CN203811754U - 一种封闭式气体绝缘组合电器局部放电检测设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型为一种封闭式气体绝缘组合电器局部放电检测设备，包括加压单元、缺陷模型以及测量单元，加压单元的输出端通过封闭式气体绝缘组合电器的腔体上的两高压端导体连接，缺陷模型放入腔体内产生故障缺陷，测量单元包括传统局部放电检测仪、UHF传感器、UHF放大器、宽带示波器，UHF传感器安装在待测腔体上，UHF传感器的输出端通过UHF放大器连接至一数据采集系统，UHF放大器将UHF传感器采集的信号放大传至数据采集系统，UHF传感器的输出端连接有耦合电容，该耦合电容的将采集的脉冲信号经过脉冲电流放大器放大并输入至传统局部放电检测仪，信号经筛选处理后经过输出端输出至宽带示波器进行波形显示。

Description

一种封闭式气体绝缘组合电器局部放电检测设备

技术领域

本实用新型属于电力设备安全监测领域，尤其涉及一种基于UHF信号传播的用于封闭式气体绝缘组合电器局部放电的检测设备。

背景技术

GIS局部放电检测方法归纳起来，可分为两大类，即电测法和非电测法。其中电测法按检测信号的频段，又可分为脉冲电流法、高频法、甚高频法和特高频（UHF）法；非电测法包括：超声波检测法，化学检测法，光学检测法等。

（1）脉冲电流法

又称为耦合电容法，是IEC60270标准推荐的方法。该方法使用耦合电容进行局部放电信号的检测，可以测定局部放电的一些基本量，如视在放电量，可以显示出局部放电脉冲大小、个数与相位。该方法测试灵敏度高，而且可用己知电荷量的注入脉冲进行校正定量，但方法仅适合在实验室使用。

（2）高频法

高频法(f<100MHz)是将许多传感器分布安装在整个GIS中，根据频谱分析仪接收到的最大信号来确定某一缺陷的最大信噪比。传感器可以是嵌在绝缘子中或安装在绝缘法兰上，也可以安装在GIS接地回路中例如采用高灵敏度的脉冲电流互感器，其原理像罗柯夫斯基（Rogowski）线圈，检测频率可达几十兆赫兹。高频法的现场检测灵敏度可达100pC，日本使用较多。

（3）甚高频法

甚高频法的检测信号频率范围在30-300MHz。虽然这个频率范围可避开一些电晕干扰，但并不能完全排除。由于甚高频法会受到一些电晕干扰的影响，所以，现场应用时不使用外置传感器，而只采用内置传感器来获取PD信号。同时，用甚高频法也可以对PD进行定位。甚高频法的主要优点是对放电量的校准比较可靠。

（4）特高频法

特高频法的基本原理是使用UHF传感器而不是脉冲电流法的耦合电容来检测GIS局部放电产生的电磁波。超高频最主要的优点是抗干扰能力强、灵敏度高，并能够通过放电源到不同传感器的时间差对放电源进行定位。它对传感器的设计、阻抗匹配、放大器的带宽和噪声要求很高，同时又要求有多通道宽带数据采集系统；相比于脉冲电流法，它的技术难度较大。

与其他局部放电检测方法相比，超高频法具有灵敏度高、可识别故障类型及进行定位等优点。超高频传感器是超高频局部放电检测系统的关键部件之一，用来接收GIS中由局部放电所激发的频率为300MHz～3GHz的电磁波。根据安装方式的不同GIS超高频传感器可分为内置传感器和外置传感器两种。内置传感器安装于GIS内部，

外置传感器一般是安装在绝缘子与法兰连接处侧，安装于手孔内或CT引线箱中的传感器属于内置传感器类型。对于未投入运行的GIS，可采用内置传感器。对内置传感器的基本要求是不应损害GIS的可靠运行，不能使绝缘气体发生泄漏，不影响内部场强分布，否则可能导致绝缘击穿。对于已投入运行的GIS，可将外置传感器安装在需要检测位置的绝缘法兰处，外置传感器的安装和检测较为灵活。但外置传感器也存在一些问题，其一是外部传感器安装在设备外部，易受到外界信号的干扰；其二是从GIS绝缘子辐射出的电磁波衰减大，相对于内置传感器来说，外部传感器接收到的信号幅值低；其三是外部传感器易被损坏。

