專利名稱：Gis局部放電在線監(jiān)測校驗(yàn)儀及其配置驗(yàn)證方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及GIS局部放電領(lǐng)域，特別涉及一種GIS局部放電在線監(jiān)測校驗(yàn)儀及其配置驗(yàn)證方法。
背景技術(shù)：
GIS (全封閉氣體絕緣組合開關(guān)設(shè)備)具有占地面積小、受外界環(huán)境條件影響小、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，在我國城市電網(wǎng)中大量使用。目前我國早期投運(yùn)的GIS設(shè)備已經(jīng)進(jìn)入了故障多發(fā)期；而電網(wǎng)發(fā)展的高速度也導(dǎo)致GIS設(shè)備廠家過負(fù)荷生產(chǎn)，現(xiàn)場安裝施工條件也難以得到有效保障，大大地增加了新投運(yùn)GIS設(shè)備出故障的概率和風(fēng)險(xiǎn)。這與當(dāng)前全社會對電網(wǎng)可靠性的日益提高的要求之間產(chǎn)生了巨大的矛盾。電力運(yùn)行部門迫切要求發(fā)展先進(jìn)的在線檢測和狀態(tài)檢修技術(shù)來保障高壓電力設(shè)備的安全可靠運(yùn)行。局放在線、離線監(jiān)測和檢測設(shè)備的測量數(shù)據(jù)作為判斷一次設(shè)備運(yùn)行工況的重要指標(biāo)，其正確與否直接影響了對一次設(shè)備運(yùn)行工況的正確判斷，若一次設(shè)備存在局部放電問題，而在線監(jiān)測設(shè)備沒能發(fā)現(xiàn)或者監(jiān)測的數(shù)據(jù)精度較低，未能引起技術(shù)人員足夠重視，往往導(dǎo)致一次設(shè)備的小隱患發(fā)展成為一次設(shè)備的事故；一次設(shè)備未存在局部放電問題，而在線監(jiān)測設(shè)備頻發(fā)異常數(shù)據(jù)，誤導(dǎo)技術(shù)人員進(jìn)行不必要的停電檢修，勢必造成人力、物力、財(cái)力的浪費(fèi)，也對電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性造成了影響。特高頻法(UHF:300MHz^3GHz)就是利用局部放電輻射出的UHF電磁波進(jìn)行檢測的一種方法。研究表明，GIS局部放電將會產(chǎn)生很陡的脈沖電流，并向四周輻射多種頻率的電磁波，通過UHF傳感器接收其中 30(Γ3000ΜΗζ的電磁波，可實(shí)現(xiàn)對局部放電的檢測和定位。該方法具有抗干擾能力強(qiáng)、靈敏度高等特點(diǎn)，且這種非接觸的測量方式對于二次設(shè)備和人員更安全，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，特別適合于在線監(jiān)測，因而較之其它方法具有明顯的優(yōu)勢。近年來，局部放電UHF檢測已成為廣大研究者關(guān)注的熱點(diǎn)，并廣泛應(yīng)用在GIS、電力GIS、電纜和發(fā)電機(jī)等電力設(shè)備上。然而，由于局部放電UHF檢測技術(shù)在理論和工程應(yīng)用方面不盡完善，特別是相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的建設(shè)十分滯后；同時(shí)國內(nèi)外眾多的局放設(shè)備廠商提供的產(chǎn)品各異，質(zhì)量參差不齊。一些廠家的設(shè)備由于技術(shù)不過關(guān)，在現(xiàn)場檢測效果不佳，而且時(shí)常出現(xiàn)誤報(bào)警、漏報(bào)警的現(xiàn)象，這種情況已經(jīng)嚴(yán)重威脅到整個(gè)在線監(jiān)測產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。上述問題的根源在于缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和科學(xué)有效的手段對局部放電UHF檢測裝置的現(xiàn)場應(yīng)用性能進(jìn)行量化評價(jià)。