GIS局部放电监测及诊断系统技术交流-课件

概要DMS介绍高压设备的在线监测绝缘监测概念UHF

耦合器PDM概要DMS介绍1DMS介绍DMS介绍2DiagnosticMonitoringSystems(DMS)DMS公司(DiagnosticMonitoringSystemsLtd,UK)是由Dr.ProfOwenFarish,DrBrianHamptonandMrJohnPearson于1993年创立，至今已有你17年的历史；目前DMS公司是美国Qualitrol/Danaher旗下的全资子公司；DMS公司的创始人是超高频局部放电监测技术的发明者，由于他们在高压设备在线诊断及监测方面的卓越贡献，2006年他们受到英国女王的接见和嘉奖；DMS的总部和研发、生产中心在英国Glasgow；DMS公司是第一家商业化采用UHF方法进行局部放电在线监测,是电力设备状态监测领域的先驱者；DMS公司领到了高压设备状态监测的世界潮流。与英国的知名学府的持续合作，确保了技术开发的连续性。DiagnosticMonitoringSystems3DiagnosticMonitoringSystems(DMS)第一套UHF局部放电监测系统于1991年在英国电力公司投入商业运行到现在已经有20年时间；与全球知名的GIS制造商均有长期合作的关系，如：ABB,Areva,Siemens,西开,平开，沈开，平高东芝，韩国现代,三菱,日立,东芝，Ganz，是全球高压设备局部放电在先监测即诊断技术推广使用的先驱者，具有遥遥领先的地位，超过180套投入商业运行的系统使得DMS公司在全球市场占有量达85%以上；DiagnosticMonitoringSystems4DMS公司的业务活动DMS公司是全球唯一的可提供变电站、电厂高压设备在线监测总体解决方案的最有经验的公司；在自行研发、生产的GIS局部放电在线监测、变压器局部放电在线监测、套管、绝缘子在线监测系统、发电机局部放电在线监测的平台上，还可以集成高压电缆局部放电在线监测、常规变电站高压设备综合局部放电在线监测和定位、发电机振动在线监测等，形成变电站高压设备在线监测的总体解决方案；DMS公司还拥有丰富的GIS局部放电、SF6气体、断路器、弧光等综合监测系统地解决方案案例。DMS公司的资深专家团队是一支可以向客户提供局部放电监测诊断专家级服务的最具有实力的团队，曾为国内外的客户提供了大量的专家级诊断服务。DMS公司的业务活动DMS公司是全球唯一的可提供变电站、电厂5DMS服务为客户设计和发展特别的服务状态监测基于超高频的局放监测系统其他状态监测系统（非局放）安装和运行PDM售后服务和技术支持专家分析局部放电并解决故障运行状况回访GIS设备调试期间的局放监测DMS服务为客户设计和发展特别的服务6高压设备的在线监测高压设备的在线监测7局部放电事故现场局部放电事故现场8大家有疑问的，可以询问和交流可以互相讨论下，但要小声点大家有疑问的，可以询问和交流可以互相讨论下，但要小声点9通过对设备运行状态的连续检测，可以对设备在运行中所产生的问题实现早期预警，延长设备的服务年限。在条件成熟时，改变现行的定期检修和维护到状态检修，以节省大量的维护、检修费用。由于GIS较大比例的故障率来自于维护和检修工作，减少不必要的定期维护和检修,可以大大降低设备故障率。由于得到了故障的早期预警，避免了设备故障的扩大和由与GIS击穿事故造成电力系统的事故跳闸的重大损失。通过局放在线监测及诊断系统，运行维护人员可以随时掌握设备的运行状态，不必每时每刻都在担心会出现不可预见的事故。为什么要安装局放在线监测及诊断系统通过对设备运行状态的连续检测，可以对设备在运行中所产生的问题10PDM系统应当安装关键的输电网络中，如电站和主要商业和工业负荷。当设备处于恶劣的运行状态可能有危险发生时，例如周期性过负载。当GIS设备到了老化期，需要延长使用寿命。当怀疑设备存在运行缺陷(系统性故障)，需要监测的。什么时候需要安装PDM系统?什么时候需要安装PDM系统?11GIS故障绝缘缺陷57.3%机械故障18.1%漏气12.4%其他12.3%主要故障原因主要故障发生率:1.8CB/100CB-每年

主要故障原因:绝缘性故障57.3%GIS故障绝缘缺陷机械故障漏气其他主要故障原因12故障率1.8/100CB每年服务年数GIS主要故障GIS主要故障率上升（运行25年之后)故障率1.8/100CB每年服务年数GIS主要故障13246701732271171742151661721892271211963421531943861392074771181903981072618221570200400600800100012001400事故数量0~37~913~1519~2125~服务年限其他维护产生的缺陷设备检修GIS故障数量与服务年限的统计图24670173227117174215166172189214PDM在变电站安装的位置PDM在变电站安装的位置15

超高频局部放电的原理

超高频局部放电的原理

161-导体上的毛刺放电(固定粒子放电)2-管壁上的毛刺放电(固定粒子放电)3-部件松动放电(连接不见接触不良)4-自由粒子引起的放电5-绝缘子表面污秽产生的放电6-绝缘子内部空穴及绝缘件与内嵌件的气泡产生的放电GIS中局部放电的起因超高频局部放电的原理1-导体上的毛刺放电(固定粒子放电)2-管壁上的毛刺放17超高频局放原理超高频局放监测要求局部放电发生在一个封闭的金属室里。局部放电脉冲在金属室里激发多重宽带共振PDM系统采集这些共振超高频信号并作出分析。超高频局放原理超高频局放监测要求局部放电发生在一个封闭的金属18超高频耦合器输出波形waveform100ns封闭金属罐,1m3空气(自由空间)圆柱套管的轮廓(r=5.5)超高频设备导体

E+E-PD脉冲0.5ns超高频局部监测原理超高频输出波形waveform100ns封闭金属罐空气(圆19局部放电监测的原理超高频方法可以固有地屏蔽外部“空气电晕”噪声，因为它是以较低的频率发生。这是因为在SF6

