CN201269916Y - 气体绝缘组合电器局部放电检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种气体绝缘组合电器(GIS)局部放电检测系统，所述系统是通过超高频检测揉合声发射检测的综合检测系统，对GIS内局部放电进行监测、定位、及数据处理。所述GIS局部放电检测系统不仅对GIS局部放电的监测更加有效，而且获得的超高频特征数据及声发射特征数据能够相互比对分析，故更具有科学性，有助于对GIS局部放电的科学研究；经过超高频特征数据的初步定位后，在范围较小的设定区域内进行声发射检测定位，不仅有效解决了声发射检测效率低的问题，而且使得定位更加精确有效，还能够更快发现放电点的精确位置。

Description

气体绝缘组合电器局部放电检测系统

技术领域

本实用新型涉及一种放电检测系统，特别涉及一种气体绝缘组合电器局部放电检测系统。

背景技术

气体绝缘组合电器(Gas Insulated Switchgear，以下简述为GIS)因为其绝缘度高、结构紧凑、占地面积小、可靠性能高等特点，在电力系统的发电厂及变电站中得到广泛应用。但是在使用过程中会遇到一些问题，其中以绝缘问题为主。

GIS在制造及安装过程中容易引入缺陷，如灰尘、导电微粒、应力过高、金属尖端、内装松动等，随着GIS运行年限的增加，缺陷会逐渐发展严重，在过电压或操作过程等外界诱因下，就会引发击穿或闪络现象。在发生这些绝缘故障前，常伴有局部放电的现象。局部放电的出现往往说明GIS存在安装、制造、甚至设计方面的缺陷。

上述局部放电现象会激发达数千兆赫兹(GHz)的电磁波，GIS内部局部放电持续发展容易引发绝缘击穿故障，因而出现停电事故，给国民经济造成损失，所以对GIS的局部放电进行监测及定位就显得尤为重要。

现有对GIS的局部放电的检测，如中国专利公告号为100363747的“气体绝缘组合电器局部放电超高频检测装置及方法”，公开了一种利用超高频检测装置对GIS局部的放电进行检测，虽避开了空气中电晕放电的干扰，检测效率高，但对天线性能和数据采样率的要求很高，且精确度不是很高，另外，该装置仅凭借超高频的检测对局部放电进行监测，并未对局部放电的位置进行较为精确的定位。

又如中国专利公告号为100363748的“气体绝缘组合电器局部放电在线检测定位装置及定位方法”，虽公开了能够对GIS局部放电进行定位的装置，但是其仅依靠超高频检测进行定位，定位不够精确。而无论上述专利及相关现有技术，都不同程度上存在定位不够精确，获得放电信号的特征数据也同样不够精确的弊端，从而影响检修及分析的科学性。

另外，还可利用声发射(Acoustic Emission，以下简述为AE)，有时也称为应力波发射，其常应用在对材料的结构形变及裂纹扩展等方面的检测。但是，若利用声发射技术对GIS局部放电进行检测，又会使得检测效率低，而且受GIS固有振动影响。

有鉴于此，如何提供一种气体绝缘组合电器局部放电检测系统，来减少上述弊端已成为业界亟待解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型所解决的技术问题在于提供一种气体绝缘组合电器局部放电检测系统，以提高检测效率，获得准确的特征数据，并且提高定位速度及准确度。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种气体绝缘组合电器(GIS)局部放电检测系统，其包括超高频监测模块，声发射监测模块，以及与上述模块相连的数据处理模块；所述超高频监测模块利用设置在所述气体绝缘组合电器相应位置的超高频传感器监测超高频信号，并将监测到的超高频信号传送至所述数据处理模块；所述声发射监测模块利用设置在设定区域的声发射传感器监测声发射信号，并将监测到的声发射信号传送至所述数据处理模块；所述数据处理模块用于对接收到的超高频信号及声发射信号进行数据处理，获得相关超高频特征数据及相关声发射特征数据，从而确定放电情况。

其中，所述超高频监测模块还包括超高频信号预处理单元，其对由所述超高频传感器监测到的超高频信号进行预处理，如对超高频信号进行放大、滤波及除噪，以优化传送至数据处理模块的超高频信号；而所述声发射监测模块还包括声发射信号预处理单元，其对由声发射传感器监测到的声发射信号进行预处理，如对声发射信号进行放大、滤波及除噪，以优化传送至数据处理模块的声发射信号。另外，所述声发射监测模块还包括声发射信号转换单元，用于将声发射传感器监测到的声发射信号转为可听声音，以便透过可听声音来判断放电情况。