國外方面，英國Strathclyde大學(xué)Judd等人率先利用TEM傳輸線和終端未經(jīng)匹配的簡易GTEM小室研究了傳感器特性的時(shí)域測量技術(shù)，通過控制采集時(shí)間窗口避開反射回波的影響，實(shí)現(xiàn)對局部放電UHF傳感器的標(biāo)定。日本的Shinnobu Ishigami也利用TEM波導(dǎo)對電場傳感器進(jìn)行了標(biāo)定，其思路也是基于傳統(tǒng)的掃頻法，成本較高。瑞士的DavidGautschi等提出了一種基于圓錐天線的標(biāo)定方法，但是其標(biāo)定系統(tǒng)采用的是大面積鋁板和圓錐天線在大空間里測量，易受到外界環(huán)境干擾，不適合作為標(biāo)準(zhǔn)化測試設(shè)備。以上研究多是局限于對UHF傳感器特性，缺少對UHF檢測裝置的性能指標(biāo)的研究。
迄今為止，對于UHF檢測裝置的現(xiàn)場標(biāo)定問題，除CIGRE推薦了自己的準(zhǔn)則之外，國際上仍未形成一致和有效的評價(jià)方法，國內(nèi)這方面也處于空白階段。開展局部放電UHF檢測裝置的現(xiàn)場靈敏度標(biāo)定研究，建立起局部放電特高頻現(xiàn)場靈敏度校驗(yàn)規(guī)范，是切實(shí)推動該技術(shù)發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。因此，在這樣的背景下，進(jìn)行基于特高頻原理的GIS局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)校驗(yàn)儀的研究十分必要。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種GIS局部放電在線監(jiān)測校驗(yàn)儀及其配置驗(yàn)證方法，能夠在實(shí)驗(yàn)室條件和現(xiàn)場運(yùn)行中的IlOkv和220kV的GIS上實(shí)現(xiàn)對局放UHF檢測裝置的校核。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的第一個(gè)技術(shù)方案是提供一種GIS局部放電在線監(jiān)測校驗(yàn)儀的配置驗(yàn)證方法，所述配置驗(yàn)證方法包括: 建立GIS內(nèi)部典型放電源輻射的UHF信號的模型，根據(jù)相應(yīng)模型的時(shí)域波形和頻譜特征，來給定所述校驗(yàn)儀中設(shè)置的一個(gè)用以模擬局放源的脈沖信號源的技術(shù)參數(shù)要求； 以及，在實(shí)體的GIS平臺上對局放源產(chǎn)生的UHF信號的傳播衰減規(guī)律和利用內(nèi)外置式傳感器向GIS腔體內(nèi)注入脈沖信號的傳播衰減規(guī)律進(jìn)行對比，以現(xiàn)場驗(yàn)證所述校驗(yàn)儀中脈沖信號源通過發(fā)射天線向GIS腔體內(nèi)注入信號以代替高壓導(dǎo)體尖刺模型的放電信號的有效性。
其中，建立的所述UHF信號的模型包括: 高壓導(dǎo)體尖刺模型； 造成懸浮電位的高壓導(dǎo)體接觸不良模型中的高壓導(dǎo)體一點(diǎn)接觸不良模型、高壓導(dǎo)體多點(diǎn)接觸不良模型，和高壓導(dǎo)體貫穿絕緣子造成接觸不良的模型；造成懸浮電位的接地體之間的多點(diǎn)接觸不良模型； 以及，模擬盆式絕緣子上表面閃絡(luò)引起絕緣故障的金屬顆粒模型，其進(jìn)一步包括:盆式絕緣子的表面上放置自由金屬顆粒群時(shí)的模型、放置間距大小相同或不同的金屬顆粒對時(shí)的模型，以及在空氣中模擬放置單個(gè)金屬顆粒時(shí)的模型。
所述配置驗(yàn)證方法中根據(jù)所述UHF信號的模型，分別測試并比對在相同或不同電壓作用下，對于常規(guī)檢測局部放電信號，特高頻的檢波輸出信號和參考電壓的放電波形和放電信號的頻譜圖；其中，為所述常規(guī)檢測局部放電信號設(shè)定有相同或不同的標(biāo)定結(jié)果；根據(jù)測試及比對的結(jié)果得到所述脈沖信號源輸出的脈沖信號的上升沿，并確保了脈沖信號輻射的能量能夠覆蓋各個(gè)所述局放UHF信號的主要頻段。