（5）超声波监测法

GIS内部产生局部放电信号时，会产生冲击的振动及声音，因此可以在腔体外壁上安装的超声波传感器来测量局部放电信号。超声波法是目前使用的除UHF方法之外最成熟和最广泛的局部放电监测方法。

（6）化学监测法

GIS发生局部放电时会引起SF6及其杂质的化学反应，导致一些气体生成物；化学检测法通过检测气体生成物的含量来确定局部放电的严重程度。但是GIS中的吸附剂和干燥剂可能会影响化学检测法的使用；断路器正常开断时的电弧产生的气体生成物，也会对测量结果产生影响；脉冲放电产生的分解物会被大量SF6气体所稀释，因此就局部放电监测而言，化学检测法的灵敏度很差。另外，该方法不能作为在线监测的方法来使用，它比较适合用作辅助方法分析GIS的绝缘故障。

（7）光学监测法

光电倍增器可以监测到甚至一个光子的发射，但是由于射线被SF6气体和玻璃强烈地吸收，导致该方法检测时存在“死角”。该方法对于已知放电源位置的检测比较有效，但不具备对故障的定位能力。并且由于GIS内壁光滑，光子容易发生反射，使检测灵敏度降低。

实用新型内容

针对现有技术中存在的上述问题，本实用新型提供一种造价低，更好地分辨干扰脉冲信号，减小因干扰脉冲产生的误警的封闭式气体绝缘组合电器局部放电检测设备。

本实用新型是这样实现的，一种封闭式气体绝缘组合电器局部放电检测设备，该检测设备包括加压单元、缺陷模型以及测量单元，其中，加压单元的输出端通过封闭式气体绝缘组合电器的腔体上的两高压端导体连接，用于在腔体上加上电压，缺陷模型放入腔体内产生故障缺陷，测量单元包括传统局部放电检测仪、UHF传感器、UHF放大器、宽带示波器，UHF传感器安装在待测腔体上，UHF传感器的输出端通过UHF放大器连接至一数据采集系统，UHF放大器将UHF传感器采集的信号放大传至数据采集系统，UHF放大器还连接有宽带示波器用于显示检测波形；UHF传感器的输出端连接有耦合电容，该耦合电容的另一端连接脉冲电流放大器将采集的脉冲信号经过脉冲电流放大器放大，脉冲电流放大器的输出端连接传统局部放电检测仪的输入端，传统局部放电检测仪将信号进行筛选处理后经过输出端输出至宽带示波器进行波形显示。

进一步地，其中，加压单元包括工频滤波器、调压器以及升压变压器，工频滤波器的输入端接入市电，工频滤波器的输出端连接调压器的一次侧，所述调压器的二次侧与升压变压器之间互感方式连接，升压变压器的两输入端子分别与封闭式气体绝缘组合电器的腔体上的两高压端导体连接。

进一步地，UHF传感器输出端并联100k电阻作为测量阻抗，在检测阻抗处设置方波发生器，用来标定局部放电放电量与传统局部放电检测仪上刻度之间的对应关系。

本实用新型与现有技术相比，有益效果在于：该设备可以根据检波信号的特征参数更好地分辨干扰脉冲信号，减小因干扰脉冲产生的误警；该设备不依赖于工频相位，因此还可以应用于直流GIS的局放检测；采用该检波避免了直接对UHF时域信号进行实时采样所需要的超高速采样系统和对庞大数据量的处理，具有更高的实用价值。

该设备在对重要设备的安全运行进行在线监测，方便维护和报警，有的放矢的安排检修，以避免重大事故的发生。进一步地解决了封闭式气体绝缘组合电器GIS（Gas Insulated Switchgear）带来的新问题，例如：GIS结构复杂、制造质量要求高和检修工艺繁多；虽然GIS故障少，但是一旦发生故障，后果相当严重；GIS检修工作比较繁杂，时间长，其停电影响范围较大等。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的设备结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型进行详细地说明：

