本發(fā)明涉及電力設(shè)備絕緣狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)及其應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種GIS特高頻局部放電信號(hào)衰減測(cè)試系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
氣體絕緣金屬封閉組合電器(gas-insulated metal-enclosed switchgear,GIS)是電力系統(tǒng)中的重要元件，被廣泛應(yīng)用于電網(wǎng)、發(fā)電廠和大型廠礦企業(yè)等高壓輸變電系統(tǒng)中，其自身可靠性關(guān)系到整個(gè)電力網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定、安全運(yùn)行。GIS在制造、現(xiàn)場(chǎng)安裝和運(yùn)行過程中有可能會(huì)引入絕緣缺陷，在設(shè)備運(yùn)行電壓下這些缺陷點(diǎn)就會(huì)產(chǎn)生局部放電，進(jìn)而加速開關(guān)設(shè)備的絕緣老化，甚至出現(xiàn)擊穿，引發(fā)停電事故。局部放電監(jiān)測(cè)是GIS絕緣狀態(tài)監(jiān)測(cè)的重要手段，在眾多監(jiān)測(cè)手段中，基于特高頻(ultra-high frequency，UHF)法的局部放電檢測(cè)法已在GIS的在線監(jiān)測(cè)中得到了廣泛應(yīng)用。
特高頻局部放電檢測(cè)法借助于安裝在GIS上的內(nèi)置式或外置式特高頻傳感器，對(duì)GIS內(nèi)部的局部放電所激發(fā)的電磁波信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。特高頻傳感器在GIS上的檢測(cè)范圍受到探頭的接收靈敏度、特高頻信號(hào)在GIS腔體里的傳輸特性以及布置方式相關(guān)。近年來有學(xué)者采用仿真的方法對(duì)GIS內(nèi)部電磁波的傳播特性進(jìn)行研究，但由于受到不同設(shè)備廠家所使用的材料參數(shù)缺失和GIS內(nèi)部復(fù)雜部件等因素的影響，所得仿真結(jié)果無法為工程應(yīng)用提供可靠的數(shù)據(jù)支撐。因此，準(zhǔn)確測(cè)量GIS設(shè)備上兩個(gè)傳感器間的信號(hào)衰減量，對(duì)于正確評(píng)估局部放電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的有效性具有重要作用。
目前在GIS特高頻傳感器的校核試驗(yàn)中，多采用脈沖發(fā)生器和高速示波器來進(jìn)行測(cè)量。此種方法雖然能結(jié)合脈沖電流法試驗(yàn)對(duì)局部放電探頭的靈敏度進(jìn)行定量標(biāo)定，但仍然存在著如下有待解決的問題：
1)不同廠家使用的脈沖發(fā)生器具有不同的上升沿陡度，經(jīng)傳感器注入GIS內(nèi)部的特高頻信號(hào)的頻帶也不盡相同，不能對(duì)特定頻率范圍的信號(hào)衰減進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量；
2)脈沖發(fā)生器的信號(hào)注入與示波器接收路徑中都經(jīng)過了同軸電纜，電纜的衰減損耗也被引入到測(cè)試結(jié)果中。
3)現(xiàn)行測(cè)試方法中僅采用單向衰減測(cè)試，未考慮到特高頻信號(hào)在GIS中傳輸路徑的不對(duì)稱性。
因此，如何設(shè)計(jì)一種便捷且更為準(zhǔn)確的衰減測(cè)試方法，解決目前在現(xiàn)場(chǎng)GIS特高頻傳感器的監(jiān)測(cè)范圍校核問題，是開關(guān)設(shè)備局部放電在線監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的重要研究課題之一。
針對(duì)上述問題，本發(fā)明基于矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀建立了GIS中特高頻信號(hào)衰減測(cè)試系統(tǒng)，由于所用測(cè)試設(shè)備內(nèi)部集成有標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)發(fā)生和接收部件，測(cè)試過程中通過校準(zhǔn)過程去除了同軸電纜對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響，并采用正反雙向測(cè)試求平均值的方法，較好地解決了上述問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種GIS特高頻局部放電信號(hào)衰減測(cè)試系統(tǒng)及方法，且具有結(jié)構(gòu)簡單、便攜性強(qiáng)、易于操作等特點(diǎn)，以克服現(xiàn)有技術(shù)在傳感器現(xiàn)場(chǎng)校核技術(shù)方面存在的不足，實(shí)現(xiàn)對(duì)GIS設(shè)備特高頻局部放電傳感器間衰減的準(zhǔn)確測(cè)量。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：
