專利名稱：一種適用于現(xiàn)場的沖擊電壓下gis局部放電檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā) 明屬于高頻大電流檢測技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種GIS局部放電檢測方法，尤其是 一種通過容性試品(GIS)在沖擊電壓下產(chǎn)生的位移電流檢測來發(fā)現(xiàn)試品內(nèi)部局部放電的 方法，適用于超高壓GIS設(shè)備的現(xiàn)場局部放電檢測。
背景技術(shù)：
(Gas-insulated metal-enclosed switchgear, GIS) 是目前電力系統(tǒng)中最重要的設(shè)備之一，其運行可靠性直接關(guān)系到電網(wǎng)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。通 常GIS (氣體絕緣組合電器)在工廠中制造、試驗之后，是以運輸單元的方式運往安裝工地 的。設(shè)備在運輸、儲存和安裝中可能發(fā)生的問題有零部件松動、脫落，電極表面刮傷或安裝 錯位引起的電極表面缺陷，導(dǎo)電微粒進入或工具遺忘在裝置內(nèi)等。上述意外因素均會導(dǎo)致 絕緣故障，相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，GIS的絕緣事故中約有2/3發(fā)生在未進行過現(xiàn)場耐壓試驗的 設(shè)備上?，F(xiàn)場耐壓試驗的目的是檢查總體裝配的絕緣性能是否完好，因此GIS在現(xiàn)場組裝 后必須進行現(xiàn)場耐壓試驗。近年來，局部放電測量已成為GIS絕緣監(jiān)測的重要手段。GIS在作現(xiàn)場交流耐壓試 驗的同時測量局部放電，對發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場安裝完成后設(shè)備的絕緣缺陷發(fā)揮了重要作用，國家標 準和電力行業(yè)標準均對GIS的現(xiàn)場試驗及局部放電檢測方法給出了具體的規(guī)定，可以說對 GIS進行工頻耐壓及局部放電測量的方法和技術(shù)已達到比較成熟的階段。然而，隨著設(shè)備電 壓等級的不斷提高，對于高電壓等級設(shè)備的工頻耐壓試驗與沖擊耐壓試驗的等效性已不能 滿足要求。研究發(fā)現(xiàn)，SF6氣體中的隱患對于不同的電壓波形其靈敏度不同。工頻耐壓試 驗對檢查介質(zhì)污染、SF6氣體受潮等引起的絕緣擊穿相當靈敏，但對于金屬表面有劃痕，導(dǎo) 體表面狀態(tài)不良等靈敏度不高，隱患不易發(fā)現(xiàn)。而在沖擊耐壓試驗下，由于極不均勻電場擊 穿時電暈穩(wěn)定化作用差，因此，沖擊試驗對檢查固定金屬微粒、零件遺留在GIS設(shè)備內(nèi)部、 屏蔽罩安裝不當?shù)惹闆r非常有效。因此GIS設(shè)備雖然做過交流耐壓試驗還不足以發(fā)現(xiàn)所有 隱患。此外，對于某些缺陷，工頻電壓雖然可以激發(fā)、暴露缺陷但由于其持續(xù)性的特點也同 時會使缺陷進一步擴大，從而給設(shè)備造成更大的損傷。沖擊電壓由于其一過性的特點，在激 發(fā)、暴露缺陷的同時，并不會擴大缺陷。因此根據(jù)相關(guān)規(guī)程規(guī)定，針對GIS設(shè)備現(xiàn)場交接試 驗進行沖擊電壓特別是操作沖擊電壓試驗并在本項目研究的基礎(chǔ)上同時進行沖擊電壓下 局部放電的檢測以便更有效地發(fā)現(xiàn)缺陷就是一個迫切需要解決的問題。本方法的提出的另 一個有利條件是IEC60060-3對電力設(shè)備做現(xiàn)場沖擊耐壓試驗所使用的雷電沖擊、操作沖 擊波形做了明確規(guī)定，推薦的波形具有產(chǎn)生效率高因而適合現(xiàn)場使用又具有和實驗室相應(yīng) 波形的一致性因而便于對結(jié)果進行比較的優(yōu)點，這也是本方法的提出與以后實施的重要標 準基礎(chǔ)?