所述配置驗(yàn)證方法中驗(yàn)證所述脈沖信號源經(jīng)過發(fā)射天線發(fā)射后由傳感器接收的信號與各種所述模型放電信號頻譜的相似度的方法，包括以下步驟: 分別測試脈沖源經(jīng)單極探針、外置式發(fā)射天線和內(nèi)置式發(fā)射天線輻射信號時(shí)的時(shí)域波形和頻域波形； 在脈沖信號源不同輸出電壓時(shí)經(jīng)單極探針輻射的信號波形進(jìn)行對比，以確定輻射信號的時(shí)域和頻域波形的幅值將隨著輸出電壓值的減小而變小的特征； 以及，將輻射的信號的頻域波形，與各個(gè)所述UHF信號的模型的放電波形進(jìn)行相似度對比，以驗(yàn)證所述脈沖信號源的脈沖信號等價(jià)于高壓導(dǎo)體尖刺模型的放電信號。
所述配置驗(yàn)證方法中還分別對局放源經(jīng)過GIS直腔體模型、絕緣子模型、GIS的T型頭的拐角模型時(shí)，以及脈沖信號具有不同脈沖寬度時(shí)進(jìn)行信號衰減特性的仿真及統(tǒng)計(jì)。所述配置驗(yàn)證方法中還包括分別在IlOkV和220kV的GIS平臺內(nèi)進(jìn)行的以下操作，包括:
在相應(yīng)的GIS腔體內(nèi)設(shè)置高壓導(dǎo)體尖刺模型來輸出局放源時(shí)，使用設(shè)置在GIS腔體內(nèi)的內(nèi)置式傳感器進(jìn)行檢測，以及采用外置式傳感器對設(shè)置在GIS平臺的多個(gè)盆式絕緣子上進(jìn)行逐一檢測，以現(xiàn)場標(biāo)定并測試局放源的信號衰減數(shù)據(jù)；
將所述脈沖信號源輸出的脈沖信號作為模擬局放源時(shí)，通過設(shè)置在GIS腔體內(nèi)的內(nèi)置式傳感器注入并采用外置式傳感器對設(shè)置在GIS平臺的多個(gè)盆式絕緣子上進(jìn)行逐一檢測，或者通過設(shè)置在GIS平臺上的其中一個(gè)盆式絕緣子注入并采用外置式傳感器對其他的盆式絕緣子進(jìn)行逐一檢測，以測試模擬局放源的信號衰減數(shù)據(jù)；
以及，進(jìn)一步通過對比相應(yīng)條件下的衰減數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)對所述高壓導(dǎo)體尖刺模型獲得的局放源等效于所述脈沖信號源通過內(nèi)置式或外置式傳感器注入時(shí)模擬的局放源的驗(yàn)證。本發(fā)明的另一個(gè)技術(shù)方案是提供一種GIS局部放電在線監(jiān)測校驗(yàn)儀，其包括通過上述配置驗(yàn)證方法獲得的脈沖信號源和發(fā)射天線；當(dāng)代替高壓導(dǎo)體尖刺模型的所述脈沖信號源通過作為所述發(fā)射天線的外置式傳感器向GIS腔體內(nèi)注入模擬局放源的信號時(shí)，所述校驗(yàn)儀對局放UHF檢測裝置基于特高頻法在線檢測該信號時(shí)的靈敏度進(jìn)行校核。本發(fā)明所述GIS局部放電在線監(jiān)測校驗(yàn)儀及其配置驗(yàn)證方法，通過在實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場GIS的大量測試研究，優(yōu)點(diǎn)如下:
1.通過大量試驗(yàn)研究了各種典型局放模型特高頻信號的時(shí)頻特征，并在此基礎(chǔ)上對脈沖信號源的性能參數(shù)提出了具體要求。2.根據(jù)現(xiàn)場校驗(yàn)具體要求，研制了模擬局放信號的脈沖信號源。3.通過對仿真和真實(shí)局放缺陷UHF信號和脈沖源注入U(xiǎn)HF信號傳播衰減規(guī)律的對比研究，總結(jié)了現(xiàn)場校驗(yàn)實(shí)施的工作要點(diǎn):
