(高清版)GBT 42287-2022 高电压试验技术 电磁和声学法测量局部放电

高电压试验技术电磁和声学法测量局部放电国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会I Ⅲ 1 1 14局部放电的电磁测量 3 3 3 35局部放电的声学测量 7 75.2传输 7 7 96.1概述 9 96.3声学法 96.4声学-电磁联合法 9附录A(资料性)电磁测量的优点和缺点 A.1优点 A.2缺点 附录B(资料性)声学测量的优点和缺点 附录C(资料性)具体应用 C.1气体绝缘金属封闭开关设备(GIS) C.3声学法 C.4GIS电磁和声学测量的灵敏度核查 C.6变压器 5Ⅱ图2局部放电的电磁测量概述 6 6图C.1通过传播时间测量的缺陷定位 图C.2油/纸绝缘变压器中局部放电电磁和声学检测示例 ⅢGB/T42287—2022/IECTS本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文本文件等同采用IECTS62478:2016《高电压试验技术电磁和声学法测量局部放电》,文件类型1GB/T42287—2022/IECT高电压试验技术电磁和声学法测量本文件描述了电气设备绝缘中局部放电的电磁(高频/下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文GB/T20833.1旋转电机绕组绝缘第1部分：离线局部放电测量(GB/T20833.1—2021,IEC60270高电压试验技术局部放电测量(High-voltagetesttechniques—Partialdischarge——IEC:http://www.electropedia.or局部放电的电磁效应electromagneticeffects2GB/T42287—2022/IECTS局部放电效应的检测和测量detectionandmeasurementofefquency,VHF)及特高频(ultrahighfrequency,UHF)方法；·化学方法。对从传感元件到局部放电测量仪器整个测量系统是否正常工作的核查，通常采用注入人工信号的用于建立局部放电视在放电量[单位为皮库(pC)]与电磁或声学局部放电测量系统测量值(显示3传感器最大输出功率[单位为毫瓦(mW)]与输入电场功率密度[单位为毫瓦每平方毫米传感器输出电压幅值[单位为伏(V)]与输入电场强度[单位为伏每毫米(V/mm)]之有效高度(或长度)的倒数，定义为输入电场短上升沿时间(<1ns)的局部放电脉冲电流会激发出从HF到UHF磁波，并在多种绝缘材料中传播。所产生的UHF如在油中约为2/3×c。或2×10⁸m/s(c。表示真空中的光速),频率范围4.2传输·材料特性及尺寸；·局部放电源和传感器之间的距离。率范围，另一种采用UHF的频率范围。在HF和VHF范围内，通常可以测量电、磁和电磁场(例如4GB/T42287—2022/IECTS5GB/T42287—2022/IECTS·与场强相关，时域测量中心频率试验电压6GB/T42287—2022/IECTS注：UHF传感器的天线特性根据其有效高度(mm)、有效口径(mm²)、天线因子(mm-¹)或天线增益(dBi)来描述。传输性能核查性能核查单端口灵敏度核查注入人工脉冲7GB/T42287—2022/IECTS敏度通过直接与利用IEC60270方法同时检测到的实际局部放电源的视在放电量(pC)比较证明。局部放电声学测量的基础是局部放电源可视作产生声波的点声源。这结构传播并到达设备外表面。不同类型的波具有不同的传播速度，感器来检测声波并将其转换成电信号。局部放电声学相关信号也可由气体绝缘设备(例如GIS)中的自在液体和气体绝缘部件中，辐射声场作为理想球面波(纵向)传播。当到达固·声波的传播模式以及沿局部放电源到传感元件路径传播时所导致的变化；的变化则很小);测量系统能分为接触式和非接触式。为了灵敏地检测高压设备内的局部8·声发射传感器(输出信号与速度成正比),通常具有谐振型的频率特性。传感器分为无源或有源(内置信号放大器)两种类型。通常，传感模块前端的显著信号放大是最有·工作频带的频率特性(谐振型或平坦频率响应·工作温度范围内的温度特性。量化机械压力的主要单位是帕(Pa)。由于压电传感器主要用于将输入的声波转换成与机械压力与UHF方法类似，可在时域或频域中进行声学信号的测量。灵敏度核查旨在验证具体的测量设·步骤1——实验室试验与UHF方法的情况一样，首先进行实验室测试以确定来自真实局部放电缺陷的频谱和信号幅值水平。记录利用待核查传感器及检测仪器获得的声学信号幅值水平。此声学信号与来自真实局部放电接下来，声学测量装置记录来自人工声学发生器的信号。