换后的运行电压输入到把输入信息显示在画面上的测量器；
基于所述被输入的运行电压检测所述测量器的驱动电源的电压与所述运行电压的相位差；
按照所述检测出的相位差修正显示在所述测量器的画面上的时间轴的相位；
把所述检测出的电压原样输入到所述修正后的测量器，并把有关局部放电的信息显示在所述测量器的画面上。
2.一种局部放电测量方法，其特征在于，包含如下步骤：
检测与绝缘介质一起被收容在容器内的电压导体的电压；
用信号变换电路变换所述检测出的电压中施加在所述电压导体上的运行电压的波形；
将所述变换后的运行电压输入到把输入信息显示在画面上的测量器；
基于所述输入的运行电压检测所述测量器的驱动电源的电压与所述运行电压的相位差；
按照所述检测出的相位差和伴随前述信号变换电路的输入阻抗而产生的电压相位的偏移修正显示在所述测量器的画面上的时间轴的相位；
把所述检测出的电压原样输入到所述修正后的测量器，并把有关局部放电的信息显示在所述测量器的画面上。
3.一种局部放电测量方法，其特征在于，包含如下步骤：
检测与绝缘介质一起被收容在容器内的电压导体的运行电压；
检测将输入信息显示在画面上的测量器的驱动电源的电压与所述检测出的运行电压的相位差；
按照所述检测出的相位差修正显示在所述测量器的画面上的时间轴的相位；
检测所述电压导体的电压并输入到所述修正后的测量器，
基于所述输入的电压把有关局部放电的信息显示在所述测量器的画面上。
4.一种局部放电测量方法，其特征在于，包含如下步骤：
在相互不同的位置检测与绝缘介质一起被收容在容器内的电压导体的电压；
用信号变换电路变换所述检测出的一处的电压中施加在所述电压导体上的运行电压的波形；
经延迟电路将所述变换后的运行电压输入到把输入信息显示在画面上的测量器的触发信号输入端，将所述检测出的电压中的另一处的电压输入到所述测量器的测量信号输入端；
将被输入到所述触发信号输入端的运行电压作为触发信号，将与被输入到所述测量信号输入端的电压相关的信息显示在所述测量器的画面上。
5.一种局部放电测量装置，其特征在于，具有检测与绝缘介质一起被收容在容器内的电压导体的电压的电压传感器、变换由所述电压传感器检测出的电压中施加在所述电压导体上的运行电压的波形的信号变换电路、和将输入信息显示在画面上的测量器；所述测量器根据所述信号变换电路输出的运行电压检测驱动电源的电压与所述运行电压的相位差，按照所述检测出的相位差修正显示在画面上的时间轴的相位，在修正所述时间轴的相位之后，把与从所述电压传感器输入的电压相关的信息作为与局部放电有关的信息显示在所述画面上。
6.一种局部放电测量装置，其特征在于，具有检测与绝缘介质一起被收容在容器内的电压导体的电压的电压传感器、变换由所述电压传感器检测出的电压中施加在所述电压导体上的运行电压的波形的信号变换电路、和将输入信息显示在画面上的测量器；所述测量器根据所述信号变换电路输出的运行电压检测驱动电源的电压与所述运行电压的相位差，按照所述检测出的相位差和伴随所述信号变换电路的输入阻抗而产生的电压相位的偏移修正显示在画面上的时间轴的相位，在修正所述时间轴的相位之后，把与从所述电压传感器输入的电压相关的信息作为与局部放电有关的信息显示在所述画面上。
7.一种局部放电测量装置，其特征在于，具有检测与绝缘介质一起被收容在容器内的电压导体的电压的电压传感器、和将输入信息显示在画面上的测量器；所述测量器按照驱动电源的电压与所述运行电压的相位差修正显示在画面上的时间轴的相位，在修正所述时间轴的相位之后，把与从所述电压传感器输入的电压相关的信息作为与局部放电有关的信息显示在所述画面上。
8.一种局部放电测量装置，其特征在于，具有检测与绝缘介质一起被收容在容器内的电压导体的电压的多个电压传感器、变换所述一处电压传感器检测出的电压中施加在所述电压导体上的运行电压的波形的信号变换电路、将所述信号变换电路输出的电压只延迟伴随所述信号变换电路的输入阻抗而产生的电压相位的偏移量的延迟电路、和将输入信息显示在画面上的测量器；所述测量器将所述延迟电路的输出电压输入到触发信号输入端，将所述其它处电压传感器检测出的电压输入到测量信号输入端，将输入所述触发信号输入端的电压作为触发信号，将与被输入到所述测量信号输入端的电压相关的信息显示在画面上。
9.如权利要求5所述的局部放电测量装置，其特征在于：所述信号变换电路具有响应所述电压传感器检测出的运行电压而将所述运行电压的波形变换成方形波的比较器、对比较器输出的方形波进行半波整流的半波整流电路、和将所述半波整流电路的输出电压变换为频率高于所述运行电压频率的电压的振荡电路。
10.如权利要求5所述的局部放电测量装置，其特征在于：所述测量器由频谱分析器构成。
11.如权利要求5所述的局部放电测量装置，其特征在于：所述测量器由示波器构成。
12.如权利要求5所述的局部放电测量装置，其特征在于：所述容器被连接在收容气体绝缘开闭器的开闭器收容容器上，所述电压导体被连接在所述气体绝缘开闭器的电极上。
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