基于uhf的gis局放检测方法研究

基于uhf的gis局放检测方法研究

0指导现场设备检修局部勘探可以发现gis内部的早期缺陷，避免发展，识别和诊断能源类型对于确定隔离和生成的位置和电力的严重程度非常重要，并指导现场设备的维修。现已有以该技术为基础的局放检测产品应用于现场。本文增加了有代表性的局放模型,并在实验中利用研制出的新型传感器检波输出对局放模型进行了放电特性的分析,并根据结果建立了一个基于时域检波波形的GIS故障局放识别库,为下一步的研究和现场测试提供了依据。1传感器1.1uhf天线及检波器信号模型由于电磁波在GIS内部传播时会发生多次折反射,同时,GIS筒壁也会对电磁波的传播带来不利影响,所以增加了外部传感器检测电磁波的难度。因此传感器性能的好坏直接影响到UHF信号的提取及放电信号的识别。UHF传感器接收局放信号的关键器件是UHF天线和放大器,而判别局放信号类型的关键器件是检波器。为了使传感器尽可能多的接收有用电磁波信号且避开空气中的电晕干扰信号,天线的工作频带须是宽频带,天线的最低工作频率≮300MHz,因此天线选择等臂螺旋天线(见图1),并通过巴伦馈电装置馈电,使天线的阻抗和馈线的阻抗匹配。由于从盆式绝缘子处辐射的UHF信号很微弱,且UHF信号在传输中衰减很严重,需采用低噪音/高增益的UHF放大器来放大天线接收局放信号。UHF放大器可获取较多的局放信号,为检波输出提供较多的UHF分量,使检波输出尽可能反应出局放的状态。从图2UHF放大器的频率特性曲线可知,研制的UHF放大器的增益在300～1500MHz较平坦,增益约40dB,UHF放大器可满足接受一定信号的要求。1.2检波信号的分离检波原本指从高频载波信号中取出低频调制信号,这里指将UHF振荡信号的高频成分滤除,仅保留信号的幅值和相位信息。UHF脉冲信号包含了丰富的表征放电类型、强度、局放源及传播途径等信息,检波要损失其中一部分信息。即使如此,检波信号依然保留了大量重要的PD信息,如PD脉冲峰值、相位、脉冲重复率等。UHF信号经检波输出后得到一个缓慢变化的包络信号,其幅值与UHF信号的峰值相对应,反映了局放UHF信号的大小和形状,并结合了工频相位信号,得到放电脉冲的相位分布。根据检波信号在工频信号上的相位分布及检波信号的波形特征,进行绝缘缺陷局放类型的识别。因此检波器是检波波形识别的关键器件。2测试安装2.1实验电源测试试验采用了常规局放检测法并联测试回路与UHF测试回路相结合的综合测试系统。常规局放法用来检测试品的放电量q。由于常规法检测局放信号较灵敏,因此可作为UHF检测法初期局放信号的参考。实验电源由自耦调压器输出后接到YDTW15/150150kV无晕工频高压试验变压器上。测试系统接线见图3。试验时,可通过衰减表笔从变压器的测量端(150V)提取到示波器输入端。本文采用LeCroy574A示波器,最高采样频率4GHz,其工作频带0～2GHz。各种放电模型置于封闭的筒体内来模拟GIS局放,箱体外壳接地形成屏蔽结构。超高频探头置于模型筒体附近可提高检测灵敏度及减少外部干扰。2.2检波波形的判别放电模型模拟实际现场中GIS可出现的放电缺陷。试验中常见类型有:高压导体上的金属尖刺、高压导体接触不良、盆式绝缘子上金属颗粒。但现场还可能出现接地体或屏蔽之间接触不良性质的放电,目前很多文献并未涉及这种类型的放电。初步试验证明其放电信号的检波波形有着同其它波形不同的特征,因此,本文把接地体接触不良作为局放类型中的一种判别。另外GIS中的颗粒也是造成绝缘子性能下降的原因,颗粒的存在使局部场强集中,形成局部高场区引起电离,产生的电荷附着在绝缘子表面上又进一步加强了局部电场,从而开始更强的电离,直至出现闪络。研究表明,不同材料、形状的颗粒对绝缘影响不同,其中金属颗粒危害最大。因此,本文研究了不同形式金属颗粒造成的局放特征。试验包括:自由金属颗粒群、固定金属颗粒对、单个金属颗粒。时域检波波形的判别内容包括:检波波形的形状、放电脉冲的密集程度、放电脉冲的幅值、放电脉冲随电压升高的变化、模型的q。具体模型见图4。3结果3.1针板电极uhf信号特性该类缺陷是尖对板放电类型,属极不均匀电场,是典型的电晕放电,因此采用针板模型进行模拟,筒内SF6气体压力为0.25MPa,针板电极的间隙距离20mm。如图5。电晕放电的UHF检波信号具有显著的不对称性,负半周的放电幅值明显高于正半周幅值,电晕放电的UHF信号波形具有明显的特征,放电脉冲十分密集,很难相互区分,且由于放电脉冲的相互重叠,使UHF的检波信号波形状若山峰。放电脉冲的幅值<500mV;放电量Q<100pC。