(I)真實(shí)局放源信號和通過傳感器注入脈沖源產(chǎn)生的信號，兩者在較短的腔體距離內(nèi)，衰減特性相似，并且真實(shí)缺陷源信號在各個(gè)測量點(diǎn)幅值略高于注入源。(2)模擬脈沖源通過內(nèi)置和外置傳感器注入兩種方式的衰減特性高度相似，現(xiàn)場校驗(yàn)時(shí)可通過外置傳感器較方便的方式來實(shí)現(xiàn)。( 3 )小局放量下傳播衰減特性可知，無論是真實(shí)局放源還是注入信號源，其有效測量范圍均局限在相鄰的幾個(gè)盆子處，因此針對小局放源現(xiàn)場校驗(yàn)宜采用分段脈沖源注入的方式，從而提聞有效校驗(yàn)范圍。4.結(jié)合實(shí)際試驗(yàn)的情況，制定GIS局放特高頻檢測設(shè)備現(xiàn)場校驗(yàn)方案。通過在高壓開關(guān)廠的實(shí)體IlOkVGIS平臺和220kVGIS平臺上對現(xiàn)場校驗(yàn)方案進(jìn)行的驗(yàn)證測試可知，該系統(tǒng)能根據(jù)檢測標(biāo)準(zhǔn)有效的對局放檢測設(shè)備的精度進(jìn)行檢測。


圖1是本發(fā)明中所用的高壓導(dǎo)體尖刺模型的結(jié)構(gòu)示意 圖2是本發(fā)明所述校驗(yàn)儀中脈沖信號源的輸出波形示意 圖3是本發(fā)明中220kV的GIS平臺結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明中UHF在220kV的GIS內(nèi)的衰減情況； 圖5是本發(fā)明中各個(gè)盆子的UHF信號衰減情況與其在GIS腔體上位置的對應(yīng)情況； 圖6是本發(fā)明中使用內(nèi)置傳感器注入時(shí)注入脈沖信號衰減示意圖； 圖7是本發(fā)明中內(nèi)置和外置注入信號的衰減情況對比圖； 圖8是本發(fā)明中尖刺源與注入源衰減對比圖； 圖9是本發(fā)明中IlOkV的GIS平臺結(jié)構(gòu)示意圖； 圖10是本發(fā)明中各盆子上傳感器UHF信號的衰減曲線； 圖11是本發(fā)明中外置傳感器注入時(shí)的UHF信號衰減曲線； 圖12是本發(fā)明中內(nèi)置傳感器注入時(shí)的UHF信號衰減曲線； 圖13是本發(fā)明中內(nèi)外傳感器注入衰減對比圖； 圖14是本發(fā)明中局放源和注入信號衰減對比。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明所述GIS局部放電在線監(jiān)測校驗(yàn)儀(以下簡稱為校驗(yàn)儀)，適用于在實(shí)驗(yàn)室條件和現(xiàn)場運(yùn)行中的IlOkV和220kV的GIS (全封閉氣體絕緣組合開關(guān)設(shè)備)上實(shí)現(xiàn)對局放UHF檢測裝置的校核。所述局放UHF檢測裝置是一種基于特高頻法對GIS局部放電進(jìn)行在線監(jiān)測的設(shè)備。其中，特高頻指3 00MHz 3GHz。
本發(fā)明所述校驗(yàn)儀，主要設(shè)置有脈沖信號源和發(fā)射天線，其檢測原理是通過脈沖信號源向GIS腔體內(nèi)注入信號，再用待測的局放UHF檢測裝置檢測該信號，據(jù)此來判定待測裝置的靈敏度。
本發(fā)明中為所述校驗(yàn)儀的脈沖信號源設(shè)定的一種優(yōu)選技術(shù)參數(shù)為:幅值在2-100V 可調(diào)，上升沿(20%-80%):300ps ;下降時(shí)間(80%_20%):<4ns ;脈寬 4-100ns ;最大脈沖重復(fù)頻率5kHz ；電源要求100-240，50-60HZ ;環(huán)境溫度+5°C +40°C。該脈沖信號源的輸出波形如圖2所示。
與所述脈沖信號源配合使用的發(fā)射天線，采用注入天線。優(yōu)選的參數(shù)為工作頻帶:30(Tl500MHz ;駐波比:彡3 ;工作環(huán)境溫度:_10 50° C。脈沖信號通過注入天線發(fā)送，經(jīng)由盆式絕緣子注入到GIS腔體的內(nèi)部。
上文提到的校驗(yàn)儀參數(shù)，具體是通過本發(fā)明中提供的一種配置驗(yàn)證方法來獲得。所述配置驗(yàn)證方法主要包括JtGIS內(nèi)部各種典型放電源輻射的UHF信號建立模型，在研究相應(yīng)信號的時(shí)域波形和頻譜特征的基礎(chǔ)上，提出通用局部放電標(biāo)定脈沖信號源的特性和一般性技術(shù)要求；還包括，進(jìn)一步分別在IIOkV和220kV的GIS平臺上對局放源產(chǎn)生的UHF信號的傳播衰減規(guī)律和利用內(nèi)外置式傳感器向GIS腔體內(nèi)注入脈沖信號傳播衰減規(guī)律進(jìn)行對比，以現(xiàn)場驗(yàn)證本發(fā)明所述校驗(yàn)儀的有效性。