一種GIS特高頻局部放電信號(hào)衰減測(cè)試系統(tǒng)，包括一段GIS待測(cè)腔體，待測(cè)腔體兩側(cè)均安裝有一個(gè)用于檢測(cè)特高頻信號(hào)的特高頻局部放電傳感器，每一個(gè)特高頻局部放電傳感器通過同軸測(cè)試電纜連接在矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的發(fā)射端或接收端，檢測(cè)時(shí)，通過正反向衰減測(cè)試，確定特高頻局部放電信號(hào)在GIS腔體中的衰減值。
當(dāng)所述的特高頻局部放電傳感器為內(nèi)置式時(shí)，該特高頻局部放電傳感器安裝在GIS殼體內(nèi)部，當(dāng)所述的特高頻局部放電傳感器為外置式時(shí)，該特高頻局部放電傳感器安裝在GIS的絕緣盆子位置。
當(dāng)所述的特高頻局部放電傳感器為外置式時(shí)，該特高頻局部放電傳感器安裝在帶有金屬屏蔽的絕緣盆子的澆注孔處。
當(dāng)所述的特高頻局部放電傳感器為內(nèi)置式時(shí)，該特高頻局部放電傳感器采用圓盤式天線結(jié)構(gòu)，頻帶范圍為300MHz—1.5GHz。
當(dāng)所述的特高頻局部放電傳感器為外置式時(shí)，該特高頻局部放電傳感器采用等角螺旋天線結(jié)構(gòu)。
所述同軸測(cè)試電纜采用特性阻抗50Ω的低損耗射頻電纜，且用于連接特高頻局部放電傳感器和矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的同軸測(cè)試電纜長度相等。
所述的特高頻局部放電傳感器的測(cè)試頻帶介于矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的頻率測(cè)試范圍之內(nèi)。
一種GIS特高頻局部放電信號(hào)衰減測(cè)試方法，首先設(shè)置矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的測(cè)試頻率，保證特高頻局部放電傳感器的測(cè)試頻帶介于矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的頻率測(cè)試范圍內(nèi)，調(diào)試完之后，進(jìn)行正向和反向衰減測(cè)試，并計(jì)算雙向測(cè)量結(jié)果的平均值，最后通過以下公式計(jì)算兩個(gè)特高頻局部放電傳感器間的信號(hào)衰減值A(chǔ)：
上式中，A為特高頻局部放電信號(hào)在GIS腔體中的衰減值，xi為每次測(cè)量所得的雙向測(cè)量結(jié)果的平均值，N1和N2分別為xi在特高頻局部放電傳感器的下限截止頻率和上限截止頻率處所對(duì)應(yīng)的測(cè)試點(diǎn)數(shù)。
測(cè)試之前，首先需對(duì)整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)，以消除同軸電纜對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：
1)本發(fā)明為GIS特高頻局部放電信號(hào)的衰減測(cè)試提供了一種便捷、準(zhǔn)確的測(cè)試方法，并適用于內(nèi)置式和外置式傳感器的測(cè)試；2)由于網(wǎng)絡(luò)分析儀內(nèi)部集成有標(biāo)準(zhǔn)的脈沖源和接收部件，能夠?qū)μ馗哳l信號(hào)在GIS腔體內(nèi)的頻域傳播特性進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量，并通過調(diào)節(jié)測(cè)試頻段，可對(duì)介于特高頻(300MHz—3GHz)內(nèi)的信號(hào)進(jìn)行選頻分析，測(cè)量結(jié)果也可用于驗(yàn)證特高頻傳感器的響應(yīng)頻帶；3)該方法避免了在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中各類廠家使用脈沖發(fā)生器參數(shù)不一致的問題，并在測(cè)試之前引入了校準(zhǔn)步驟，避免了測(cè)試回路由于電纜所引入的額外損耗，測(cè)量結(jié)果更加準(zhǔn)確。4)所述方法的測(cè)試回路中包含特高頻局部放電傳感器，且待測(cè)GIS腔體兩邊未加入吸波材料，因此電磁波在傳輸過程中由傳感器頻率響應(yīng)和特定GIS腔體結(jié)構(gòu)所引起的折、反射等都會(huì)反映到衰減測(cè)試結(jié)果中，對(duì)于工程上傳感器的前期布置和安裝后檢測(cè)范圍驗(yàn)證都具有極強(qiáng)的實(shí)踐意義和指導(dǎo)價(jià)值。