或油“快速”PD脉冲产生比平常“空气电晕”频率更高的强信号。局部放电监测的原理超高频方法可以固有地屏蔽外部“空气电晕”噪20UHF带宽300-3000MHz局部脉冲宽度和频谱

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0.5

1

0

时间

(ns)

局放电流

(A)

T

=0.2ns,q

=540pCT

=2.0ns,q

=540pC

0.001

0.010.111010

6

10

7

10

8

10

9

10

10

频率(Hz)

幅度谱

(normalized)

变压器油里的局放脉冲空气里局放脉冲在超高频里的局放脉冲被强烈削弱超高频局部放电原理UHF带宽局部脉冲宽度和频谱012345621超高频局放监测系统

数字化硬件

数据

数据

数据

-

过滤

-

放大

-

采集UHF传感器

同轴电缆

高压设备

工谱相位同步

软件界面

internet,

LAN

时钟

GPS同步超高频局放监测系统数字化硬件数据数据数据-22绝缘监测概念绝缘监测概念23局放监测的第一个目的 局放监测系统应能连续的

监测设备并能实时地检测到

设备绝缘状态的任何变化

因此，它应能长期的检测到局放信号特性开始产生变化的情况，并发出报警信号。 局放信号参数特性为：脉冲幅度

和脉冲的活跃程度局放监测的第一个目的24局放监测的第二个目的 局放监测系统应能有效的采集和显示数据，将噪音/干扰丛局放信号中准确的分离出来。 局放监测系统应能自动地提供故障类型的信息。 局放监视系统应能够进一步的分析或连接其它的试验设备(如TOF测量)局放监测的第二个目的25信号的分步处理局放监测系统的任务:监测局放的幅度和活跃程度滤除噪音/干扰发出报警信号提供进一步的局放详细信息操作人员的任务进一步对监测结果进行研究决定设备报废/维修信号的分步处理局放监测系统的任务:26

超高频耦合器

超高频耦合器

27窗式耦合器卡式耦合器内置式耦合器GIS超高频耦合器类型超高频耦合器窗式耦合器卡式耦合器内置式耦合器GIS超高频耦合器类型超高28内置式耦合器内置式超高频耦合器内置式耦合器内置式超高频耦合器29卡式耦合器，安装在没有金属屏蔽的绝缘子。外置式超高频耦合器卡式耦合器，安装在没有金属屏蔽的绝缘子。外置式超高频耦合器30ABBELK-3卡式耦合器间隔绝缘子的金属环金属环进入内部的绝缘口ABBELK-3卡式耦合器间隔绝缘子的金属环金属环进入内31耦合器灵敏度定义耦合器灵敏度=V0(v)/E(v.mm-1)=有效高度He(mm)耦合器灵敏度定义耦合器灵敏度32耦合器测量Vc(t)应用FFT得到Vc(f)除以E(f)得到He(f)探测器测量Vp(t)应用FFT得到Vp(f)应用探测校准k(f)得到E(f)输入脉冲探测器(耦合器)输出GTEMcellHeEfffVVpt耦合器探测器输入脉冲探测器(耦合器)输出GTEMcel33耦合器校正台数字化仪PC定时信号注入信号测试耦合器3米长GTEM室耦合器校正台数字化仪PC定时信号注入测试耦合器3米长34©DMSLtd-Page35©DMSLtd-Page3535校准耦合器在一个给定的频率范围内测量它的灵敏度灵敏度=输出(v)/UHF场(v/mm)

=有效高度He(mm)NGC要求:

频率范围 500-1500MHz

平均高度He 6.0mm

校准耦合器在一个给定的频率范围内测量它的灵敏度36超高频耦合器校准超高频耦合器校准37内置耦合器灵敏度图内置耦合器灵敏度图38窗式耦合器灵敏度图窗式耦合器灵敏度图39外置耦合器灵敏度图外置耦合器灵敏度图40

GIS设备的PDM局放在线监测系统

GIS设备的PDM局放在线监测系统

41PDM耦合器典型布局PDM耦合器典型布局42PDM局放在线监测系统传感器PDMEquipmentCabinetOCUPDM局放在线监测系统传感器PDMEquipmentCa43©DMSLtd-Page44a

TDGroup

Company

OCU的安装现场©DMSLtd-Page44aTDGroup44双柜PDM局放在线监测系统机柜移动式单柜双柜PDM局放在线监测系统机柜移动式单柜45Typicalsiteschematic(courtesyofNGC)PDM局放在线监测系统系统图Typicalsiteschematic(courte46深圳大运项目系统图深圳大运项目系统图47深圳大运项目系统图深圳大运项目系统图48局部放电在线监测软件SmartSUB局部放电在线监测软件SmartSUB49绝缘体表面的缺陷PDM局放监测系统数据显示绝缘体表面的缺陷PDM局放监测系统数据显示50

自由金属粒子PDM局放在线监测系统数据显示自由金属粒子PDM局放在线监测系统数据显示51浮动电位PDM局放在线监测系统数据显示浮动电位PDM局放在线监测系统数据显示52灯光手机典型外部噪声源雷达PDM局放在线监测系统数据显示灯光手机典型外部噪声源雷达PDM局放在53局放类型非常复杂,尤其是存在噪声时。需要专业的技能正确区分局部放电的类型。许多设备用户不是局部放电专家，所以分析数据时需要帮助。PDM提供给用户一个专业的软件，它可以成功地对PD信号进行分类。这个系统是DMS的核心产品之一，它优越于所有的竞争对手。PDM局放在线监测系统专家系统类型诊断局放类型非常复杂,尤其是存在噪声时。PDM局放在线监测系统专54DMS专家系统使用各种经验验证过的软件技术来对PD进行分类。先进的ANN运算法则，对PD进行类型鉴定。运算法则移除来自移动手机，开关，光等的干扰。ANN具有一个19年现场和实验数据的数据库。