首先，建立造成電暈放電的高壓導(dǎo)體尖刺模型Al。例如設(shè)置如圖1所示的針板電極模型，筒內(nèi)SF6氣體到0.25MPa，針板電極的間隙距離為20mm。當(dāng)試驗(yàn)電壓升高到35kV左右時(shí)，已經(jīng)可以觀察到在針尖附近發(fā)生電暈放電。使用特高頻傳感器和常規(guī)局放儀，觀察在不同的電壓(例如37kV、39kV、41kV)作用下的電暈放電波形和電暈放電頻譜圖。比較可知，電暈放電信號在300MHz - 1300MHz頻率范圍內(nèi)幅值有升高，并且隨著電壓的升高，放電增強(qiáng)，頻譜的幅值增加，整個(gè)頻譜特征外形變化不大。
另外，建立高壓導(dǎo)體接觸不良模型A2，包括:分別建立GIS內(nèi)高壓導(dǎo)體一點(diǎn)接觸不良的模型A2-1、高壓導(dǎo)體多點(diǎn)接觸不良的模型A2-2、高壓導(dǎo)體貫穿絕緣子造成接觸不良的模型A2-3。還包括建立盆式絕緣子上的金屬顆粒模型A2-4，模擬GIS內(nèi)絕緣子表面閃絡(luò)引起的絕緣故障，進(jìn)一步包括:分別建立盆式絕緣子的表面上放置自由金屬顆粒群的模型A2-4-1、放置間距大小相同(0.2mm)或不同(0.2mm和0.6mm)的金屬顆粒對的模型A2-4-2,以及在空氣中模擬放置單個(gè)金屬顆粒時(shí)的模型A2-4-3。建立造成懸浮電位的接地體之間的多點(diǎn)接觸不良模型的A3。對于上述模型A2-1、A2-2、A2_4_2、A3，分別測得不同電壓作用下常規(guī)檢測局部放電信號、特高頻的檢波輸出信號和參考電壓的放電波形和放電信號的頻譜圖。上述模型A2-3觀察相同電壓時(shí)對于不同標(biāo)定結(jié)果的常規(guī)檢測局部放電信號，超高頻的檢波輸出信號，參考電壓的放電波形和放電頻譜圖。上述模型A2-4-1、A2-4-3則觀察不同電壓時(shí)對于不同標(biāo)定結(jié)果的常規(guī)檢測局部放電信號，超高頻的檢波輸出信號，參考電壓的放電波形和放電頻譜圖。根據(jù)以上AfA3所述的典型故障模型局放UHF信號的時(shí)域波形及頻譜可以看出，UHF信號能量主要集中在IGHz左右，為了更好的模擬局放信號，要求脈沖源的信號能量也集中在1GHz，由經(jīng)驗(yàn)公式:/= 3-5/ir , tr為脈沖的上升沿，這就要求脈沖源的上升沿在300ps左右，確保了脈沖源信號輻射的能量能覆蓋以上典型局放UHF信號的主要頻段。為了驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號源經(jīng)過天線發(fā)射后由傳感器接收的信號與以上各種局放模型放電信號頻譜的相似度，(I)測試了脈沖源經(jīng)單極探針、DMS外置式天線/傳感器和內(nèi)置式天線/傳感器輻射信號時(shí)的時(shí)域波形和頻域波形。(2)給出脈沖信號源不同輸出電壓時(shí)，經(jīng)單極探針輻射信號波形的對比，可以看出隨著脈沖源輸出電壓值的變化，輻射信號的時(shí)域和頻域波形的幅值隨著電壓的減小而變小，整體趨勢沒有太大的變化。(3)對于脈沖源輻射信號頻域波形，與各種典型局放模型放電波形的相似度進(jìn)行對比。其中，考慮到現(xiàn)場的實(shí)際條件，選取了脈沖源注入信號經(jīng)DMS外置式傳感器的輻射信號和內(nèi)置式傳感器輻射信號與各種典型局放模型放電波形做相似度對比，包括:將DMS外置式傳感器輻射信號和內(nèi)置傳感器輻射信號的放電信號波形，分別與高壓導(dǎo)體尖刺模型、懸浮模型、殼體尖刺模型各自的放電信號波形的進(jìn)行對比?？梢钥闯觯}沖源的輻射信號與高壓導(dǎo)體尖刺模型的放電信號的相似度較高，特別是通過內(nèi)置式傳感器輻射的信號的相似度最高，考慮到高壓導(dǎo)體尖刺模型的放電較為穩(wěn)定，且放電量能做到較小，因此在現(xiàn)場標(biāo)定試驗(yàn)中選取了高壓導(dǎo)體尖刺模型的放電信號作為基準(zhǔn)信號，以確定等價(jià)的注入脈沖信號的參數(shù)。