SF6高压开关学习资料-第八章ppt课件

西安交通大学,高电压技术教研室丁卫东,GIS装置及其绝缘技术,GIS装置及其绝缘技术2007年10月1日,第八章GIS设备的故障诊断,内容,GIS设备的可靠性GIS设备的故障GIS设备故障诊断巡检直流电阻测量SF6气体检测机械性能检测温度检测局部放电检测,GIS设备的可靠性,GIS的可靠性相当高，一般被称为免维护设备，随着技术的发展，其平均无故障时间提高到400-1000年/间隔。采用耐电强度非常高的SF6作为绝缘和灭弧介质高压导体全部在金属封闭外壳之内，不受外界气候和污染的影响SF6基本不发生老化,现代电力系统对GIS可靠性的要求：在电气时代和信息时代，供电可靠性要求越来越高GIS在电力系统中占有一个很重要的位置投资削减造成的延长GIS寿命的要求,GIS系统真的不需要维护吗？不！,合适的GIS故障监测技术,GIS设备的可靠性,持续的监督可以提高设备的可靠性，延长设备寿命,TBM及CBM的概念,GIS设备的故障,根据CIGRE的第二次GIS调查结果被调查GIS的平均投运时间为9年，只有8.4%的GIS运行超过20年全球平均GIS故障率为0.75次/100间隔年大约87%的GIS从未发生故障，约7%发生过1次故障大约20%的故障发生在投运后1年之内断路器、母线和隔离开关是最容易出问题的部分现存GIS的预期寿命大约为30-40年，新安装的GIS的寿命预期为30-50年GIS的年漏气率一般小于0.5%,GIS设备的故障,GIS绝缘事故的数量及绝缘事故的比例,全球平均GIS故障率为0.75次/100间隔年电压等级越高，问题越严重,GIS设备的故障,GIS事故原因统计,绝缘故障、机械故障等，其中绝缘故障超过50%,GIS设备的故障,GIS事故的具体原因,GIS设备故障诊断,主要的故障检测方法巡检直流电阻测量SF6气体检测机械性能检测温度检测局部放电检测,GIS设备故障诊断,巡检,断路器、隔离开关、接地隔离开关以及快速接地隔离开关的位置指示器、闭锁位置是否正常隔离开关、接地隔离开关从窥视孔中检查其触头接触是否正常断路器、避雷器的指示动作次数是否正常密度计、压力表的指示值是否正常在GIS设备附近有无异味、异声设备有没有漏气、漏油的现象所有阀门的开、闭位置是否正常各种指示灯、信号灯的指示是否正常、加热器是否按规定投入或切除保险丝、熔断器的指示是否正常有无发热现象，金属外壳的温度是否超过规定可见的绝缘件，有没有老化，剥落，有裂纹的现象所有照明、通风设备、防火器具是否完好所有设备是否清洁，齐整，标志完善,GIS设备故障诊断,直流电阻测量安装完成之后要测量直流电阻，测量值与制造厂商提供的值进行比较作为故障诊断的手段之一，也可以测量直流电阻，测量直流电阻可以检测到导体接触不良,GIS设备故障诊断,SF6气体检测密度/压力检测泄漏检查水分含量检测分解物浓度检测,GIS设备故障诊断,密度/压力检测,气体的密度、气体的压力p、温度T三者满足如下的方程：,实质上是一个带温度补偿的压力表,GIS设备故障诊断,泄漏检查：密封圈的老化是GIS寿命的一个薄弱环节,泄漏率测算：扣罩法吊瓶法局部包扎法压力降法,GIS设备故障诊断,SF6气体泄漏检测仪：SF6的高耐电强度SF6的高红外吸收能力,电离腔里的气体很稀薄很容易发生电离。当电离腔内不含SF6时，由于气体电离，振荡回路的Q值下降，振荡幅值降低；而当电离腔内的含有SF6时，大量的电子被SF6气体分子所俘获，降低了电离程度，振荡器的振幅亦将回升。测量振荡器的振幅，即可知道被试气体中SF6的浓度。,GIS设备故障诊断,随着SF6气体的泄漏，电极的击穿电压极大提高，通过检测击穿电压的变化监测SF6气体的泄漏。气压的变化大气湿度的变化灰尘,GIS设备故障诊断,参考资料来自NIST的数据库，其中SF6的浓度未知,SF6的吸光度,不透明领域,SF6气体泄漏激光成像系统,GIS设备故障诊断,GIS设备故障诊断,GIS设备故障诊断,GIS设备故障诊断,GIS设备故障诊断,水分含量检测：重量法电解法阻容法露点法GB8905-88；SD305-89；SD306-89；DL506-92；,重量法原理：用恒重的无水高氯酸镁吸收一定体积六氟化硫气体中的水分，并测定其增加的重量。由此计算六氟化硫气体的含水量。操作起来比较复杂，但是最可靠的方法,GIS设备故障诊断,电解法：让含水气体通过一个电解池，电解池内装有两个铑电极，极间有一层P2O5薄膜。当P2O5完全干燥时，极间加直流电压不会有电流通过。而P2O5吸收气中水分后使薄膜导电，将所吸收的水电解而产生H2和O2。由法拉第定律可知，电解所需要的电量就是水分量的度量。,阻容法：通过电化学方法在铝电极表面形成一层氧化铝薄膜，然后再膜上形成一层金属膜，这样两层金属膜之间形成了一个电容器，当氧化铝膜吸收水分之后阻抗发生变化，通过检测阻抗的变化即可确定水分的多少。