；谝陨希谶M行GIS現(xiàn)場沖擊電壓試驗的同時進行局部放電測量對于及時發(fā)現(xiàn) 內(nèi)部隱患，確保設(shè)備安全運行具有重要的實際意義。因此，沖擊電壓下局部放電測量技術(shù)具 有重要的工程應(yīng)用價值。為了不影響GIS現(xiàn)場沖擊電壓試驗的回路參數(shù)，本方法提出采用一種非電連接的方式，從試驗回路接地線上的位移電流上取得局部放電信號。另外，目前利用上述方法對局部放電的測量處于定性階段，對GIS內(nèi)部缺陷的嚴重程度，沖擊電壓下的局部放電量以及缺陷類型的識別不能確定的給出。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供一種適用于現(xiàn)場的沖擊電壓下 GIS局部放電檢測方法，該方法能夠有效的檢測超高壓GIS設(shè)備的絕緣狀況，以補償工頻下 局放測量方法的局限性。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來解決的這種適用于現(xiàn)場的沖擊電壓下GIS局部放電檢測方法，其特征在于，包括以下步 驟1)首先采用高頻電流傳感器分別檢測絕緣狀態(tài)正常的以及存在絕緣缺陷的GIS 設(shè)備在沖擊電壓下的接地電流信號，將接地電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，提取電壓信號上疊 加的局部放電脈沖，建立沖擊電壓下局部放電脈沖特征數(shù)據(jù)庫；2)再采用高頻電流傳感器檢測待測GIS設(shè)備在沖擊電壓下的待測接地電流信號， 將待測接地電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，提取電壓信號上疊加的局部放電脈沖，通過與特征 數(shù)據(jù)庫對照來檢測待測GIS設(shè)備的絕緣狀況。上述步驟1)中，存在絕緣缺陷的GIS設(shè)備是指將GIS設(shè)備使用中出現(xiàn)并統(tǒng)計到 的所有絕緣缺陷類型，設(shè)置在絕緣狀態(tài)正常的GIS設(shè)備中，從而制備出多種帶有不同絕緣 缺陷類型的GIS設(shè)備模型。上述步驟1)中，提取位移電流信號上疊加的局部放電脈沖方法為將接地電流信 號通過數(shù)字高通濾波器進行濾波處理，濾除容性位移電流信號，得到局部放電脈沖信號。步驟2)中，采用非電連接的羅氏線圈電流傳感器，與現(xiàn)場沖擊耐壓試驗同時進行 局部放電檢測。步驟2)是在GIS設(shè)備出廠試驗或現(xiàn)場安裝試驗中進行的。以上所述高頻電流傳感器采用羅氏線圈電流傳感器，所述羅氏線圈電流傳感器穿 套在沖擊電壓耐壓試驗回路的待測GIS設(shè)備接地線上，將接地電流信號轉(zhuǎn)化為電壓信號， 并使用同軸電纜將電壓信號傳輸至后級的信號處理系統(tǒng)。上述羅氏線圈電流傳感器采用百兆級工作頻率及高初始磁導(dǎo)率的Ni-Zn磁芯。本發(fā)明具有以下有益效果1)本發(fā)明的檢測方法與現(xiàn)場的沖擊耐壓試驗同時進行，不必另行試驗，有效減少 了試驗次數(shù)；2)本發(fā)明采用非電連接的方式獲得沖擊電壓在GIS試品上產(chǎn)生的接地位移電流 信號，不改變原有的沖擊耐壓試驗的回路參數(shù)，極大提高了試驗效率；3)本發(fā)明對被測GIS設(shè)備的絕緣損傷相比現(xiàn)有的工頻電壓下局部放電檢測要小， 保證了 GIS設(shè)備的安全；4)本發(fā)明是針對在超高壓GIS設(shè)備，特別是750kV以上電壓等級的GIS設(shè)備的絕 緣狀況診斷，對工頻電壓下不能有效發(fā)現(xiàn)的缺陷具有較好的檢測效果，彌補了工頻局部放 電檢測方法的局限性，對提高電力系統(tǒng)運行的安全性和可靠性具有重要意義。


