gis局部放電在線監(jiān)測技術綜述

gis局部放電在線監(jiān)測技術綜述

1gis的檢測技術氣體隔離裝置（gis）的在線監(jiān)控（局部放療）是gis絕緣診斷技術的重要組成部分，受到制造商和用戶的贊賞。這是評估吉氏隔離長期可靠性的有效方法。由此產生的GIS檢測技術也迅速發(fā)展起來,可分為電測法和非電測法兩大類。電測法包括傳統(tǒng)的耦合電容法、高頻法、超高頻法;非電測法主要包括聲測法、光電法和化學方法等。不論用何種方法,其關鍵是靈敏度,即能可靠地將缺陷檢測出來,并判斷出缺陷的位置。本文通過對上述幾種方法特別是超高頻法和超聲波法的原理特點、適用性及靈敏度等特性的比較分析,認為近十年發(fā)展起來的超高頻法是目前GIS中局放在線監(jiān)測技術中具有很好應用前景的方法。2局部負載檢測技術2.1電測量法電測法根據測量頻率可分為三種,即傳統(tǒng)的電測法、高頻法和超高頻法。2.1.1局部放電測量這是IEC60270標準推薦的方法,也稱耦合電容法,是測量局部放電的最常用方法,測量頻率在10MHz以內。這種方法的優(yōu)點是可通過校準對局部放電進行定量測量,靈敏度取決于耦合電容與試品等值電容的比值,一般可優(yōu)于2pC。但這種方法要求試驗回路中的所有組件包括高壓引線均不能產生高于試品本身局放水平的干擾。2.1.2采用數字信號補償原理gis高頻法(<100MHz)是將許多傳感器分布在整個GIS中,根據頻譜分析儀接受到的最大信號來確定某一缺陷的最大靈敏度。傳感器可以是嵌在絕緣子中的電極或安裝在絕緣法蘭上;GIS通常采用多點接地使得局放的電氣檢測可在接地回路中進行,例如采用高靈敏度的脈沖電流互感器,其原理就象羅果夫斯基(Rogowski)線圈。檢測頻率可達幾十兆赫茲。這種方法的現場檢測靈敏度可達100pC,主要在日本使用。2.1.3uhf法基本原理UHF法是利用預先裝設的天線傳感器測量由局放脈沖激發(fā)的、在GIS中傳播的超高頻電磁波來評價局放的。這種方法的理論基礎是局部放電脈沖激發(fā)的超高頻電磁波在同軸波導中傳播時,不僅以橫向電磁波(TEM)形式,而且還會建立橫電波(TE)和橫磁波(TM)。TEM波為非色散波,它可以任何頻率在GIS中傳播,但頻率f>100MHz時沿傳播方向衰減很快;而TE和TM波則不同,它們具有各自的下限截止頻率fc(取決于GIS同軸尺寸,一般為250MHz～300MHz),當電磁波頻率f>fc時,電磁波基本上無衰減地傳播。UHF法的主要優(yōu)點:a)抗干擾能力強。由于一般空氣電暈干擾的頻率較低(<100MHz),故遠低于fc,因此這種干擾已不在UHF法的測量范圍內了。b)可以對局部放電源進行定位。合理布置UHF傳感器,可通過電磁波到達不同傳感器的時差來對局放源進行定位,且具有相當高的定位精度。c)根據所測電磁波信號頻譜,可以區(qū)分不同的缺陷類型。d)可以進行長期現場監(jiān)測。在GIS出廠時就將傳感器安裝好,由此可對GIS進行長期局部放電監(jiān)測。e)靈敏度可以滿足工程要求。在實驗室中靈敏度可達1pC。超高頻法分為寬頻法和窄頻法。寬頻法加一前置高通濾波器;窄頻法利用頻譜分析儀對所要研究的頻段進行篩選。它們分別適用于不同的干擾源。如對空氣電暈產生的頻率較低的電磁干擾只需加一500MHz的高通濾波器,用寬頻法即可完全消除干擾;對UHF通訊、電視信號由于其具有中心頻率可用窄頻法對其與局部放電信號加以比較后而識別(如圖1)。UHF法的關鍵技術是傳感器、靈敏度。圖2給出了GIS內部常用的錐形天線傳感器結構。它以圓板電極作為接收電磁波的天線,信號由阻抗與測量電纜波阻抗相等的錐體引出。這種傳感器由安裝法蘭直接安裝在GIS上,故其內介質也為SF6。2.2非電測量法非電測法可分為聲測法、光電法和化學方法等。2.2.1運行或試驗時的檢測GIS中局部放電聲測法是基于被檢測缺陷在放電時所激發(fā)的超聲信號,它是GIS中最早采用的絕緣診斷技術之一。這些信號可用安裝在GIS外面的傳感器來檢測。由于這種方法對GIS內部沒有影響,因此可對任何GIS在運行或試驗時進行檢測。測量聲信號的傳感器主要有加速度和聲發(fā)射兩種。當采用加速度傳感器時,用高通濾波器以消除較低頻率的背景干擾;聲發(fā)射傳感器,其原理是利用諧振方式,因此比較靈敏,其頻率特性中已包含了高通特性。