所述数据处理模块包括：频谱分析仪、示波器、声发射检测仪，其中频谱分析仪对超高频传感器监测到的超高频信号进行频谱分析，并在频率筛查后在一检测频带中进行单频跟踪；示波器对接收到的超高频信号及声发射信号的波形进行分析及显示；声发射检测仪对接收到的声发射信号进行分析及显示。

该GIS局部放电检测系统还包括气体成分检测模块，用于对所述气体绝缘组合电器内的气体成分进行检测，获得检测结果以助于初步判断GIS内放电情况；外施电压测量模块，用于在测量相关超高频特征数据时，对外施电压的情况进行测量；以及检测数据库，其结合相关超高频特征数据及声发射特征数据进行综合比对和分析，并将相关数据存储在该检测数据库中。

本实用新型的气体绝缘组合电器局部放电检测系统，是通过超高频检测揉合声发射检测的综合检测系统，对GIS内局部放电进行监测、定位及数据处理，其中，是利用数据处理模块对超高频监测模块监测到的超高频信号进行数据处理，依据数据处理中获得的超高频特征数据进行初步定位，从而确定声发射监测模块中声发射传感器的设定区域，再透过数据模块对上述设置在设定区域内的声发射监测模块监测到的声发射信号进行数据处理，而最终完成放电点的定位。上述系统不仅对GIS局部放电的监测更加有效，而且获得的超高频特征数据及声发射特征数据能够相互比对分析，故更具有科学性，有助于对GIS局部放电的科学研究；且经过超高频特征数据的初步定位后，在范围较小的设定区域内进行声发射检测定位，不仅有效解决了声发射检测效率低的问题，而且使得定位更加精确有效，还能够更快发现放电点的精确位置。

附图说明

图1为本实用新型一较佳实施例的系统方框示意图。

图2A为本实用新型一较佳实施例的超高频监测模块方框示意图。

图2B为本实用新型一较佳实施例的声发射监测模块方框示意图。

图2C为本实用新型一较佳实施例的数据处理模块方框示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型也可通过其他不同的具体实例加以实施或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本实用新型的精神下进行各种修饰与变更。

本实用新型中所述气体绝缘组合电器(Gas Insulated Switchgear，以下简述为GIS)局部放电检测系统，可应用于电力系统的发电厂及变电站的GIS内部局部放电的监测、定位及研究。

请一并参见图1及图2A-图2C，其中，图1是本实用新型一较佳实施例的气体绝缘组合电器局部放电检测系统方框图，如图所示，该GIS局部放电检测系统1至少包括：超高频监测模块10、声发射监测模块12及数据处理模块14。而图2A-图2C分别给出了本实用新型一较佳实施例的超高频监测模块、声发射监测模块及数据处理模块的方框图。

如图2A所示，所述超高频监测模块10包括：设置在所述气体绝缘组合电器相应位置的超高频传感器101以及对由所述超高频传感器101监测到的超高频信号进行预处理的超高频信号预处理单元102。而该超高频监测模块10是利用所述超高频传感器101监测超高频信号，并将监测到的超高频信号传送至所述超高频信号预处理单元102，对超高频信号进行如放大、滤波及除噪等的预处理，以优化传送至数据处理模块14的超高频信号。需要说明的是，原则上，所述超高频传感器101可设于所述GIS外壳金属体不连续的地方，于本实施例中，例如GIS中的无金属法兰盆式绝缘子、绝缘子浇注孔、接地开关处绝缘子等位置，而选用的超高频传感器101为外置式，检测频率为300MHz至1.1GHz，且超高频传感器的外壳其中五面都有金属屏蔽，仅一面不屏蔽以定向耦合超高频电磁波信号。

如图2B所示，所述声发射监测模块12包括：设置在设定区域的声发射传感器121、对由声发射传感器121监测到的声发射信号进行预处理的声发射信号预处理单元122、以及用来将声发射传感器121监测到的声发射信号转为可听声音的声发射信号转换单元123。该声发射监测模块12是利用上述声发射传感器121监测声发射信号，并将监测到的声发射信号传送至所述声发射信号预处理单元122，对声发射信号进行如放大、滤波及除噪等的预处理，以优化传送至数据处理模块14的声发射信号。需要说明的是，在本实施例中，所述声发射监测模块12包括声发射信号转换单元123，可以将由声发射信号预处理单元122经过预处理后的声发射信号转换为可听声音，也可以将由声发射传感器121监测到的声发射信号直接转换为可听声音，以便依据可听声音的变化来判断放电情况。于本实施例中，声发射传感器121的谐振频率为30kHz，测量频率为10kHz至500kHz，监测到的声发射信号可送入后续示波器142存储及处理，也可由上述声发射信号转换单元123转为可听声音，便于检测人员判断可听声音是否异常。