PDM局放在线监测系统专家系统类型诊断DMS专家系统使用各种经验验证过的软件技术来对PD进行分类。55局放信号噪声粒子电晕放电气室放电浮动电位空隙无定义移动电话雷达噪声马达噪声无定义/缺省数据无定义光step1step2二维和三维放电数据PDM系统仿真神经网络局放信号噪声粒子电晕放电气室放电浮动电位空隙无定义移动电话雷56带有类型判断的事件窗口带有类型判断的事件窗口57局部放电类型的自动诊断局部放电类型的自动诊断58DMS专家系统的主要信号分类算法人造神经网络遗传学算法库模糊逻辑学数据规范系统DMS专家系统的主要信号分类算法59仅使用一个分类算法的问题根据分类器的固有特性，每一个分类器具有不同的优点和缺点。就好比每一个医学专家具有不同的强项和盲区一样。很难找到一个分类器在所有的情况下都可以提供最佳的结果。解决方案是一智能化的方法对每一个分类器的结果进行综合，得出综合结论。就好比医学专家组对疑难病症会诊的综合结果一样。这个结果的准确度，将远高于一个专家诊断的结果的准确度。理论上说，每一个分类器都会出现一些小比例的错误。多个小比例相乘，则错误的概率将会降到非常低的比例。（如4个3%连续相乘，其比例仅为一亿分之八十一）.综合每个分类器的优点，形成综合的分类结论，将远优于每个分类器的结论的准确度。仅使用一个分类算法的问题根据分类器的固有特性，每一个分类器具60Classifier1.Classifier2.Classifier3.CombinationFunctionInputVectorInputVectorInputVectorOutputVector多级分类器系统Classifier1.Classifier2.Clas61

局放信号数据库数据库的采样数据是构建一个有效专家系统的重要因素之一。数据库是用来训练可训练的分类器（如ANNs)和用来构建精确完整的专家系统。数据库必须是真正具有代表性的现实世界数据。局放信号数据库数据库的采样数据是构建一个有效专家系统的重要因62

局放信号数据库数据库必须足够大使得专家系统能够归纳新的没有见过的数据。特征矢量和输出矢量的关系越复杂，就越需要一个更大数量的采样数据来构建一个精确的分类器。DMS数据库包括超过1.8百万的数据样本，

包括实验数据和19年有价值的现场数据。这些现场数据通过一些不同的GIS生产商生成了许多不同类型的GIS。局放信号数据库数据库必须足够大使得专家系统能够归纳新的没有见63特征提取对于不寻常的图形模式识别使用原始数据作为专家系统的输入是不实际，不令人满意的。因此特征精华来自原始数据。特征参数是站在更高的水平上来描述原始数据。特征可以从简单的平均脉冲幅度变化到更高水平上的统计学参数（如不规则的尺度）。特征形成输入矢量到分类器。特征提取对于不寻常的图形模式识别使用原始数据作为专家系统的输64特征提取选取的特征提供足够的信息给分类器映射输入矢量到理想分类是很重要的。同时通过不相关信息不会引入不必要的复杂给分类器。.在设计一个精确的分类器时，选择适当的，描述性的和补充性的特征也很重要。特征提取选取的特征提供足够的信息给分类器映射输入矢量到理想分65特征提取在选择适当的特征方面有许多大家都知道的统计技术。与其他方法一起使用，DMS专家系统使用的最好的特征提取方法是遗传算法。这个方法使用演变作为解决问题的模型。可能存在的解决办法形成一定数量的染色体。这些染色体配对，编译和死亡直到一个适当的方法出现，这个方法作为这些数量中具有支配地位的染色体。特征提取66交叉验证是一个很好的验证技术，用来衡量专家系统的优劣数据库分为两个有代表性的子集。一个训练子集和一个验证子集。训练子集用来设计规则，演变遗传算法和训练ANNs。而验证子集用来测试专家系统的功能。使用交叉验证验证专家系统交叉验证是一个很好的验证技术，用来衡量专家系统的优劣使用交叉67使用交叉验证的专家系统实例局放数据DMS数据库（超过1.8百万实例）分为80%训练数据和20%验证数据。验证子集是整个数据样本的代表。以下代表DMS专家系统的模块化ANN组件功能。它工作时与其它专家系统隔离。准确度是验证子集的准确度，即没有被用来训练ANN的数据。使用交叉验证的专家系统实例局放数据DMS数据库（超过1.8百68NotethisisperformanceofonlytheANNcomponentinisolation举例说明一个分类器对不同信号的分析准确度Notethisisperformanceofon69相同的验证技术用来训练和测试每一个单独的分类器。而各个分类器共同组成了混合系统。这样整个系统都被测试了。举例说明一个分类器对不同信号的分析准确度相同的验证技术用来训练和测试每一个单独的分类器。而各个分类器70从原始输入数据去除噪声。提取各种描述性的和补充性的特征。提取的特征形成一些分类器的输入矢量。使用一个可训练的合并函数合并分类器的输出整个过程通过可执行控制系统被监测。这个系统可以跳过和修改前阶段。可执行控制系统在分类器上作出最后的决定。DMS混合专家系统概要从原始输入数据去除噪声。DMS混合专家系统概要71RawInputNoiseRemovalFeatureExtractionOtherClassifiersModularANNsCombinationFunctionRuleBasedExecutiveControlSystemOutputFuzzyLogicBasedclassifierGeneticClassifierDMS的混合式专家系统工作原理RawInputNoiseRemovalFeature72

总结足够大和具有代表性的数据库。为输入矢量选择最好的特征。使用精心设计的训练和测试技术。智能组合多重分类器。

设计DMS混合系统和构建一个高度精确地分类器需要考虑的重要因素: 总结足够大和具有代表性的数据库。设计DMS混合系统和73

在GIS中监测到的

局放信号的案例

在GIS中监测到的

局放信号的案例

74在运行的监测系统有效的防止了击穿事故的统计结果注：以上统计结果截止到2005年，CIGRE委员会统计在运行的监测系统有效的注：以上统计结果截止到2005年，CI75案例#1-菊城110kVGIS浮动电极放电OCU1B2010-12-28开始的连续性局放发展趋势图