聲測法的靈敏度不僅取決于局放產生的能量,而且更主要取決于信號的傳播路徑,聲信號在GIS中的傳播相當復雜,氣體、絕緣子、外殼、導體及其它部件對聲信號的傳播特性各不相同。2.2.2測量放線法從原理上講,局部放電時產生光子發(fā)射,因此可用安裝在GIS中的光電傳感器如光電二極管或光電倍增管進行光測量來評價局部放電的強弱。由于SF6氣體的光吸收能力隨著氣體密度的增大而提高以及局放本身比較弱,因此這種方法的靈敏度很低;另外,對實際GIS因有許多氣室所以需要大量傳感器,故這種方法對局放監(jiān)測不實用。但它可用來檢測放電的位置,因為放電火花伴隨著強烈的光輻射。這種光電檢測系統(tǒng)的優(yōu)點是不存在抗電磁干擾問題。2.2.3氣體的放電結果在電弧和放電的作用下,SF6氣體會產生分解物。放電初期,分解物為金屬氟化物粉末、SF4及低氟化硫。SF4及低氟化硫極易與氧發(fā)生反應在極短時間內形成氟氧硫化物,最穩(wěn)定的是SOF2和SO2F2。當放電發(fā)生在環(huán)氧材料附近時還會產生CF4。氣相色譜法(GC)可對GIS中分解物的特性進行分析。由于SOF2和SO2F2很穩(wěn)定,可用容器將氣體樣本帶到實驗室進行分析;在現場也可用便攜式氣相色譜儀。最大靈敏度可達幾個ppm。最常用也是最經濟的分解物檢測技術是采用化學檢測管(CDT)來確定SO2和HF的濃度。3不同檢測技術的比較3.1高壓半導體模型靈敏度是GIS局放檢測中最重要的參數。不同的檢測方法對不同缺陷類型具有不同的靈敏度。文就三種常用的方法:a)傳統(tǒng)電測法,b)超高頻法,c)聲測法在相同的背景噪音下(<3pC)對幾種絕緣缺陷進行了比較測量研究。圖3為對高壓導體上固定突出物(直徑1mm;長l=10mm;半徑r=50μm)產生的局放測量靈敏度比較結果,縱坐標表示為信噪比。3.2自由電極放電的超高頻法根據檢測到的信號的某些特性可對產生局放的缺陷進行識別。在聲測法中主要使用兩個參數。第一,由于不同局放激發(fā)機理和信號在其傳播路徑中媒質吸收情況不同,因此不同的缺陷測到的信號的頻率分量不同,微粒和接地側電暈產生的信號比高壓側電暈信號的頻譜要寬。第二,由于GIS對傳播信號的影響,根據測到的信號的形狀可以得到缺陷類型的一些信息。圖4為自由微粒放電產生的聲信號。超高頻法主要根據所測到的頻譜和脈沖出現在工頻波形上的位置來判斷不同缺陷類型。圖5為導電微粒放電信號的頻譜。3.3傳播特性校驗超高頻法和聲測法的定位原理類似,也是目前GIS中最實用的技術,它們都是基于信號脈沖的傳播特性。對UHF法,只要知道電磁波在GIS中的傳播速度,而對聲測法,在測量前進行傳播特性校驗,則很容易求出局放源的位置。圖6為UHF法測到的電磁波信號,時延為10.6ns,計算得距離為3.18m,與實際距離3.15m誤差僅3cm;聲測法的檢測范圍為1～2個氣室,主要取決于外殼法蘭的個數。單個法蘭對聲信號的衰減為8dB,定位精度對接地側放電可達10cm左右;高壓側電暈時,這種定位方法對聲測法不適用。傳統(tǒng)的電測法無法對GIS局放源進行定位;化學方法只能根據測量結果判斷出所測氣室的情況,其檢測范圍和精度也只是局限于該氣室中。3.4故障危險性在進行了檢測、局放源識別和定位后,最后一個問題也是最重要的問題就是要根據所檢測的結果是否對GIS進行檢修作出判斷,這實際上涉及到對缺陷的危險性估計。對用傳統(tǒng)電測法(IEC60270)測量時,IEC517規(guī)定了總局部放電水平為10pC;而用其它電測法和聲測法時,缺陷危險性的判斷應考慮:——信號幅值,峰值和有效值;——脈沖重復率(每秒脈沖次數);——局放起始和熄滅電壓;——微粒起跳或靜止電壓;——信號幅值和頻率分布的特征參數。在現階段,要對故障危險性作出精確判斷是不切實際的,但是可根據某些置信范圍給出大致的故障危險性范圍還是可能的。例如,可接受的、不確定的、不能接受的等。3.5聲測法/一般放電測量理論上,除了化學方法外其它各種方法均可用來作為GIS長期監(jiān)測?；瘜W方法只能適用于GIS運行一段時間后的局放檢測,因為SF6分解物的產生需較長時間才能達到可檢測的靈敏度。傳統(tǒng)的電測法主要適用于實驗室測量。其優(yōu)點是檢測范圍大,一般一相只需進行一次測量即可。由于無線電干擾及外部電暈,要求對試驗回路采取必要的屏蔽措施。在現場基本上不采用此法。超高頻法,由于抗干擾能力強、能識別缺陷類型,而且定位精度也較高,現場經驗表明