【附圖說明】
圖1是本發(fā)明一種GIS特高頻局部放電信號(hào)衰減測(cè)試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
為使本發(fā)明的技術(shù)方案更加清楚，下面將結(jié)合附圖和具體實(shí)施例作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
如圖1所示，是本發(fā)明一種GIS特高頻局部放電信號(hào)衰減測(cè)試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
一種GIS特高頻局部放電信號(hào)衰減測(cè)試系統(tǒng)，該測(cè)試系統(tǒng)主要包含GIS待測(cè)腔體G1、絕緣盆子D1、內(nèi)置式的特高頻局部放電傳感器S1(或外置式的特高頻局部放電傳感器S2)、同軸測(cè)試電纜C1，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀U1。
所述的GIS待測(cè)腔體G1兩側(cè)均安裝有一個(gè)特高頻局部放電傳感器，該特高頻局部放電傳感器可以依據(jù)檢測(cè)需求安裝于GIS待測(cè)腔體G1的不同位置，用于對(duì)GIS待測(cè)腔體G1內(nèi)部放電所激發(fā)的特高頻信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。
所述的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀U1，通過同軸測(cè)試電纜C1分別與兩個(gè)特高頻局部放電傳感器S1(或特高頻局部放電傳感器S2)相連，用于測(cè)量兩個(gè)傳感器間的信號(hào)衰減。
所述的特高頻傳感器即可以是安裝與GIS殼體上的內(nèi)置式特高頻局部放電傳感器S1，也可以是安裝于絕緣盆子D1處的外置式特高頻局部放電傳感器S2。在一個(gè)實(shí)施例中，內(nèi)置式特高頻局部放電傳感器S1采用圓盤式天線結(jié)構(gòu)，頻帶范圍為300MHz—1.5GHz。外置式傳感器S2采用等角螺旋天線結(jié)構(gòu)，安裝于帶有金屬屏蔽的絕緣盆子D1的澆注孔處：同軸測(cè)試電纜C1選用特性阻抗50Ω的低損耗射頻電纜，網(wǎng)絡(luò)分析儀U1采的頻率測(cè)試范圍為100kHz-3GHz。
所述的一種GIS特高頻局部放電信號(hào)衰減測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試方法包括如下步驟：
1)將一對(duì)等長的同軸測(cè)試電纜C1分別與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀U1的發(fā)射和接收端口相連，并在測(cè)試前使用校準(zhǔn)件對(duì)測(cè)試回路進(jìn)行校準(zhǔn)。
2)完成校準(zhǔn)后，將C1的另一端分別與兩個(gè)相鄰的特高頻局部放電傳感器S1(或S2)相連。調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)分析儀U1的測(cè)試頻率，使特高頻局部放電傳感器的測(cè)試頻帶(例如300MHz—1.5GHz)介于U1的頻率測(cè)試范圍內(nèi)。
3)進(jìn)行正向和反向衰減測(cè)試，并計(jì)算雙向測(cè)量結(jié)果的平均值。
4)對(duì)傳感器的通帶頻率范圍內(nèi)的衰減平均值進(jìn)行計(jì)算，所得結(jié)果作為兩個(gè)傳感器間的衰減值。所述特高頻傳感器間的衰減值A(chǔ)的計(jì)算方法如下：
上式中，A為特高頻局部放電信號(hào)在GIS腔體中的衰減值，xi為每次測(cè)量所得的雙向測(cè)量結(jié)果的平均值，N1和N2分別為xi在特高頻局部放電傳感器的下限截止頻率和上限截止頻率處所對(duì)應(yīng)的測(cè)試點(diǎn)數(shù)。
以上所揭露的僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，然不能以此來限定本發(fā)明的權(quán)利范圍；本領(lǐng)域技術(shù)人員利用上述揭露的技術(shù)內(nèi)容做出些許簡單修改、等同變化或修飾，仍屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。