OCU1B2010-12-2822：15开始的连续性局放发展趋势图案例#1-菊城110kVGIS浮动电极放电OCU1B76案例#1-菊城110kVGIS浮动电极放电峰值保持图在线单周期及类型诊断结论：经过PDM局放在线监测系统的数据分析、专家系统判断和现场定位，在110kVGIS1154同城甲线间隔避雷器盆式绝缘子（黄框位置）位置的GIS内部存在一个幅值相当大的浮动电极放电信号，放电信号源的位置大约距离B测试点0.15米左右。建议立即停运该设备，排除设备故障带来的运行风险。案例#1-菊城110kVGIS浮动电极放电峰值保持图在77案例#1-菊城110kVGIS浮动电极放电解体现场照片案例#1-菊城110kVGIS浮动电极放电解体现场照片78案例#2-高新110kV电缆终端空穴放电局放发生记录到第一条历史数据秀高Ⅰ线OCU1-3耦合器2011年7月27日15：15开始出现连续局放信号。

秀高Ⅰ线母线OCU2-1耦合器2011年7月27日监测到局放信号的发展趋势。

DCBA案例#2-高新110kV电缆终端空穴放电局放发生记录到79案例#2-高新110kVGIS空穴放电峰值保持图在线单周期及类型诊断结论及建议：经过PDM局放在线监测系统的数据分析、专家系统判断和现场定位，在秀高I线1612间隔电缆终端（黄框位置）GIS内部存在一个幅值较大的空穴或污秽类绝缘缺陷放电信号，放电信号源的位置大约距离D测试(内锥导管盆子)点0.3米左右。建议立即停运该设备，检查GIS内部黄框位置的A相电缆终端的绝缘件、应力锥等部件和GIS内部绝缘件是否存在污垢及空穴等缺陷。排除设备故障带来的运行风险。案例#2-高新110kVGIS空穴放电峰值保持图在线单80电缆终端解体现场更换下来的内锥导管绝缘子解体后测量到的噪声信号案例#2-高新110kVGIS空穴放电采用Techimp电缆局放测试系统进行局放测试，在A相接地线上也测到幅值约100mV（视在局放量约380pC）的局放信号。2011年8月3日对电缆终端进行了解体，更换全部附件后，局放信号消失。2011年8月16日对更换下来的电缆附件进行局放测试，在内锥导管绝缘子上检测到幅值较大的局放信号，通过X射线检查，发现存在一个较大的空穴和一条裂痕缺陷。电缆终端解体现场更换下来的内锥导管绝缘子解体后测量到的噪声信81案例#3-德隆220kVGIS浮动电极放电案例#3-德隆220kVGIS浮动电极放电82案例#3-德隆220kVGIS浮动电极放电浮动电极放电位置案例#3-德隆220kVGIS浮动电极放电浮动电极放电83案例#4-110kV体育开关站电缆终端缺陷局放定位位置示意图局放信号趋势图案例#4-110kV体育开关站电缆终端缺陷局放定位位置84案例#4-110kV体育开关站电缆终端缺陷局放信号PRPD图局放信号单周期图案例#4-110kV体育开关站电缆终端缺陷局放信号PR85案例#4-110kV体育开关站电缆终端缺陷信号1局放类型信号2局放类型放电信号1最大幅值超过-35dBm，判断局放缺陷发生在GIS电缆终端头的A相附近。放电信号2最大幅值约-49dBm，判断局放缺陷发生在GIS电缆终端的C相附近。案例#4-110kV体育开关站电缆终端缺陷信号1局放类86案例#4-110kV体育开关站电缆终端缺陷立体甲达线A相附件绝缘套管存在9处气孔，套管高压嵌件边缘出现若干气孔及杂质，气孔直径最大超过20mm。信号1缺陷案例#4-110kV体育开关站电缆终端缺陷立体甲达线A87案例#4-110kV体育开关站电缆终端缺陷立体甲园线C相附件绝缘套管存在3处气孔，套管高压嵌件边缘出现若干气孔及杂质，气孔直径最大超过20mm。信号2缺陷案例#4-110kV体育开关站电缆终端缺陷立体甲园线C88案例#5-广教110kVGIS绝缘件沿面放电1996出厂GIS现场测试位置示意图案例#5-广教110kVGIS绝缘件沿面放电1996出89案例#5-广教110kVGIS绝缘件沿面放电所测试的GIS内部存在一个幅值较大的绝缘缺陷放电信号，局部放电信号源的位置大约在测试点D和E位置附近。建议用户尽快对该区域进行开盖并检查，仔细检查该位置的绝缘件和GIS管道内壁，以寻找缺陷。案例#5-广教110kVGIS绝缘件沿面放电所测试的G90案例#5-广教110kVGIS绝缘件沿面放电放电的拉杆案例#5-广教110kVGIS绝缘件沿面放电放电的拉杆91案例#6-清河110kVGIS绝缘件气泡放电隔接气室支持绝缘子位置案例#6-清河110kVGIS绝缘件气泡放电隔接气室支92案例#6-清河110kVGIS绝缘件气泡放电测试的GIS内部存在一个幅值很大的绝缘缺陷放电信号，放电信号源的位置大约距离B3测试点0.30米左右。GIS的这个位置上分布有3个支撑柱。建议用户尽快对该区域进行开盖并检查这些支撑柱以寻找缺陷。案例#6-清河110kVGIS绝缘件气泡放电测试的GI93缺陷的支持绝缘子案例#6-清河110kVGIS绝缘件气泡放电新东北测试现场照片