,GIS设备故障诊断,露点法：露点法的测量系统是一个温度可调的金属镜面，当金属镜面的温度持续降低时，在一定的温度下，水蒸汽开始在镜面上凝结，该温度称为露点。在只有水蒸气一种可冷凝的物质的条件下，露点温度的高低与水蒸汽的分压力直接相关，也就是说，与水蒸气的含量相关。通过测量气体的露点温度可以测定气体的水分含量。,例：,20100Pa,如果充气压力为0.4MPa,则体积浓度为：,GIS设备故障诊断,DP-99露点仪,GIS设备故障诊断,分解物浓度检测：气体检测管、气相色谱仪、移动度计、质谱仪、红外分光光度计、变色膜(dyefilm)、固体电解质传感器、碳纳米管气体传感器,GIS设备故障诊断,机械性能检测,机械性能的衰退对设备寿命的影响很大,测试断路器分、合闸动作时间断路器的分合闸动态曲线断路器的备用行程断路器的分合闸力过程曲线三相断路器的同步性从零压力开始到储满能马达运行时间隔离开关、快速接地开关分合闸操作马达持续电流,GIS设备故障诊断,温度检测,世界最长GIL-Shinmeika-Tokai线的基本情况,GIS设备故障诊断,GIL监测系统GIL本体检测：外壳温度、气体密度、故障定位隧道环境监测：门禁、隧道位移、照明、水位、风扇、天然气管道,GIS设备故障诊断,光纤温度传感器,故障判断准则,传感器的安装方法,GIS设备故障诊断,局部放电(PD)检测电气UHF、IEC60270、箔电极振动加速度计、超声波传感器(AE)光光电倍增管、光电二极管分解气体气体检测管、色谱仪、CNT气体传感器,UHF和AE传感器在国内研究比较多，UHF法的灵敏度比较高，AE传感器使用比较方便，但两种方法有一个共同的缺点，那就是抗干扰性有待提高。传统上，分解气体检测法不能用于检测微弱的局部放电，但随着技术的发展，情况已经有所改变。,GIS设备故障诊断,作为标准局部放电检测法的IEC60270,局部放电测量的基本回路(a)测量阻抗与耦合电容器串联回路；(b)测量阻抗与试品串联回路；(c)平衡回路Zf高压滤波器；Cx试品等效电容；Ck耦合电容；Zm测量阻抗；Z调平衡元件；M测量仪器,GIS设备故障诊断,校准回路,可以直接得到放电量的大小、使用放电的相位图(PRPD)可直观诊断放电类型测量需要高压电容器，因此不方便在现场实施当试品电容量较大时，检测变得困难，故不太适合于GIS现场试验不能被用于局放定位,GIS设备故障诊断,超高频(UHF)法300MHz-3GHz,GIS设备故障诊断,制造厂家：使用内屏蔽电极作为UHF传感器设置专用的UHF传感器接地开关作为UHF传感器运行单位：外被电极法外部天线,GIS设备故障诊断,GIS设备故障诊断,UHF内部传感器,GIS设备故障诊断,GIS设备故障诊断,故障定位,GIS设备故障诊断,外被电极法和外部天线,由于波阻抗不连续，电磁波在绝缘子处发生折反射，故在绝缘子两侧设置薄膜电极可检测出局部放电信号电磁波可从绝缘子的法兰处泄漏出来，故可用线圈在绝缘子的法兰处检测,GIS设备故障诊断,Shinmeika-Tokai线局部放电检测,GIS设备故障诊断,超声波传感器,PD信号AE信号AE传感器AE信号检测、处理及分析系统优点：实时连续监测易进行PD定位高灵敏度-100pC高效、低耗,GIS设备故障诊断,便携式声电检测,GIS设备故障诊断,分解气体检测：气体检测管、气相色谱仪、质谱仪、移动度计、红外分光光度计、变色膜(dyefilm)、固体电解质传感器、碳纳米管气体传感器,扩散型SO2、HF气体检测管,福建电力试验研究院的SO2检测结果,GIS设备故障诊断,红外分光光度计,FTIR的概略和原理,GIS设备故障诊断,部分分解气体的吸光度(光路长度为10cm),定量分析时使用的SF6分解气体的吸收带,GIS设备故障诊断,随着局部放电的进行，部分分解气体的浓度变化,GIS设备故障诊断,移动度计,移动度计的原理,GIS设备故障诊断,分解物浓度检测：,纯SF6,含有1000ppm的SF6分解气体时,峰值时间峰值大小,GIS设备故障诊断,纯SF6,断路器开断一次，峰值大概移动0.4ms,断路器动作前,断路器动作后,GIS设备故障诊断,固体电解质传感器,固体电解质传感器的原理,GIS设备故障诊断,碳纳米管(CNT)气体传感传感器,原理:SF6分解气体分子吸附在CNT表面，引起CNT的导纳发生变化,GIS设备故障诊断,与暴露于PD时类似，SF4、HF也能使传感器的导纳值增加，而且SF4HF,GIS设备故障诊断,GIS设备故障诊断,CNT气体传感器对GIS中PD的基本响应特性,0.1MPaSF6尖-板电极施加电压:10kV-30kV,使用CNT气体传感器能够检测出SF6中发生的局部放电,PD发生传感器导纳增加,GIS设备故障诊断,主要研究结果1.敏感成分引起CNT气体传感器响应的主要SF6分解气体成分是SF4和SOF2，同时HF也能引起CNT气体传感器的响应。实验表明：CNT气体传感器可以检测出1ppm左右的SF4或HF气体。2.灵敏度CNT气体传感器能很好地检测出发生在SF6气体中放电量大小