提取和分析局部放电信号特征参数的最终目的是判断GIS中是否产生了故障，以及存在哪种放电源和确定放电源的位置，以便维修和维护。

造成GIS内发生局部放电的原因往往是多方面的，影响介质性能的缺陷主要有自由金属微粒、导体表面上的金属突起、绝缘子内气泡缺陷、绝缘子表面金属微粒、导体之间电气或机械接触不良或悬浮电位等，为了模拟以上这些缺陷，在设备中中设计了5种故障模型，这5种模型分别是：GIS内部自由金属微粒、高压导体上的金属针尖、绝缘子内部气泡、绝缘子表面金属微粒和浮动电极模型。

如图1所示，本实施例中采用的设备结构示意图，一种封闭式气体绝缘组合电器局部放电检测设备，该检测设备包括加压单元、缺陷模型以及测量单元，其中，加压单元的输出端通过封闭式气体绝缘组合电器的腔体E上的两高压端导体连接，用于在腔体E上加上电压，缺陷模型放入腔体内产生故障缺陷，测量单元包括传统局部放电检测仪K、UHF传感器I、UHF放大器J、宽带示波器L，UHF传感器I安装在待测腔体上，UHF传感器I的输出端通过UHF放大器J连接至一数据采集系统M，UHF放大器J将UHF传感器采集的信号放大传至数据采集系统M，UHF放大器J还连接有宽带示波器L用于显示检测波形；UHF传感器I的输出端连接有耦合电容F，该耦合电容Ｆ的另一端连接脉冲电流放大器Ｈ将采集的脉冲信号经过脉冲电流放大器Ｈ放大，脉冲电流放大器Ｈ的输出端连接传统局部放电检测仪Ｋ的输入端，传统局部放电检测仪Ｋ将信号进行筛选处理后经过输出端输出至宽带示波器Ｌ进行波形显示。其中，加压单元包括工频滤波器Ａ、调压器Ｂ以及升压变压器Ｃ，工频滤波器Ａ的输入端接入市电，工频滤波器Ａ的输出端连接调压器Ｂ的一次侧，所述调压器Ｂ的二次侧与升压变压器Ｃ之间互感方式连接，升压变压Ｃ的两输入端子分别与封闭式气体绝缘组合电器的腔体Ｅ上的两高压端导体连接，并在升压变压器与封闭式气体绝缘组合电器的腔体之间设置保护电阻Ｄ。

UHF传感器输出端并联100k电阻作为测量阻抗Ｇ，能够确保传感器的输出电压不会过压，在检测阻抗处Ｇ设置方波发生器，用来标定局部放电放电量与传统局部放电检测仪上刻度之间的对应关系。

本实用新型主要用于出厂及现场局部放电检测试验，是判断产品质量和进行绝缘预防性试验的重要项目之一；采用脉冲电流法和超声波检测法测量的原理。测量范围：1.变压器、互感器、电容器、避雷器、电机、电缆、开关及其它高压电器的局部放电定量测试;2.变压器类电气设备局部电源的超声定位;3.配合色谱分析结果,在线检测运行电气设备内部的局部放电信号,确定其是否存在故障性放电,是否应立即退出运行。

在检测时，UHF传感器输出信号经过约10m长50欧姆的同轴电缆，传输到数据采集系统中，并同时使用宽带示波器记录信号波形。在数据采集系统的频带300MHz～1500MHz，信号增益40dB。当在220kV GIS试验装置的高压导体针尖模型上施加100kV交流工频电压后，传统局部放电检测仪实测的局部放电量为3.3pC。对PD UHF实测数据进行傅立叶变换后，获得频谱图；

腔体是可抽真空、充SF6气体、排气和设置故障模型的GIS实体。外腔体为钢质结构，其中包括导电杆、腔体主体、盆式绝缘子和高压套管等部件。腔体三相共体，试验时一相加压，另两相接地。该GIS实体实物高度约1700mm，具有五个盘式绝缘子和四个大小不等的气室，最大气室的长度为1200mm，最小气室为实验腔，长度为450mm，每个气室都安装了自封阀门，可以方便地充气和排气。每个气室的侧面都有一个操作手孔，可以人为地设置局部放电故障模型。UHF传感器为圆盘式。

本实用新型包括无局部放电高压电源，无局部放电高压电源包含若干个相同的无局部放电单元和均压装置,若干个相同的无局部放电单元串联叠积式布置，

为了验证该检测设备，将5种故障模型：GIS内部自由金属微粒、导体上针尖、绝缘子内部气泡、绝缘子表面金属微粒和浮动电极模型。针对5种故障模型进行了局部放电超高频信号的检测试验研究，记录了不同故障模型下局部放电信号的时域波形和包络波形，并对其包络特征和频谱特性进行了分析；发现不同故障模型产生的局部放电时域信号及其包络特征有较大差异。