新东北测试报告

缺陷的支持绝缘子案例#6-清河110kVGIS绝缘件气94案例#7-梧桐110kVGIS浮动电极放电1535梧盐Ⅰ线间隔线路隔离刀浮动电极放电案例#7-梧桐110kVGIS浮动电极放电1535梧盐95案例#7-梧桐110kVGIS浮动电极放电1535间隔线路隔离刀中的局放类型是“部件松动放电”。这种局部放电可以由“部件松动”或“金属部件断裂”所引起。建议在最早的可能的时机对所存在的问题进行检查，以防止由于“潜在的部件损坏”引起事故停电。案例#7-梧桐110kVGIS浮动电极放电1535间隔96案例#7-梧桐110kVGIS浮动电极放电案例#7-梧桐110kVGIS浮动电极放电97案例#8-瑞宝110kVGIS浮动电极放电案例#8-瑞宝110kVGIS浮动电极放电98案例#8-瑞宝110kVGIS浮动电极放电案例#8-瑞宝110kVGIS浮动电极放电99案例#9-横沥220kVGIS盆式绝缘子缺陷220kV横步甲线GIS2526间隔B相盆子案例#9-横沥220kVGIS盆式绝缘子缺陷220kV100案例#9-横沥220kVGIS盆式绝缘子缺陷结论：在B1盆子位置，测量到一个幅值较大的绝缘缺陷信号，建议更换盆式绝缘子。解体更换盆式绝缘子后，进行局放测试，信号消除。案例#9-横沥220kVGIS盆式绝缘子缺陷结论：在B101案例#10-杜鹃110kVGIS浮动电极放电2M电压互感器112PT

#1主变变高1101间隔断路器1M、2M分段1012间隔断路器

案例#10-杜鹃110kVGIS浮动电极放电2M电压互102案例#10-杜鹃110kVGIS浮动电极放电#1主变变高1101间隔断路器结论：2M电压互感器112PT间隔的PT盆式绝缘子（黄框位置）的GIS内部存在一个幅值相当大、密度相当高的浮动电极放电信号，放电信号源的位置大约距离A测试点±0.3米左右。建议立即停运该设备，排除设备故障带来的运行风险。案例#10-杜鹃110kVGIS浮动电极放电#1主变变103案例#10-杜鹃110kVGIS浮动电极放电#1主变变高1101间隔断路器案例#10-杜鹃110kVGIS浮动电极放电#1主变变104案例#10-杜鹃110kVGIS浮动电极放电#1主变变高1101间隔断路器结论：在110kV#1主变变高1101间隔的（黄框位置）的GIS内部存在一个幅值较大、密度相当低的间歇性局部放电信号，放电信号源的位置大约距离D测试点0.6米左右。案例#10-杜鹃110kVGIS浮动电极放电#1主变变105案例#10-杜鹃110kVGIS浮动电极放电#1主变变高1101间隔断路器案例#10-杜鹃110kVGIS浮动电极放电#1主变变106案例#11–

新的400kV变压器（由临近变压器的GIS上安装的耦合器监测到的变压器套管问题）案例#11–新的400kV变压器107套管中气泡产生的局放在100天内的纪录在不同相角下PD幅度和活动频繁度案例#11–

新的400kV变压器套管中气泡产生的局放在100天内的纪录在不同相角下PD幅度和108GIS局部放电监测及诊断系统技术交流-课件109概要DMS介绍高压设备的在线监测绝缘监测概念UHF

耦合器PDM概要DMS介绍110DMS介绍DMS介绍111DiagnosticMonitoringSystems(DMS)DMS公司(DiagnosticMonitoringSystemsLtd,UK)是由Dr.ProfOwenFarish,DrBrianHamptonandMrJohnPearson于1993年创立，至今已有你17年的历史；目前DMS公司是美国Qualitrol/Danaher旗下的全资子公司；DMS公司的创始人是超高频局部放电监测技术的发明者，由于他们在高压设备在线诊断及监测方面的卓越贡献，2006年他们受到英国女王的接见和嘉奖；DMS的总部和研发、生产中心在英国Glasgow；DMS公司是第一家商业化采用UHF方法进行局部放电在线监测,是电力设备状态监测领域的先驱者；DMS公司领到了高压设备状态监测的世界潮流。与英国的知名学府的持续合作，确保了技术开发的连续性。DiagnosticMonitoringSystems112DiagnosticMonitoringSystems(DMS)第一套UHF局部放电监测系统于1991年在英国电力公司投入商业运行到现在已经有20年时间；与全球知名的GIS制造商均有长期合作的关系，如：ABB,Areva,Siemens,西开,平开，沈开，平高东芝，韩国现代,三菱,日立,东芝，Ganz，是全球高压设备局部放电在先监测即诊断技术推广使用的先驱者，具有遥遥领先的地位，超过180套投入商业运行的系统使得DMS公司在全球市场占有量达85%以上；DiagnosticMonitoringSystems113DMS公司的业务活动DMS公司是全球唯一的可提供变电站、电厂高压设备在线监测总体解决方案的最有经验的公司；在自行研发、生产的GIS局部放电在线监测、变压器局部放电在线监测、套管、绝缘子在线监测系统、发电机局部放电在线监测的平台上，还可以集成高压电缆局部放电在线监测、常规变电站高压设备综合局部放电在线监测和定位、发电机振动在线监测等，形成变电站高压设备在线监测的总体解决方案；DMS公司还拥有丰富的GIS局部放电、SF6气体、断路器、弧光等综合监测系统地解决方案案例。DMS公司的资深专家团队是一支可以向客户提供局部放电监测诊断专家级服务的最具有实力的团队，曾为国内外的客户提供了大量的专家级诊断服务。DMS公司的业务活动DMS公司是全球唯一的可提供变电站、电厂114DMS服务为客户设计和发展特别的服务状态监测基于超高频的局放监测系统其他状态监测系统（非局放）安装和运行PDM售后服务和技术支持专家分析局部放电并解决故障运行状况回访GIS设备调试期间的局放监测DMS服务为客户设计和发展特别的服务115高压设备的在线监测高压设备的在线监测116局部放电事故现场局部放电事故现场117大家有疑问的，可以询问和交流可以互相讨论下，但要小声点大家有疑问的，可以询问和交流可以互相讨论下，但要小声点118通过对设备运行状态的连续检测，可以对设备在运行中所产生的问题实现早期预警，延长设备的服务年限。在条件成熟时，改变现行的定期检修和维护到状态检修，以节省大量的维护、检修费用。由于GIS较大比例的故障率来自于维护和检修工作，减少不必要的定期维护和检修,可以大大降低设备故障率。由于得到了故障的早期预警，避免了设备故障的扩大和由与GIS击穿事故造成电力系统的事故跳闸的重大损失。通过局放在线监测及诊断系统，运行维护人员可以随时掌握设备的运行状态，不必每时每刻都在担心会出现不可预见的事故。为什么要安装局放在线监测及诊断系统通过对设备运行状态的连续检测，可以对设备在运行中所产生的问题119PDM系统应当安装关键的输电网络中，如电站和主要商业和工业负荷。当设备处于恶劣的运行状态可能有危险发生时，例如周期性过负载。当GIS设备到了老化期，需要延长使用寿命。当怀疑设备存在运行缺陷(系统性故障)，需要监测的。什么时候需要安装PDM系统?什么时候需要安装PDM系统?120GIS故障绝缘缺陷57.3%机械故障18.1%漏气12.4%其他12.3%主要故障原因主要故障发生率:1.8CB/100CB-每年