另外，由于GIS內(nèi)部的一些缺陷會導(dǎo)致GIS內(nèi)部發(fā)生局部放電時(shí)，局部放電信號在GIS中以電磁波方式傳播,局部放電信號脈沖持續(xù)時(shí)間極短,波頭時(shí)間僅為幾個(gè)n s,所以相對應(yīng)的頻域十分寬廣。對于這種持續(xù)時(shí)間極短的陡脈沖，GIS相當(dāng)于一些不同特性阻抗的低損同軸波導(dǎo)的串聯(lián)，并有許多不連續(xù)點(diǎn)，將引起駐波和復(fù)雜諧振。因此，本發(fā)明中還利用XFDTD或類似軟件，針對局部放電信號經(jīng)過GIS直腔體以及腔體中的不連續(xù)點(diǎn)時(shí)的傳播特性進(jìn)行了仿真分析。B1、建立GIS直腔體模型，并在其中提供模擬的局部放電源，統(tǒng)計(jì)不同距離下信號的電場強(qiáng)度最大值，可知電磁波信號在距離放電源近的地方衰減迅速，并對信號衰減趨勢線形進(jìn)行擬合?？芍?，UHF信號在傳播路徑中，距離放電源Im內(nèi)的信號衰減迅速，距離超過Im以后，信號的衰減基本穩(wěn)定下來;UHF信號在GIS直腔體中每Im衰減1.5 dB,即衰減40dB，大約需要27m的傳播距離。
B2、分別建立在GIS直腔體中有環(huán)氧樹脂絕緣子和沒有環(huán)氧樹脂絕緣子的模型。環(huán)氧樹脂材料的相對介電常數(shù)為3.8。設(shè)定兩個(gè)模型的采樣點(diǎn)位置相同時(shí)，對應(yīng)測得信號經(jīng)過/不經(jīng)過絕緣子時(shí)的波形。利用幅值大小計(jì)算，得出信號經(jīng)過一個(gè)環(huán)氧樹脂絕緣子后衰減了 2.15dB，并且采樣點(diǎn)上接收到的信號也會有一點(diǎn)時(shí)延。
B3、建立GIS T型頭的拐角模型，T型頭兩側(cè)的GIS按照直腔體處理。對UHF信號在GIS內(nèi)經(jīng)過一個(gè)T型頭拐角前后的信號波形進(jìn)行對照，計(jì)算得到T型頭上信號的衰減大約是 4.78-2*1.5=1.78dB。
B4、分別用脈沖寬度為0.3ns, 0.7ns, 1.0ns和2.0ns，幅值為IV的高斯脈沖來仿真脈沖源，統(tǒng)計(jì)信號的幅值，可知脈寬越小信號幅值越大，而且衰減越快。其他還可以通過仿真獲得的UHF信號傳播規(guī)律，例如外導(dǎo)體半徑較小的GIS內(nèi)的UHF信號能量較強(qiáng)，但是衰減較快。又例如，斷路器處于斷開或者閉合狀態(tài)時(shí)，信號的幅值沒有統(tǒng)計(jì)規(guī)律，但是斷路器處于斷開位置時(shí)信號能量大，等等。
本發(fā)明中進(jìn)一步通過現(xiàn)場試驗(yàn)對所述校驗(yàn)儀的有效性進(jìn)行驗(yàn)證，使用如圖3、圖9所示的實(shí)體IlOkV GIS平臺和220kV GIS平臺，對局部放電特高頻電磁波信號傳播特性進(jìn)行了試驗(yàn)研究，來分析典型GIS結(jié)構(gòu)和參數(shù)對局放特高頻信號的衰減和畸變規(guī)律。另外，由于高壓導(dǎo)體尖刺模型在產(chǎn)生局放信號時(shí)，放電量較為穩(wěn)定和可控，實(shí)測可以較為容易的產(chǎn)生5pC的穩(wěn)定放電。因此，在現(xiàn)場試驗(yàn)時(shí)，選定如圖1所示的高壓導(dǎo)體尖刺模型在GIS單相(敞開式盆子)的產(chǎn)生UHF信號測試，研究局放源產(chǎn)生的UHF信號的傳播衰減規(guī)律和利用內(nèi)外置式傳感器向GIS腔體內(nèi)注入脈沖信號傳播衰減規(guī)律進(jìn)行對比。
因此，一套優(yōu)選的驗(yàn)證系統(tǒng)包含有:GIS試驗(yàn)腔體內(nèi)設(shè)置的高壓導(dǎo)體尖刺模型、HighVolt試驗(yàn)變壓器、局部放電儀、DMS便攜式UHF檢測儀。力科高速示波器WR640Zi (帶寬O 4Ghz ;采樣率20GS/s)等。