如图2C所示，所述数据处理模块14包括：频谱分析仪141、示波器142及声发射检测仪143。其中频谱分析仪141是对上述超高频传感器101监测到的超高频信号进行频谱分析，并在频率筛查后在一检测频带中进行单频跟踪，所述单频跟踪是利用频谱分析仪141选择单一频率的超高频信号，对其信号的幅度进行连续跟踪；示波器142是对接收到的超高频信号及声发射信号的波形进行分析及显示，于本实施例中是选用宽带高速示波器；声发射检测仪143是对接收到的声发射信号进行分析及显示。

于本实施例中，进行频谱分析是由相应的频谱分析仪141实现，启动频谱分析仪的全频段扫描，可测量由超高频传感器监测到的所有现场背景频率，有助于排除因背景干扰而产生的误判，排除电磁干扰；在确定检测频带后进行单频跟踪则是选择单一的检测频率，对该频率信号的幅度进行连续跟踪，从而完全躲开干扰频带，信噪比大大提高。而对于上述检测频带的确定还需注意：对于超高频体内测量，频带选择主要取决于GIS筒体内径，以110kVGIS为例，一般管道直径为30cm，检测频率下限需大于300MHz。对于超高频体外测量，由于只能在无屏蔽的绝缘子盆上测量，绝缘子盆的厚度决定了频带选择，同时还需考虑外界干扰的频带，从抗干扰和灵敏度两方面考虑，采用体外测量时，通常外界背景干扰在250～750MHz范围。因此在体外法测量时超高频传感器的频带范围应选择在700～1300MHz之间。考虑到频率选择性和抗干扰因素，高端频率还应更高，因此测量频率可选择700～1500MHz之间。

需要重点说明的是，透过所述数据处理模块14对接收到的超高频信号及声发射信号进行相关数据处理，能够获得相关超高频特征数据及相关声发射特征数据，例如：所述超高频特征数据至少包括：波形数据、频谱数据、相位数据；而所述声发射特征数据至少包括：依据各声发射传感器所在位置获得的声强。而其中先依据上述示波器142对超高频信号的时域波形时间差进行分析而获得大致的放电区域，而上述声发射传感器121依据这个放电区域设置便能够有效的缩小监测范围，提高监测效率及精度。于本实施例中，为了更好地确定放电点，还可以通过移动声发射传感器121的位置来比对，并将监测到声发射信号最强时所对应的区域作为最终的设定区域。

于本实施例中，上述进行初步定位是依据所述超高频特征数据中时域波形的时间差分析计算而确定，例如：设置两个超高频传感器，且在这两个超高频传感器的高频响应特性、信号电缆长度相同的前提条件下，设两个超高频传感器的距离为S，而放电位置到其中一个超高频传感器的距离为x，两传感器接收到放电信号的时间差为Δt(可由波形得知)，超高频电磁波的传播速度为c(3×10⁸m/s)，则放电位置可按下式计算：x＝(cΔt+s)/2；而根据超高频原始波形的前几个脉冲的时间差，并考虑固有误差，精度可达1m，其中，要求示波器的采样率不能低于10⁹Sa/s，带宽不低于1GHz。

在初步定位后，测量声发射传感器121在设定区域内监测到声发射信号的相关声发射特征数据，依据声发射特征数据完成放电点的定位，而这里对放电点的定位是依据声发射特征数据中各声发射传感器所在位置的声强，例如根据声发射信号在GIS外壳四周的强度分布、沿着GIS外壳轴向传播情况、经过盆式绝缘子的衰减情况的研究，可知声发射信号的衰减较快，而进行定点定位时可根据声强等高线图完成；在上述进行声发射信号监测时，通过移动声发射传感器的位置来筛查信号最强点，并对信号最强点进行测量，而以强度最大点定位，精度可达10cm。

另外在本实用新型GIS的局部放电检测系统1中，还包括对所述GIS内的气体成分进行检测并分析的气体成分检测模块11，同样有助于排除干扰，确定检测频带；还包括外施电压测量模块13，是在测量相关超高频特征数据时，对外施电压的情况进行测量，由于局部放电信号的强弱和特征与外施电压有直接的因果关系，而外施电压的相位是研究放电特征的重要信息，故外施电压测量模块应尽量保证电压相位准确；以及该GIS局部放电检测系统1还包括检测数据库15，是结合相关超高频特征数据及声发射特征数据进行综合比对和分析，并将相关数据存储在该检测数据库15中。