该信号能由声学传感器(压电晶体)的反向法产生(例如，施加阶跃电压脉冲)。如果建立人工信号源的频谱和信号幅值水平与真实局部放电缺9GB/T42287—2022/IECTS·步骤2——现场试验为了在现场验证测量设备的灵敏度和完整性，外壳应采用与实验室相同的激励方式。整个测量系局放源位置。这些方法也称为基于到达时间的定位或传播时间测量。方法当使用基于到达时间的定位方法时，通常应任何基于到达时间的定位过程的重要基础是准确确定脉冲的到达时间，等同脉冲(或当传播通过测试对象时未受影响的特征信号部分)的真实起始时间。人工时间确定(由经验丰时间的方法，测量系统所需的分辨率和到达时间差的准确测量要求会更高。测量系统(包括传感元件)所有的局部放电声学定位都能采用基于信号和/或基于信号到达时间的方法进行。根据高压设备基于到达时间的局部放电定位方法的关键是获得同时记录的足够数量的声由于全声学局部放电测量可能受到微弱的或深度隐藏的局部放电缺陷导致的检测灵敏度降低响，因此采用被触发声学信号的均值来增强声学检测灵GB/T42287—2022/IECTS将电磁与声学测量相结合的另一个重要优点是局部放电联合测试结果具有更高GB/T42287—2022/IECTSGB/T42287—2022/IECTS·无法依据IEC60270校准声信号。GB/T42287—2022/IECTS具体应用经常受外部干扰信号的影响。对于局部放电源定位，VHF法有与UHF法的优点类似，通过测量不同阶反对称(弯曲)波。由于外壳通常由铝或钢制成，信号衰减非常小。然而当信号穿过不同GIS气室之通过外部安装的传感器能检测声信号。通常使用加速度传感器或声发射(AE)传感器进行检测。加速度传感器的输出信号与检测面的加速度(在垂直于传感器底部的方向上)成AE传感器的输出信号与其检测面的速度(在垂直于传感器的底部的方向上)成正比，以谐振方式AE传感器的校准一直是十分重要的主题。虽然这些国外标准可以对来自供应商的传感器起到较好的规范和控制作用，但是并不能评估在GIS上使用此类传感器的可行性。使用AE的方法可以进行缺陷弹跳颗粒产生的声信号频带较宽(>1MHz),并且比固定缺陷例如尖端突起物的预放电所产生的声信号具有更高的幅值。常规仪器的时间分辨率，足够将每个颗粒和减。信号幅度的衰减与从点源到传感器距离的平方根成反比，直到传播至外壳计。对弹跳颗粒进行声学检测的灵敏度通常远高于任何其他诊断方法的灵敏度含颗粒的同一气室上(例如在法兰之间)。该方法在检测位于盆式绝缘子表面的问题。由于环氧树脂浇注件中声波的高衰减，该方法对于检测环氧树脂的内部缺陷(例如气隙)也不是来自尖端突起物预放电产生的声信号是由于在预放电处的局部气体被快上的声源将具有更宽的频带。从气体中的压力波到外壳的声耦合，信号的大入射角。声学检测仪器的时间分辨率较低，不足以检测到每一次气体放电；声学慢，无法区分单个放电。当前使用声学传感器的时间常数与外壳的机械响声生具有50/60Hz或100/120Hz包络的连续信号。最终的峰值信号水平取决于外壳的长度以及传感器信噪比取决于传感器的类型和使用的信号调理方法。声学法可以忽略变电站中的电磁噪声影响。C.4.1概述GB/T42287—2022/IECTSUHF系统的灵敏度核查可确保UHF系统能够检测到5pC及以上幅值视在放电量(根据侧的内部耦合器。通过传播时间测量技术，基于到达两个耦合器波前时间的时间差放电源的位置。两个耦合器观察到的时间差通常在数十纳秒(n图C.1通过传播时间测量的缺陷定位耦合器1和局部放电源之间的距离可以使用公式(C.1)进行计算：△t——信号到达耦合器2和耦合器1的时间差值。C.4.6信号衰减分析信号衰减的影响，则能将其应用于局部放电定位。UHF信号衰减的典型值：在直行母线管中为C.4.7声学定位法源时，信号通常会更强。当移动至下一个气室时(例如越过绝缘子或法兰),信号将显著下降。壳中的声信号传播是高度色散的。弯曲波是最重要的波分量，其传播速度在10kHz~100kHz的频率范围内从低于约1000m/s～3000m/s变化。此外，在气体中声信号的吸收 对大多数常见的GIS局部放电缺陷敏感；检测自由移动颗粒的灵敏度远高于任何其他诊 额定电压3.3kV及以上的定子绕组中由于多种原因会出现局部放电。当前大多数定子绕组中的绝缘材料是由用环氧树脂或聚酯树脂粘合在一起的云母纸带层制成。由于以·电机负载的周期性变化，导致绝缘内存在剪切应力。与大多数其他类型的设备不同，额定电压3.3kV及以上的定子绕组在运行期间总是表现出连续通常定子中由于存在大量的局部放电源，定子绕组中每秒产生的局部放电局部放电脉冲具有数纳秒的上升时间。如GB/T20833.1中所述，这些电流脉冲通过定子槽中定义明确的瞬态阻抗以及定子端绕组中复杂的电感一电容网络。