随外加电压的升高,放电脉冲幅值略有增加,脉冲个数变得密集,Q略有增加。3.2高压导电接触不良引起的放电试验中采用两个M10的螺母造成与高压导体接触不良,两个螺母之间的间隙0.8mm,用于模拟高压导体一点接触不良。试验中GIS模型内SF6气体压力为0.25MPa。图6为测量结果,上曲线为UHF的检波输出信号,中为参考电压,下为常规检测局放信号。高压导体接触不良导致的放电,由于间隙基本固定,其放电波形、放电相位φ及Q很有规律性。放电的间歇性很大,随电压升高,出现稳定的放电脉冲,并可听到较强的放电声。检波信号是规则的脉冲波形,幅值和间隔均匀,随作用电压Ucc的升高,脉冲幅值基本稳定在0.5～1V,Q基本不变,主要是因为放电间隙固定的原因,但放电次数随电压的升高而增多(见图6(a)(b))。φ均在工频正、负半周的上升沿,且正、负半周对称。3.3试验结果测量试验中采用4个M10的螺母造成与高压导体及两螺母之间接触不良,将有3个间隙,每个间隙的距离在0.5～1mm之间,用于模拟高压导体多点接触不良。试验中GIS模型内SF6气体压力为0.2MPa。图7为试验的测量结果,上、中、下曲线同图6。由图7可知,多点接触不良时的UHF检波信号是规则的脉冲波形。随Ucc升高,脉冲幅值稳定在0.5～1V,q基本不变,但放电次数随电压升高而增多(见图7的(a)(b))。放电相位均在工频正、负半周的上升沿,且正、负半周对称。相位特征与图6放电特征一致。多点接触不良时放电的Q约在3200pC,和一点接触不良放电相比,Q加大,且其一旦出现放电则放电的脉冲频度很高。当电压再增加时,放电脉冲更加频繁,继续升高电压,被试品出现了击穿现象。因此放电对于绝缘的危害程度与一点接触不良相比,多点接触不良就更加危险。3.4检波脉冲幅值a接地体之间的接触不良造成悬浮电位,采用两个M10的螺母造成与接地电极接触不良,两个螺母之间的间隙为0.8mm。GIS模型内SF6气体压力为0.25MPa。图8为不同电压下的检波波形,上曲线为检波输出信号,中为参考电压,下为常规检测局放信号。接地体之间的接触不良造成的脉冲除了在工频相位正、负半周的上升沿之外,在其下降沿也有,且和上升沿的放电脉冲相比,下降沿的放电脉冲大而稀疏。随Ucc升高,检波脉冲幅值稳定在0.5～1V,Q不变,放电次数增多(见图8(a)、(b)),放电脉冲的幅值略有不等。上升沿及下降沿的Q分别约500pC和1000pC。3.5试验局放的结果筒内充SF6气体压力为0.3MPa,15根直径为0.42mm,长度为7～17mm不等的金属丝放置在盆式绝缘子表面,用于模拟盆式绝缘子上的自由金属颗粒群。试验结果见图9,上、中、下曲线同图8。绝缘盘表面上有金属颗粒群时,局放主要发生在金属颗粒之间,属于悬浮电位体之间的放电。在试验起始阶段,由于金属颗粒群堆积一起,间隙小而多,局放发生在很宽的相位区间,主要在工频参考电压过零点前后;放电脉冲密集且间隔不等,但和电晕放电不同的是仍能区分出一次次的放电脉冲。随Ucc时间的加长,在电场作用下金属颗粒呈规律分布,沿电力线方向排列,放电间隙基本固定,且发生放电的电压有所下降。检波信号仍是规则的脉冲波形,在工频正、负半周的上升沿和下降沿都有φ,且颗粒之间的放电间隙大小不等,因此放电脉冲的幅值参差不齐,有很大的随机性。放电脉冲的幅值约150mV。金属颗粒较小且放电间隙又小,每次的Q较小,最大Q约800pC,且Q随电压的升高和作用时间的增长而变大,与悬浮电位放电的特征不同。3.6放线放电特征间隙为0.2mm金属颗粒对放电测量结果见图10,其上、中、下曲线同图8。可以看出,盆式绝缘子上间隙固定的金属颗粒对之间的放电特征和悬浮电位的放电特征有相同之处,放电间隙Q固定,不随电压升高而升高。放电发生在工频正、负半周的上升沿,且正负半周对称,幅值相等,约200mV。由于其颗粒较小,Q约80pC,脉冲幅值也较小。随外施Ucc的升高,间隙固定的金属颗粒对的放电频度增加(见图10(a)、(b)),这是因为外施电压的增高使电场强度增加,放电的面积增大,有更多的部位出现放电。3.7起始放电电压试验单个金属颗粒放电是发生在金属颗粒和绝缘子表面之间。绝缘子表面电荷的积累特性对放电过程有重要影响。在较大电场作用下才能发生局放,即起始放电电压高。金属颗粒为40mm×15mm×1.3mm大小的铝片,其在盆式绝缘子上发生了放电,试验结果见图11,上、中、下曲线同图8。由图11可知,起始放电电压较高,检波放电脉冲幅值很低,且在刚刚起始时其Q较小,约20pC。随电压升高,其Q增大,且放电过程有很大的不稳定性和随机性。4配置类型识别库通过对