圖1為本發(fā)明中使用的標準沖擊電壓波形(部分)，其中(a)為20/100ys標 準雷電波；(b)為20/100 μ s, 16kHz雷電振蕩波；(c)為400/4000 μ s標準操作波；(d)為 400/4000 μ s操作振蕩波。圖2為本發(fā)明中使用的高頻傳感器設(shè)計結(jié)構(gòu)及等效電路，其中(a)為電流傳感器 結(jié)構(gòu)原理示意圖；(b)為電流傳感器等效電路。圖3為本發(fā)明電流傳感器的幅頻特性，其中(a)中R = 50Ω，A :N = 12，B :N = 20，C :N = 28 ； (b)中 N = 20，A :R = 100 Ω，B :R = 50 Ω，C :R = 10 Ω。圖4為電流傳感器的動態(tài)特性，其中(a)為方波相應(yīng)；(b)為高頻脈沖測量。 圖5為以一臺800kV GIS為例，采用本方法對其測試的回路結(jié)構(gòu)框圖。圖6為從位移電流信號中提取局部放電的結(jié)果圖例，其中(a)為電流傳感器測得 的位移電流；(b)為經(jīng)數(shù)字處理后的信號。
具體實施例方式本發(fā)明的適用于現(xiàn)場的沖擊電壓下GIS局部放電檢測方法，具體包括以下步驟1)首先采用高頻電流傳感器分別檢測絕緣狀態(tài)正常的以及存在絕緣缺陷的GIS 設(shè)備在沖擊電壓下的接地電流信號，將接地電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，提取電壓信號上疊 加的局部放電脈沖，建立沖擊電壓下局部放電脈沖特征數(shù)據(jù)庫。所述存在絕緣缺陷的GIS 設(shè)備是指將GIS設(shè)備使用中出現(xiàn)并統(tǒng)計到的所有絕緣缺陷類型，設(shè)置在絕緣狀態(tài)正常的 GIS設(shè)備中，從而制備出多種帶有不同絕緣缺陷類型的GIS設(shè)備模型。提取位移電流信號上 疊加的局部放電脈沖方法為將接地電流信號通過數(shù)字高通濾波器進行濾波處理，濾除容 性位移電流信號，得到局部放電脈沖信號。2)再采用高頻電流傳感器檢測待測GIS設(shè)備在沖擊電壓下的待測接地電流信號， 將待測接地電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，提取電壓信號上疊加的局部放電脈沖，通過與特征 數(shù)據(jù)庫對照來檢測待測GIS設(shè)備的絕緣狀況。本發(fā)明的較佳實施例中，可以采用非電連接的羅氏線圈電流傳感器，與現(xiàn)場沖擊 耐壓試驗同時進行局部放電檢測，羅氏線圈電流傳感器采用百兆級工作頻率及高初始磁導(dǎo) 率的Ni-Zn磁芯。另外本發(fā)明可以在GIS設(shè)備出廠試驗或現(xiàn)場安裝試驗中進行。以上的高頻電流傳感器采用羅氏線圈電流傳感器時，羅氏線圈電流傳感器穿套在 沖擊電壓耐壓試驗回路的待測GIS設(shè)備接地線上，將接地電流信號轉(zhuǎn)化為電壓信號，并使 用同軸電纜將電壓信號傳輸至后級的信號處理系統(tǒng)。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細描述參見圖1，該圖所示為IEC60060-3標準中規(guī)定的對電力設(shè)備做現(xiàn)場沖擊耐壓試驗 所使用的雷電沖擊、操作沖擊波形，推薦的波形具有產(chǎn)生效率高，適合現(xiàn)場使用。高頻傳感器采用的是羅格夫斯基線圈感應(yīng)電流的原理，具體的設(shè)計如下電流傳感器結(jié)構(gòu)原理如圖2(a)所示，i(t)為一次側(cè)被測電流導(dǎo)體，e(t)是傳感器 感應(yīng)輸出電壓，傳感器通過與被測電流導(dǎo)體之間的互感來實現(xiàn)與高壓回路的隔離測量。圖 中，a、b和h分別是二次側(cè)磁芯的內(nèi)、外徑和高度。
由圖2(a)得感應(yīng)電壓
權(quán)利要求