主要故障原因:绝缘性故障57.3%GIS故障绝缘缺陷机械故障漏气其他主要故障原因121故障率1.8/100CB每年服务年数GIS主要故障GIS主要故障率上升（运行25年之后)故障率1.8/100CB每年服务年数GIS主要故障122246701732271171742151661721892271211963421531943861392074771181903981072618221570200400600800100012001400事故数量0~37~913~1519~2125~服务年限其他维护产生的缺陷设备检修GIS故障数量与服务年限的统计图246701732271171742151661721892123PDM在变电站安装的位置PDM在变电站安装的位置124

超高频局部放电的原理

超高频局部放电的原理

1251-导体上的毛刺放电(固定粒子放电)2-管壁上的毛刺放电(固定粒子放电)3-部件松动放电(连接不见接触不良)4-自由粒子引起的放电5-绝缘子表面污秽产生的放电6-绝缘子内部空穴及绝缘件与内嵌件的气泡产生的放电GIS中局部放电的起因超高频局部放电的原理1-导体上的毛刺放电(固定粒子放电)2-管壁上的毛刺放126超高频局放原理超高频局放监测要求局部放电发生在一个封闭的金属室里。局部放电脉冲在金属室里激发多重宽带共振PDM系统采集这些共振超高频信号并作出分析。超高频局放原理超高频局放监测要求局部放电发生在一个封闭的金属127超高频耦合器输出波形waveform100ns封闭金属罐,1m3空气(自由空间)圆柱套管的轮廓(r=5.5)超高频设备导体

E+E-PD脉冲0.5ns超高频局部监测原理超高频输出波形waveform100ns封闭金属罐空气(圆128局部放电监测的原理超高频方法可以固有地屏蔽外部“空气电晕”噪声，因为它是以较低的频率发生。这是因为在SF6

或油“快速”PD脉冲产生比平常“空气电晕”频率更高的强信号。局部放电监测的原理超高频方法可以固有地屏蔽外部“空气电晕”噪129UHF带宽300-3000MHz局部脉冲宽度和频谱

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0.5

1

0

时间

(ns)

局放电流

(A)

T

=0.2ns,q

=540pCT

=2.0ns,q

=540pC

0.001

0.010.111010

6

10

7

10

8

10

9

10

10

频率(Hz)

幅度谱

(normalized)

变压器油里的局放脉冲空气里局放脉冲在超高频里的局放脉冲被强烈削弱超高频局部放电原理UHF带宽局部脉冲宽度和频谱0123456130超高频局放监测系统

数字化硬件

数据

数据

数据

-

过滤

-

放大

-

采集UHF传感器

同轴电缆

高压设备

工谱相位同步

软件界面

internet,

LAN

时钟

GPS同步超高频局放监测系统数字化硬件数据数据数据-131绝缘监测概念绝缘监测概念132局放监测的第一个目的 局放监测系统应能连续的

监测设备并能实时地检测到

设备绝缘状态的任何变化

因此，它应能长期的检测到局放信号特性开始产生变化的情况，并发出报警信号。 局放信号参数特性为：脉冲幅度

和脉冲的活跃程度局放监测的第一个目的133局放监测的第二个目的 局放监测系统应能有效的采集和显示数据，将噪音/干扰丛局放信号中准确的分离出来。 局放监测系统应能自动地提供故障类型的信息。 局放监视系统应能够进一步的分析或连接其它的试验设备(如TOF测量)局放监测的第二个目的134信号的分步处理局放监测系统的任务:监测局放的幅度和活跃程度滤除噪音/干扰发出报警信号提供进一步的局放详细信息操作人员的任务进一步对监测结果进行研究决定设备报废/维修信号的分步处理局放监测系统的任务:135

超高频耦合器

超高频耦合器

136窗式耦合器卡式耦合器内置式耦合器GIS超高频耦合器类型超高频耦合器窗式耦合器卡式耦合器内置式耦合器GIS超高频耦合器类型超高137内置式耦合器内置式超高频耦合器内置式耦合器内置式超高频耦合器138卡式耦合器，安装在没有金属屏蔽的绝缘子。外置式超高频耦合器卡式耦合器，安装在没有金属屏蔽的绝缘子。外置式超高频耦合器139ABBELK-3卡式耦合器间隔绝缘子的金属环金属环进入内部的绝缘口ABBELK-3卡式耦合器间隔绝缘子的金属环金属环进入内140耦合器灵敏度定义耦合器灵敏度=V0(v)/E(v.mm-1)=有效高度He(mm)耦合器灵敏度定义耦合器灵敏度141耦合器测量Vc(t)应用FFT得到Vc(f)除以E(f)得到He(f)探测器测量Vp(t)应用FFT得到Vp(f)应用探测校准k(f)得到E(f)输入脉冲探测器(耦合器)输出GTEMcellHeEfffVVpt耦合器探测器输入脉冲探测器(耦合器)输出GTEMcel142耦合器校正台数字化仪PC定时信号注入信号测试耦合器3米长GTEM室耦合器校正台数字化仪PC定时信号注入测试耦合器3米长143©DMSLtd-Page144©DMSLtd-Page35144校准耦合器在一个给定的频率范围内测量它的灵敏度灵敏度=输出(v)/UHF场(v/mm)

