GIS局放在线监测测试系统、模式识别、定位与数据分析.

及时、准确发现局部放电并消除局部放电是一切工作的根本目的。

一、GIS局部放电在线监测方法概述

1、局放产生的原因

（1）绝缘体内部存在自由移动的金属微粒；

（2）绝缘体内或高压导体表面上存在针尖状或其他形状突出物；

（3）附近存在悬浮电位体或导体间连接点接触不好；

（4）轻微局放或制造时造成绝缘体内部或表面存在气隙、裂纹等。

2、监测方法

当介质中发生局部放电时，会产生电脉冲、电磁波、超声波、局部过热、一些新的化学产物、光等特征，与此相应的出现了下面五种监测方法。

2.1电测法

（1）耦合电容法，又称脉冲电流法。

利用贴在GIS外壳上的电容电极耦合探测局放在导体芯上引起的电压变化。该法结构简单，便于实现。在现场测试时，无法识别与多种噪声混杂在一起的局放信号，因此此方法的使用推广受到限制。

（2）超高频法。

其主要优点是灵敏度高，并通过放电源到不同传感器的时间差对放电源精确定位。但对传感器的要求很高，此法成本昂贵。

2.2非电测法

（1）超声波监测法。

由于GIS内部产生局放时会产生冲击振动及声音，因此可用腔体外壁上安装的超声波传感器测量局放量Q。它是目前除UHF法外最成熟的PD监测方法，抗电磁干扰性能好，但由于声音信号在SF6气体中的传输速率很低(约140 m/s)，信号通过不同物质时传播速率不同，不同材料的边界处还会产生反射，因此信号模式很复杂，且其高频部分衰减很快。它要求操作人员须有丰富经验或受过良好的培训，另外，长期监测时需要的传感器较多，现场使用很不方便。

（2）化学监测法。通过分析GIS中局放所引起的气体生成物的含量来确定局放的程度，但GIS中的吸附剂和干燥剂会影响化学方法的测量；断路器正常开断时产生的电弧的气体生成物也会产生影响；脉冲放电产生的分解物被大量的SF6气体稀释，因此用化学方法监测PD的灵敏度很差。另外，该方法不能作为长期监测的方法来使用。

（3）光学监测法。光电倍增器可监测到甚至一个光子的发射，但由于射线被SF6气体和玻璃强烈地吸收，因此有“死角”出现。该法监测已知位置的放电源较有效，不具备定位故障能力，且由于GIS内壁光滑而引起反射带来的影响使灵敏度不高。

2.3上述五种监测方法对比

对于某种监测技术的性能评估，首先要考虑的要素是模式识别、定位、放电强度三个方面的信息的准确性。监测技术是局部放电分析的基础，模式识别给出了导致发生局放的原因及类型，定位则给出了局放源的准确位置，放电强度给出了当前局放活动的剧烈程度，这三个方面信息的结合才能进行介质绝缘状态的合理准确评估。

二、超高频法的测试系统

1、局部放电辐射特高频电磁波的产生机理

推荐文献：

Judd M D, Farish O, Hampton B F. The excitation of UHF signals by partial discharges in GIS[J]. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, 1996, 3 (2): 213-228.

Judd M D, Farish O, Hampton B F. Broadband couplers for UHF detection of partial discharge in gas-insulated substations[J]. IEE pro-ceedings-Science, Measurement and Technology, 1995, 142 (3): 237-243

2、监测频带

300MHz - 约3GHz以内。

局部放电所辐射的电磁波的频谱特性与局部放电源的几何形状以及放电间隙的绝缘强度有关。当放电间隙比较小时，放电过程的时间比较短，电流脉冲的陡度比较大，辐射高频电磁波的能力比较强；而放电间隙的绝缘强度比较高时，击穿过程比较快，此时电流脉冲的陡度比较大，辐射高频电磁波的能力比较强。研究表明在SF6气体及变压器油纸绝缘中局部放电所辐射出的电磁波范围可达数GHz的特高频范围。但频率越高，衰减越快，这是监测频带上限的原因。

3、GIS中特高频电磁波的传播特性

研究结果表明局部放电信号在GIS中是以横电磁波(TEM)和横电波(TE)、横磁波(TM)的形式传播，GIS的同轴结构相当于导引电磁波的波导管，TE波与TM波在其中传播的截止频率取决于GIS的结构尺寸，同时由于间隔的作用，1个GIS系统如同一系列的谐振腔，谐振腔中信号传播损耗小，信号传播时间长，通常1个ns

级的局部放电信号可以持续10 ms以上，有利于信号的检测。

4、特高频法局部放电检测方法

有特高频宽带检测法和特高频窄带检测法2种。

特高频窄带测量的中心频率通常为几百MHz，带宽为几十MHz，窄带检测方法可以任意选择频带，因而可避开现场的许多干扰，能较有效地抑制外部干扰和提高信噪比，但其检测的是一个较窄频带内的信号，检测信号的能量会受到限制。西安交通大学的特高频局放检测是典型的窄带检测设备，采用混频的方法实现特高频信号的窄带检测。

宽带检测法则将检测频带内的所有信号都送入检测系统，这种情况下信息量大，可以在足够宽的频率范围内对局部放电进行检测，避免遗漏放电特征峰。但如果有检测频带之内的干扰信号，会造成信噪比低，影响后续的分析。

5、天线和放大器

对GIS进行特高频局部放电检测的传感器包括天线、放大器和检波器。特高频天线根据安装方式可分为内置式和外置式两种。本身天线接收的UHF信号很微弱，为了减小信号衰减，提高灵敏度，放大器采用低噪音高增益UHF放大器，并在空间上紧密靠近天线。

推荐文献：

汲胜昌，土园园，李军浩，等.GIS局部放电检测用特高频天线研究现状及发展[J].高压电器，2015, 51(4): 163-172.

6、检波器

有文献在对传感器的介绍过程中对检波器进行了介绍。

检波是指将UHF信号的高频成分滤除，仅保留信号的幅值和相位信息。UHF脉冲信号包含了丰富的表征放电类型、强度、局放源及传播途径等信息，检波会损失UHF信号中的部分信息，但依然保留了大量重要的PD信息，如PD脉冲峰值、相位、脉冲重复率等。UHF信号经检波输出后得到一个缓慢变化的包络信号，其幅值与UHF信号的峰值相对应。反映了局放UHF信号的大小和形状，并结合了工频相位信号，得到放电脉冲的相位分布。根据检波信号在工频信号上的相位分布及检波信号的波形特征，进行绝缘缺陷局放类型的识别。

因此检波器是检波波形识别的关键器性。

7、特高频法测试系统近年发展的评价