1.一種適用于現(xiàn)場的沖擊電壓下GIS局部放電檢測方法，其特征在于，包括以下步驟1)首先采用高頻電流傳感器分別檢測絕緣狀態(tài)正常的以及存在絕緣缺陷的Gis設(shè)備 在沖擊電壓下的接地電流信號，將接地電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，提取電壓信號上疊加的 局部放電脈沖，建立沖擊電壓下局部放電脈沖特征數(shù)據(jù)庫；2)再采用高頻電流傳感器檢測待測GIS設(shè)備在沖擊電壓下的待測接地電流信號，將待 測接地電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，提取電壓信號上疊加的局部放電脈沖，通過與特征數(shù)據(jù) 庫對照來檢測待測GIS設(shè)備的絕緣狀況。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于現(xiàn)場的沖擊電壓下GIS局部放電檢測方法，其特征在 于，步驟1)中，存在絕緣缺陷的GIS設(shè)備是指將GIS設(shè)備使用中出現(xiàn)并統(tǒng)計到的所有絕緣 缺陷類型，設(shè)置在絕緣狀態(tài)正常的GIS設(shè)備中，從而制備出多種帶有不同絕緣缺陷類型的 GIS設(shè)備模型。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于現(xiàn)場的沖擊電壓下GIS局部放電檢測方法，其特征在 于，步驟1)中，提取位移電流信號上疊加的局部放電脈沖方法為將接地電流信號通過數(shù) 字高通濾波器進行濾波處理，濾除容性位移電流信號，得到局部放電脈沖信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于現(xiàn)場的沖擊電壓下GIS局部放電檢測方法，其特征在 于步驟幻中，采用非電連接的羅氏線圈電流傳感器，與現(xiàn)場沖擊耐壓試驗同時進行局部 放電檢測。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于現(xiàn)場的沖擊電壓下GIS局部放電檢測方法，其特征在 于步驟2、是在GIS設(shè)備出廠試驗或現(xiàn)場安裝試驗中進行的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于現(xiàn)場的沖擊電壓下GIS局部放電檢測方法，其特征在 于所述高頻電流傳感器采用羅氏線圈電流傳感器，所述羅氏線圈電流傳感器穿套在沖擊 電壓耐壓試驗回路的待測GIS設(shè)備接地線上，將接地電流信號轉(zhuǎn)化為電壓信號，并使用同 軸電纜將電壓信號傳輸至后級的信號處理系統(tǒng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的適用于現(xiàn)場的沖擊電壓下GIS局部放電檢測方法，其特征在 于所述羅氏線圈電流傳感器采用百兆級工作頻率及高初始磁導(dǎo)率的Ni-Si磁芯。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種適用于現(xiàn)場的沖擊電壓下GIS局部放電檢測方法，首先采用高頻電流傳感器分別檢測絕緣狀態(tài)正常的以及存在絕緣缺陷的GIS設(shè)備在沖擊電壓下的接地電流信號，將接地電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，提取電壓信號上疊加的局部放電脈沖，建立沖擊電壓下局部放電脈沖特征數(shù)據(jù)庫；再采用高頻電流傳感器檢測待測GIS設(shè)備在沖擊電壓下的待測接地電流信號，將待測接地電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，提取電壓信號上疊加的局部放電脈沖，通過與特征數(shù)據(jù)庫對照來檢測待測GIS設(shè)備的絕緣狀況。本發(fā)明的檢測方法與現(xiàn)場的沖擊耐壓試驗同時進行，不必另行試驗，有效減少了試驗次數(shù)；并且本發(fā)明對被測GIS設(shè)備的絕緣損傷相比現(xiàn)有的工頻電壓下局部放電檢測要小，保證了GIS設(shè)備的安全。
文檔編號G01R31/12GK102081136SQ20101056878
公開日2011年6月1日 申請日期2010年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月1日
發(fā)明者任明, 孫強, 李彥明, 王守國, 董明, 趙學(xué)風(fēng) 申請人:西北電網(wǎng)有限公司, 西安交通大學(xué)