C、220kV的GIS現(xiàn)場校驗(yàn)方案驗(yàn)證: 在如圖3所示220kV的GIS平臺上的A相開展試驗(yàn)，在腔體內(nèi)盆子18之后90度拐彎又加了一截腔體，其末端設(shè)一個(gè)盆子19。先在4號試驗(yàn)艙內(nèi)部將一根金屬絲綁在高壓導(dǎo)桿上作為針尖放電模型(圖中表示為H))，使金屬絲的尖端指向外殼，與外殼之間的距離為2cm。
為了在相對穩(wěn)定的試驗(yàn)條件進(jìn)行檢測，后續(xù)試驗(yàn)都將試驗(yàn)電壓保持在40kV ;此時(shí)每周期的最大視在放電量基本穩(wěn)定在2(T30pC之間。在加壓放電的狀態(tài)下，利用位于4號試驗(yàn)艙處的DMS內(nèi)置傳感器檢測UHF信號，再采用DMS外置式傳感器逐個(gè)盆子(if 19)檢測UHF信號。利用DMS UHF檢測裝置在穩(wěn)定的放電情況下按照盆子離放電源由近到遠(yuǎn)，檢測放電情況。然后，使信號源分別通過內(nèi)置傳感器作為發(fā)射天線直接向腔體內(nèi)注入模擬局放信號，和利用外置傳感器經(jīng)過盆子向GIS腔體內(nèi)注入信號，再用外置傳感器在各個(gè)盆子上檢測信號，研究UHF檢測裝置現(xiàn)場標(biāo)定和衰減規(guī)律。
Cl、進(jìn)行尖刺放電UHF信號在GIS腔體內(nèi)衰減測試；由DMS傳感器檢測的各個(gè)量值如表2所示。
表1:DMS傳感器在各盆子處測得的UHF信號峰峰值及其相對于內(nèi)置傳感器的百分比
權(quán)利要求
1.一種GIS局部放電在線監(jiān)測校驗(yàn)儀的配置驗(yàn)證方法，其特征在于， 所述配置驗(yàn)證方法包括: 建立GIS內(nèi)部典型放電源輻射的UHF信號的模型，根據(jù)相應(yīng)模型的時(shí)域波形和頻譜特征，來給定所述校驗(yàn)儀中設(shè)置的一個(gè)用以模擬局放源的脈沖信號源的技術(shù)參數(shù)要求； 以及，在實(shí)體的GIS平臺上對局放源產(chǎn)生的UHF信號的傳播衰減規(guī)律和利用內(nèi)外置式傳感器向GIS腔體內(nèi)注入脈沖信號的傳播衰減規(guī)律進(jìn)行對比，以現(xiàn)場驗(yàn)證所述校驗(yàn)儀中脈沖信號源通過發(fā)射天線向GIS腔體內(nèi)注入信號以代替高壓導(dǎo)體尖刺模型的放電信號的有效性。
2.如權(quán)利要求1所述的配置驗(yàn)證方法，其特征在于， 建立的所述UHF信號的模型包括: 高壓導(dǎo)體尖刺模型； 造成懸浮電位的高壓導(dǎo)體接觸不良模型中的高壓導(dǎo)體一點(diǎn)接觸不良模型、高壓導(dǎo)體多點(diǎn)接觸不良模型，和高壓導(dǎo)體貫穿絕緣子造成接觸不良的模型；造成懸浮電位的接地體之間的多點(diǎn)接觸不良模型； 以及，模擬盆式 絕緣子上表面閃絡(luò)引起絕緣故障的金屬顆粒模型，其進(jìn)一步包括:盆式絕緣子的表面上放置自由金屬顆粒群時(shí)的模型、放置間距大小相同或不同的金屬顆粒對時(shí)的模型，以及在空氣中模擬放置單個(gè)金屬顆粒時(shí)的模型。
3.如權(quán)利要求2所述的配置驗(yàn)證方法，其特征在于， 所述配置驗(yàn)證方法中根據(jù)所述UHF信號的模型，分別測試并比對在相同或不同電壓作用下，對于常規(guī)檢測局部放電信號，特高頻的檢波輸出信號和參考電壓的放電波形和放電信號的頻譜圖；其中，為所述常規(guī)檢測局部放電信號設(shè)定有相同或不同的標(biāo)定結(jié)果；根據(jù)測試及比對的結(jié)果得到所述脈沖信號源輸出的脈沖信號的上升沿，并確保了脈沖信號輻射的能量能夠覆蓋各個(gè)所述局放UHF信號的主要頻段。
4.如權(quán)利要求3所述的配置驗(yàn)證方法，其特征在于， 所述配置驗(yàn)證方法中驗(yàn)證所述脈沖信號源經(jīng)過發(fā)射天線發(fā)射后由傳感器接收的信號與各種所述模型放電信號頻譜的相似度的方法，包括以下步驟: 分別測試脈沖源經(jīng)單極探針、外置式發(fā)射天線和內(nèi)置式發(fā)射天線輻射信號時(shí)的時(shí)域波形和頻域波形； 在脈沖信號源不同輸出電壓時(shí)經(jīng)單極探針輻射的信號波形進(jìn)行對比，以確定輻射信號的時(shí)域和頻域波形的幅值將隨著輸出電壓值的減小而變小的特征； 以及，將輻射的信號的頻域波形，與各個(gè)所述UHF信號的模型的放電波形進(jìn)行相似度對比，以驗(yàn)證所述脈沖信號源的脈沖信號等價(jià)于高壓導(dǎo)體尖刺模型的放電信號。