=有效高度He(mm)NGC要求:

频率范围 500-1500MHz

平均高度He 6.0mm

校准耦合器在一个给定的频率范围内测量它的灵敏度145超高频耦合器校准超高频耦合器校准146内置耦合器灵敏度图内置耦合器灵敏度图147窗式耦合器灵敏度图窗式耦合器灵敏度图148外置耦合器灵敏度图外置耦合器灵敏度图149

GIS设备的PDM局放在线监测系统

GIS设备的PDM局放在线监测系统

150PDM耦合器典型布局PDM耦合器典型布局151PDM局放在线监测系统传感器PDMEquipmentCabinetOCUPDM局放在线监测系统传感器PDMEquipmentCa152©DMSLtd-Page153a

TDGroup

Company

OCU的安装现场©DMSLtd-Page44aTDGroup153双柜PDM局放在线监测系统机柜移动式单柜双柜PDM局放在线监测系统机柜移动式单柜154Typicalsiteschematic(courtesyofNGC)PDM局放在线监测系统系统图Typicalsiteschematic(courte155深圳大运项目系统图深圳大运项目系统图156深圳大运项目系统图深圳大运项目系统图157局部放电在线监测软件SmartSUB局部放电在线监测软件SmartSUB158绝缘体表面的缺陷PDM局放监测系统数据显示绝缘体表面的缺陷PDM局放监测系统数据显示159

自由金属粒子PDM局放在线监测系统数据显示自由金属粒子PDM局放在线监测系统数据显示160浮动电位PDM局放在线监测系统数据显示浮动电位PDM局放在线监测系统数据显示161灯光手机典型外部噪声源雷达PDM局放在线监测系统数据显示灯光手机典型外部噪声源雷达PDM局放在162局放类型非常复杂,尤其是存在噪声时。需要专业的技能正确区分局部放电的类型。许多设备用户不是局部放电专家，所以分析数据时需要帮助。PDM提供给用户一个专业的软件，它可以成功地对PD信号进行分类。这个系统是DMS的核心产品之一，它优越于所有的竞争对手。PDM局放在线监测系统专家系统类型诊断局放类型非常复杂,尤其是存在噪声时。PDM局放在线监测系统专163DMS专家系统使用各种经验验证过的软件技术来对PD进行分类。先进的ANN运算法则，对PD进行类型鉴定。运算法则移除来自移动手机，开关，光等的干扰。ANN具有一个19年现场和实验数据的数据库。

PDM局放在线监测系统专家系统类型诊断DMS专家系统使用各种经验验证过的软件技术来对PD进行分类。164局放信号噪声粒子电晕放电气室放电浮动电位空隙无定义移动电话雷达噪声马达噪声无定义/缺省数据无定义光step1step2二维和三维放电数据PDM系统仿真神经网络局放信号噪声粒子电晕放电气室放电浮动电位空隙无定义移动电话雷165带有类型判断的事件窗口带有类型判断的事件窗口166局部放电类型的自动诊断局部放电类型的自动诊断167DMS专家系统的主要信号分类算法人造神经网络遗传学算法库模糊逻辑学数据规范系统DMS专家系统的主要信号分类算法168仅使用一个分类算法的问题根据分类器的固有特性，每一个分类器具有不同的优点和缺点。就好比每一个医学专家具有不同的强项和盲区一样。很难找到一个分类器在所有的情况下都可以提供最佳的结果。解决方案是一智能化的方法对每一个分类器的结果进行综合，得出综合结论。就好比医学专家组对疑难病症会诊的综合结果一样。这个结果的准确度，将远高于一个专家诊断的结果的准确度。理论上说，每一个分类器都会出现一些小比例的错误。多个小比例相乘，则错误的概率将会降到非常低的比例。（如4个3%连续相乘，其比例仅为一亿分之八十一）.综合每个分类器的优点，形成综合的分类结论，将远优于每个分类器的结论的准确度。仅使用一个分类算法的问题根据分类器的固有特性，每一个分类器具169Classifier1.Classifier2.Classifier3.CombinationFunctionInputVectorInputVectorInputVectorOutputVector多级分类器系统Classifier1.Classifier2.Clas170

局放信号数据库数据库的采样数据是构建一个有效专家系统的重要因素之一。数据库是用来训练可训练的分类器（如ANNs)和用来构建精确完整的专家系统。数据库必须是真正具有代表性的现实世界数据。局放信号数据库数据库的采样数据是构建一个有效专家系统的重要因171

局放信号数据库数据库必须足够大使得专家系统能够归纳新的没有见过的数据。特征矢量和输出矢量的关系越复杂，就越需要一个更大数量的采样数据来构建一个精确的分类器。DMS数据库包括超过1.8百万的数据样本，