在完成对放电点的定位后，结合相关超高频特征数据及声发射特征数据进行综合比对和分析，并建立相关检测数据库15。例如：以脉冲序列波形、单脉冲波形、单频率跟踪波形、相位分布图、频率分布图等图谱显示GIS局部放电，而这些典型的图谱和放电特征，可为现场实测结果的分析与判断提供参考和借鉴。另外，于本实施例中，在研究上述检测数据库15反应的GIS常见放电性缺陷的基础上，以110kV GIS间隔为基础构建了六大类放电模型，包括绝缘子上的金属颗粒、外壳内壁的金属颗粒、表面有闪络痕迹的绝缘子、外壳内壁的非金属遗留物、高压导体金属尖端、悬浮颗粒放电模型。通过改变颗粒的轻重和大小、尖端的锐度、非金属遗留物的种类、闪络痕迹的宽窄等，可以模拟不同的放电严重程度。而通过上述GIS局部放电的大量模型试验、出厂检测、现场检测，积累了近千个典型放电数据。其中，涉及的GIS设备额定电压可从110V至550kV，而工作状况包括运行中、交接耐压、启动带电等。因此，上述建立的相关检测数据库15由于更具有科学性，所以有助于对GIS局部放电的排查及科学研究。

综上所述，本实用新型的气体绝缘组合电器局部放电检测系统不仅对GIS局部放电的监测更加有效，而且获得的超高频特征数据及声发射特征数据能够相互比对分析，故更具有科学性，有助于对GIS局部放电的科学研究；且经过超高频特征数据的初步定位后，在范围较小的设定区域内进行声发射检测定位，不仅有效解决了声发射检测效率低的问题，而且使得定位更加精确有效，且能够更快发现放电点的精确位置。

上述实施例仅为例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何本领域技术人员均可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与变化。因此，本实用新型的权利保护范围，应以权利要求书的范围为依据。

Claims (10)

1、一种气体绝缘组合电器的局部放电检测系统，其特征在于，包括：超高频监测模块，声发射监测模块，以及分别与上述模块相连的数据处理模块；所述超高频监测模块利用设置在所述气体绝缘组合电器相应位置的超高频传感器监测超高频信号，并将监测到的超高频信号传送至所述数据处理模块；所述声发射监测模块利用设置在设定区域的声发射传感器监测声发射信号，并将监测到的声发射信号传送至所述数据处理模块；所述数据处理模块对接收到的超高频信号及声发射信号进行数据处理，获得相关超高频特征数据及相关声发射特征数据，从而确定放电情况。

2、如权利要求1所述的气体绝缘组合电器的局部放电检测系统，其特征在于，所述超高频监测模块还包括超高频信号预处理单元，其对由所述超高频传感器监测到的超高频信号进行预处理。

3、如权利要求1所述的气体绝缘组合电器的局部放电检测系统，其特征在于，所述声发射监测模块还包括声发射信号预处理单元，其对由声发射传感器监测到的声发射信号进行预处理。

4、如权利要求1所述的气体绝缘组合电器的局部放电检测系统，其特征在于，所述声发射监测模块还包括声发射信号转换单元，用于将声发射传感器监测到的声发射信号转为可听声音。

5、如权利要求1所述的气体绝缘组合电器的局部放电检测系统，其特征在于，所述数据处理模块包括：频谱分析仪、示波器、声发射检测仪，其中频谱分析仪对超高频传感器监测到的超高频信号进行频谱分析，并在频率筛查后在一检测频带中进行单频跟踪；示波器对接收到的超高频信号及声发射信号的波形进行分析及显示；声发射检测仪对接收到的声发射信号进行分析及显示。

6、如权利要求1所述的气体绝缘组合电器的局部放电检测系统，其特征在于，所述系统还包括气体成分检测模块，用于对所述气体绝缘组合电器内的气体成分进行检测。

7、如权利要求1所述的气体绝缘组合电器的局部放电检测系统，其特征在于，所述系统还包括外施电压测量模块，用于在测量相关超高频特征数据时，对外施电压的情况进行测量。

8、如权利要求1所述的气体绝缘组合电器的局部放电检测系统，其特征在于，所述系统还包括检测数据库，其结合相关超高频特征数据及声发射特征数据进行综合比对和分析，并将相关数据存储在该检测数据库中。

9、如权利要求1所述的气体绝缘组合电器的局部放电检测系统，其特征在于，所述超高频传感器设置于所述气体绝缘组合电器外壳金属体不连续的地方。

10、如权利要求1所述的气体绝缘组合电器的局部放电检测系统，其特征在于，所述超高频特征数据包括波形数据、频谱数据、相位数据；所述声发射特征数据包括依据各声发射传感器所在位置获得的声强。

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