采用该设备对220kV GIS实体模型局部放电试验实施步骤如下：

1）检查GIS实体表面是否正常，清理GIS腔体内部，以防止以前做实验有遗留物体未取出；

2）将GIS实体的高压端导体与实验室的升压变压器相连接，并保证牢靠；

3）对各个实验设备和装置进行接线；

4）检查所有接地线是否准确牢靠接地；

5）在GIS实体的腔体内放置预先设定好的局部放电模型；

6）在检测阻抗处加上方波发生器，用来标定局部放电放电量与局部放电检测仪上刻度之间的对应关系；

7）在空气中，正常大气压下加电压，注意观察局部放电仪，一旦出现局部放电信号就停止加电压，记录下来该种局部放电模型产生局部放电的起始放电电压；

8）如果可以测到一定的起始放电电压和局部放电量，就可以将空气换成SF6气体；

9）在空气中测到起始放电电压之后，不要移动模型的位置，将腔体的盖板盖好，所有螺丝都用相同的力度拧紧，将真空泵接到该腔体的阀门上，启动真空泵对该腔体抽真空约10分钟左右，直至腔体上的气体压力表指示在-0.1Mpa以下；

10）取下真空泵的接头，换成SF6气体罐的接头，慢慢注入SF6气体到0.61Mpa。有的放电故障模型非常细小，而且与高压导体的距离会直接影响放电电压，因此不能太快注入气体，以免将模型吹走；

11）在SF6气体中，局部放电的起始放电电压大约是在空气中的4倍左右，用宽带示波器记录下局部放电波形。每次的数据记录包括UHF时域信号和包络检波信号，UHF时域信号可用来分析局部放电信号的频域特征。

大量重复的试验表明，同一缺陷模型所产生的局部放电时域信号特征大致相同，包络也大致相同；不同的缺陷模型所产生的局部放电时域信号波形特征不同，其包络形状也不同。因此可以提取包络信号的特征参数，进行缺陷的模式识别。

Claims (4)

1.一种封闭式气体绝缘组合电器局部放电检测设备，其特征在于，该检测设备包括加压单元、缺陷模型以及测量单元，其中，加压单元的输出端通过封闭式气体绝缘组合电器的腔体上的两高压端导体连接，用于在腔体上加上电压，缺陷模型放入腔体内产生故障缺陷，测量单元包括传统局部放电检测仪、UHF传感器、UHF放大器、宽带示波器，UHF传感器安装在待测腔体上，UHF传感器的输出端通过UHF放大器连接至一数据采集系统，UHF放大器将UHF传感器采集的信号放大传至数据采集系统，UHF放大器还连接有宽带示波器用于显示检测波形；UHF传感器的输出端连接有耦合电容，该耦合电容的另一端连接脉冲电流放大器将采集的脉冲信号经过脉冲电流放大器放大，脉冲电流放大器的输出端连接传统局部放电检测仪的输入端，传统局部放电检测仪将信号进行筛选处理后经过输出端输出至宽带示波器进行波形显示。

2.按照权利要求1所述的封闭式气体绝缘组合电器局部放电检测设备，其特征在于，其中，加压单元包括工频滤波器、调压器以及升压变压器，工频滤波器的输入端接入市电，工频滤波器的输出端连接调压器的一次侧，所述调压器的二次侧与升压变压器之间互感方式连接，升压变压器的两输入端子分别与封闭式气体绝缘组合电器的腔体上的两高压端导体连接。

3.按照权利要求1所述的封闭式气体绝缘组合电器局部放电检测设备，其特征在于，UHF传感器输出端并联100k电阻作为测量阻抗，在检测阻抗处设置方波发生器，用来标定局部放电放电量与传统局部放电检测仪上刻度之间的对应关系。

4.按照权利要求1所述的封闭式气体绝缘组合电器局部放电检测设备，其特征在于，缺陷模型包括自由金属微粒、高压导体上的金属针尖、绝缘子内部气泡、绝缘子表面金属微粒和浮动电极。