因此局部放电脉冲会得局部放电电流从局部放电源到经常测量局部放电的电机端子的传输非常复定子绕组中的大多数离线局部放电测试是根据GB/T20833.1在低频范围内完成，以最大限度地减少局部放电脉冲通过定子绕组后的衰减。定子绕组的大多数在线局部放电测试是在VHF范围或更用于旋转电机定子绕组的电磁传感器，最常见的VHF传感器是电容传感器。通常它们用在来确定脉冲的发源方向。采用这种方式能够利用脉冲到达两个传感器的相对有时定向电磁耦合器作为另一种VHF传感器用于旋转电机，被称为定子槽耦合器。它安装于工作在高压状态线棒的定子槽中(此处最易发生局部放电)。耦合器检测到定子间<6ns的非振荡脉冲。相对应的，被检测到的噪声或来自槽外部的局部放电是宽度>8ns的振荡型通常将持续时间较短(<10ns宽)的脉冲注入电机端子来进行性能核查。最好使用内部阻抗小于几欧姆的脉冲发生器，并确保所有信号线和接地引线长度<50cm。检测到的信号幅值宜记录在示波器上。对于定子绕组上的所有局部放电传感器，检测到的脉冲幅值应大致相同频率响应，使得pC级的校准变得困难并且高度依赖于绕组特性和局部放电传感器的频率范围(见开口),因此可有效地抑制外部干扰。UHF电磁波的传播速度取决于得到的E,估计约为2/3×c。或外壳(图C.2b)中虚线],到达变压器外壳后会产生更复杂的模式和传播路径(图C.2b)中实线，显示了成正比。因此，局部放电声学测量实际可用的频率范围，由声波通过材料时的过度衰减决定了其上安装在变压器外壳上的压电传感器的工作频率范围在10kHz～300kHz之间。变压器油工作温度在50℃和80℃之间时，油中声速变化范围大约为1240m/s~1300m/s。传感器1传感器1变压器中局部放电源的定位分为两个主要工作。首先是获取尽可能敏感同通常使用多个测量信号的传播时间来计算信号源位置。这种方法通常被称为三角定位法(见MM传感器3传感器2PD电信号在变压器/电抗器内，局部放电能视为在均匀介质中辐射声波和电磁波的点源(例如使用平均声源点相交[图C.3b]]。这个方法需要一个定义局部放电发生瞬间的信号，其在数a)仅使用局部放电声学信号的全声学局部放电定位；b)使用局部放电声学信号结合局部放电电磁或电信号的声学一电磁联合局部放电定位；c)仅使用变压器安装的UHF传感器上的多个局部放电电磁信号的全电磁局部放电定位。挤包电缆的生产质量由制造商依据相关标准进行常规试验确定。现场安装附件有引入缺陷的一定显。局部放电脉冲沿着电缆传播时会严重衰减。局部放电快脉冲波形的上升沿约为几纳秒，因此具有量仅约为其初始频谱能量的10%。因此，对于长电缆(>500m),为了获得更好的测量精度并覆盖更长高频信号的衰减随着电缆长度的增加而变大，因此挤包电缆系统末端有效的局部放电测量和定位被限制在大约2km长度范围内。当使用直接安装在电缆附件处的传感器进行局部放电检测时，高频信号的衰减可以达到预期的降噪效果。无论选取怎样的传感器，局部放电测量宜在所有电缆附件上同可以使用不同种类的局部放电传感器直接在附件上检测局部放电。它们是基于电容式的(例如同极等附件的构成元件能用作传感器，这个结构的高压性能不受影响，尤其下。电容性电流通常由电力电缆的半导电层分流，使之产生一阶现接头内部局部放电缺陷的精确定位。精确的定位不仅需要第二个传感器，为了实现附件内部局部放电缺陷的精确定位，需要双传感器进行UHF局部放电检测。沿着电缆传播的高频脉冲在电容传感器的工作频率范围内严重衰减，因此通过评估从局部放电源到测量点的脉当使用分布式局部放电传感器开展同步局部放电检测时，准确地测量每个传感器信号的到达时间如果在接头处只安装一个电容式传感器，是无法进行现场校准的。电感式局部放电传感器对磁场较为敏感。如果没有内置式局部放电传感器DCS是一种无源RF器件，它根据脉冲传播方向将能量耦合到不同的输出端口。使用特殊设计的感应电极和两个同轴输出端口，DCS即可应用于高压电缆的局部放电检测。由于传感电极完全屏DCS有两个基本特性参数，其中耦合衰减对应传感器的灵敏度不同耦合配置的逻辑组合可以清楚地对信号的源进行分类，从而在区分开来。为了实现高灵敏度以及高方向性，通常将传感器调节到符合高压电缆的特性并直接安装在号处理(每个接头4个通道，UHF)比单通道信号处理更昂贵。此外，根据现场接头处的电容式或电感式传感器检测到的噪声水平，无需更复杂(且更昂贵)的局部放电传感器。DCS适用于接头和GIS终运行电压下在电缆附件外部应用UHF传感器也可以实现几个pC的局部放电检测灵敏度。如果在电缆终端上安装UHF传感器，每一个传感器都嵌入基板和地之间的支柱绝缘子中。传感GB/T42287—2022/IECTS个脉冲的一半。两个脉冲在远离局部放电源的两个方向上传播。局部放电测量局部放电脉冲在接头处也会发生部分反射，这是由于接头的设计和材料导致波阻抗的轻微变化。包含位于电缆附