5.如權(quán)利要求3所述的配置驗(yàn)證方法，其特征在于， 所述配置驗(yàn)證方法中還分別對局放源經(jīng)過GIS直腔體模型、絕緣子模型、GIS的T型頭的拐角模型時(shí)，以及脈沖信號具有不同脈沖寬度時(shí)進(jìn)行信號衰減特性的仿真及統(tǒng)計(jì)。
6.如權(quán)利要求1或4所述的配置驗(yàn)證方法，其特征在于， 所述配置驗(yàn)證方法中還包括分別在IlOkV和220kV的GIS平臺內(nèi)進(jìn)行的以下操作，包括: 在相應(yīng)的GIS腔體內(nèi)設(shè)置高壓導(dǎo)體尖刺模型來輸出局放源時(shí)，使用設(shè)置在GIS腔體內(nèi)的內(nèi)置式傳感器進(jìn)行檢測，以及采用外置式傳感器對設(shè)置在GIS平臺的多個(gè)盆式絕緣子上進(jìn)行逐一檢測，以現(xiàn)場標(biāo)定并測試局放源的信號衰減數(shù)據(jù)； 將所述脈沖信號源輸出的脈沖信號作為模擬局放源時(shí)，通過設(shè)置在GIS腔體內(nèi)的內(nèi)置式傳感器注入并采用外置式傳感器對設(shè)置在GIS平臺的多個(gè)盆式絕緣子上進(jìn)行逐一檢測，或者通過設(shè)置在GIS平臺上的其中一個(gè)盆式絕緣子注入并采用外置式傳感器其他的盆式絕緣子進(jìn)行逐一檢測，以測試模擬局放源的信號衰減數(shù)據(jù)； 以及，進(jìn)一步通過對比相應(yīng)條件下的衰減數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)對所述高壓導(dǎo)體尖刺模型獲得的局放源等效于所述脈沖信號源通過內(nèi)置式或外置式傳感器注入時(shí)模擬的局放源的驗(yàn)證。
7.一種GIS局部放電在線監(jiān)測校驗(yàn)儀，其特征在于，包括通過如權(quán)利要求1所述配置驗(yàn)證方法獲得的脈沖信號源和發(fā)射天線；當(dāng)代替高壓導(dǎo)體尖刺模型的所述脈沖信號源通過作為所述發(fā)射天線的外置式傳感器向GIS腔體內(nèi)注入模擬局放源的信號時(shí)，所述校驗(yàn)儀對局放UHF檢測裝置基于特高頻法 在線檢測該信號時(shí)的靈敏度進(jìn)行校核。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種GIS局部放電在線監(jiān)測校驗(yàn)儀及其配置驗(yàn)證方法，校驗(yàn)儀設(shè)置有脈沖信號源和發(fā)射天線；當(dāng)代替高壓導(dǎo)體尖刺模型的所述脈沖信號源通過作為所述發(fā)射天線的外置式傳感器向GIS腔體內(nèi)注入模擬局放源的信號時(shí)，所述校驗(yàn)儀對局放UHF檢測裝置基于特高頻法在線檢測該信號時(shí)的靈敏度進(jìn)行校核。所述配置驗(yàn)證方法根據(jù)測試GIS內(nèi)部典型放電源輻射的UHF信號模型的時(shí)域波形和頻譜特征給出脈沖信號源的技術(shù)參數(shù)，并通過在實(shí)體的GIS平臺上對高壓導(dǎo)體尖刺模型和通過內(nèi)外置式傳感器向GIS腔體內(nèi)注入的脈沖信號進(jìn)行等效性的驗(yàn)證。
文檔編號G01R35/00GK103197212SQ20131010794
公開日2013年7月10日 申請日期2013年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月29日
發(fā)明者都泓蔚, 殷立軍, 孫陽盛, 張華 , 常鵬, 華月申, 聶鵬晨, 于盛楠, 宋濤, 張合召, 張浩杰, 賀鑫, 張思平 申請人:國家電網(wǎng)公司, 上海神潔環(huán)?？萍及l(fā)展有限公司, 上海市電力公司