包括实验数据和19年有价值的现场数据。这些现场数据通过一些不同的GIS生产商生成了许多不同类型的GIS。局放信号数据库数据库必须足够大使得专家系统能够归纳新的没有见172特征提取对于不寻常的图形模式识别使用原始数据作为专家系统的输入是不实际，不令人满意的。因此特征精华来自原始数据。特征参数是站在更高的水平上来描述原始数据。特征可以从简单的平均脉冲幅度变化到更高水平上的统计学参数（如不规则的尺度）。特征形成输入矢量到分类器。特征提取对于不寻常的图形模式识别使用原始数据作为专家系统的输173特征提取选取的特征提供足够的信息给分类器映射输入矢量到理想分类是很重要的。同时通过不相关信息不会引入不必要的复杂给分类器。.在设计一个精确的分类器时，选择适当的，描述性的和补充性的特征也很重要。特征提取选取的特征提供足够的信息给分类器映射输入矢量到理想分174特征提取在选择适当的特征方面有许多大家都知道的统计技术。与其他方法一起使用，DMS专家系统使用的最好的特征提取方法是遗传算法。这个方法使用演变作为解决问题的模型。可能存在的解决办法形成一定数量的染色体。这些染色体配对，编译和死亡直到一个适当的方法出现，这个方法作为这些数量中具有支配地位的染色体。特征提取175交叉验证是一个很好的验证技术，用来衡量专家系统的优劣数据库分为两个有代表性的子集。一个训练子集和一个验证子集。训练子集用来设计规则，演变遗传算法和训练ANNs。而验证子集用来测试专家系统的功能。使用交叉验证验证专家系统交叉验证是一个很好的验证技术，用来衡量专家系统的优劣使用交叉176使用交叉验证的专家系统实例局放数据DMS数据库（超过1.8百万实例）分为80%训练数据和20%验证数据。验证子集是整个数据样本的代表。以下代表DMS专家系统的模块化ANN组件功能。它工作时与其它专家系统隔离。准确度是验证子集的准确度，即没有被用来训练ANN的数据。使用交叉验证的专家系统实例局放数据DMS数据库（超过1.8百177NotethisisperformanceofonlytheANNcomponentinisolation举例说明一个分类器对不同信号的分析准确度Notethisisperformanceofon178相同的验证技术用来训练和测试每一个单独的分类器。而各个分类器共同组成了混合系统。这样整个系统都被测试了。举例说明一个分类器对不同信号的分析准确度相同的验证技术用来训练和测试每一个单独的分类器。而各个分类器179从原始输入数据去除噪声。提取各种描述性的和补充性的特征。提取的特征形成一些分类器的输入矢量。使用一个可训练的合并函数合并分类器的输出整个过程通过可执行控制系统被监测。这个系统可以跳过和修改前阶段。可执行控制系统在分类器上作出最后的决定。DMS混合专家系统概要从原始输入数据去除噪声。DMS混合专家系统概要180RawInputNoiseRemovalFeatureExtractionOtherClassifiersModularANNsCombinationFunctionRuleBasedExecutiveControlSystemOutputFuzzyLogicBasedclassifierGeneticClassifierDMS的混合式专家系统工作原理RawInputNoiseRemovalFeature181

总结足够大和具有代表性的数据库。为输入矢量选择最好的特征。使用精心设计的训练和测试技术。智能组合多重分类器。

设计DMS混合系统和构建一个高度精确地分类器需要考虑的重要因素: 总结足够大和具有代表性的数据库。设计DMS混合系统和182

在GIS中监测到的

局放信号的案例

在GIS中监测到的

局放信号的案例

183在运行的监测系统有效的防止了击穿事故的统计结果注：以上统计结果截止到2005年，CIGRE委员会统计在运行的监测系统有效的注：以上统计结果截止到2005年，CI184案例#1-菊城110kVGIS浮动电极放电OCU1B2010-12-28开始的连续性局放发展趋势图

OCU1B2010-12-2822：15开始的连续性局放发展趋势图案例#1-菊城110kVGIS浮动电极放电OCU1B185案例#1-菊城110kVGIS浮动电极放电峰值保持图在线单周期及类型诊断结论：经过PDM局放在线监测系统的数据分析、专家系统判断和现场定位，在110kVGIS1154同城甲线间隔避雷器盆式绝缘子（黄框位置）位置的GIS内部存在一个幅值相当大的浮动电极放电信号，放电信号源的位置大约距离B测试点0.15米左右。建议立即停运该设备，排除设备故障带来的运行风险。案例#1-菊城110kVGIS浮动电极放电峰值保持图在186案例#1-菊城110kVGIS浮动电极放电解体现场照片案例#1-菊城110kVGIS浮动电极放电解体现场照片187案例#2-高新110kV电缆终端空穴放电局放发生记录到第一条历史数据秀高Ⅰ线OCU1-3耦合器2011年7月27日15：15开始出现连续局放信号。

秀高Ⅰ线母线OCU2-1耦合器2011年7月27日监测到局放信号的发展趋势。

DCBA案例#2-高新110kV电缆终端空穴放电局放发生记录到188案例#2-高新110kVGIS空穴放电峰值保持图在线单周期及类型诊断结论及建议：经过PDM局放在线监测系统的数据分析、专家系统判断和现场定位，在秀高I线1612间隔电缆终端（黄框位置）GIS内部存在一个幅值较大的空穴或污秽类绝缘缺陷放电信号，放电信号源的位置大约距离D测试(内锥导管盆子)点0.3米左右。建议立即停运该设备，检查GIS内部黄框位置的A相电缆终端的绝缘件、应力锥等部件和GIS内部绝缘件是否存在污垢及空穴等缺陷。排除设备故障带来的运行风险。案例#2-高新110kVGIS空穴放电峰值保持图在线单189电缆终端解体现场更换下来的内锥导管绝缘子解体后测量到的噪声信号案例#2-高新110kVGIS空穴放电采用Techimp电缆局放测试系统进行局放测试，在A相接地线上也测到幅值约100mV（视在局放量约380pC）的局放信号。2011年8月3日对电缆终端进行了解体，更换全部附件后，局放信号消失。2011年8月16日对更换下来的电缆附件进行局放测试，在内锥导管绝缘子上检测到幅值较大的局放信号，通过X射线检查，发现存在一个较大的空穴和一条裂痕缺陷。电缆终端解体现场更换下来的内锥导管绝缘子解体后测量到的噪声信190案例#3-德隆220kVGIS浮动电极放电案例#3-德隆220kVGIS浮动电极放电191案例#3-德隆220kVGIS浮动电极放电浮动电极放电位置案例#3-德隆220kVGIS浮动电极放电浮动电极放电192案例#4-110kV体育开关站电缆终端缺陷局放定位位置示意图局放信号趋势图案例#4-110kV体育开关站电缆终端缺陷局放定位位置193案例#4-110kV体育开关站电缆终端缺陷局放信号PRPD图局放信号单周期图案例#4-110kV体育开关站电缆终端缺陷局放信号PR194案例#4-110kV体育开关站电缆终端缺陷信号1局放类型信号2局放类型放电信号1最大幅值超过-35dBm，判断局放缺陷发生在GIS电缆终端头的