特高频局部放电检测技术

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特高频局部放电检测技术
主要内容
1 2 3 4 5 特高频局部放电检测的原理 特高频局部放电检测仪器及工具 特高频局部放电检测方法及注意事项 数据、图谱的分析及诊断 典型案例分析
一、特高频局部放电检测的原理
电力设备绝缘体中绝缘强度和击穿场强都很高,当局部放电 在很小的范围内发生时,击穿过程很快,将产生很陡的脉冲 电流,其上升时间小于1ns,并激发频率高达数GHz的电磁波。 应用宽带高频天线(300MHz-1.5GHz传感器)检测GIS内部 局放电流激发的电磁波信号,从而反应GIS内部局部放电的类 型及大体位置。根据传感器安装位置不同,该方法分为内置 法与外置法两种。 由于现场的晕干扰主要集中在300MHz频段以下,因此特高频 法能有效地避开现场的电晕等干扰,具有较高的灵敏度和抗 干扰能力,可实现局部放电带电检测、定位以及缺陷类型识 别等优点。
3、安全注意事项
为确保安全生产,特别是确保人身安全,除严格执行电力 相关安全标准和安全规定之外, 还应注意以下几点: 检测时应勿碰勿动其它带电设备; 防止传感器坠落到GIS管道上,避免发生事故; 保证待测设备绝缘良好,以防止低压触电; 在狭小空间中使用传感器时,应尽量避免身体触碰 GIS 管 道; 行走中注意脚下,避免踩踏设备管道; 在进行检测时,要防止误碰误动GIS其它部件; 在使用传感器进行检测时,应戴绝缘手套,避免手部直接 接触传感器金属部件。
四、数据、图谱的分析与诊断

识别并排除干扰 对放电类型进行识别 对放电源进行定位 对放电信号危险性评估,制定检修策略
1、识别并排除干扰的方法
1)排除法:在开始测试前,尽可能排除干扰源的存在, 比如关闭荧光灯和关闭手机,检查周围有无悬浮放电 的金属部件;
2)屏蔽带法抗干扰;
3) 信号识别抗干扰:现场最常见的干扰信号雷达噪声, 移动电话噪声,荧光噪声和马达噪声。下面简明列举 了上述几种信号的典型谱图
4、检查接线
在采用特高频法检测局部放电的过程中,应按 照所使用的特高频局放检测仪操作说明,连接好 传感器、信号放大器、检测仪器主机等各部件, 通过绑带(或人工)将传感器固定在盆式绝缘子 上,必要的情况下,可以接入信号放大器。
特高频局放检测仪连接示意图
5、传感器放置部位部位及要求
GIS内部局部放电产生的特高频信号在GIS腔体内以横向电 磁波方式传播,只有在GIS壳的金属非连续部位才能泄漏出 来。在GIS上只有无金属法兰的绝缘子、观察窗、接地开关 的外露绝缘件、内置式CT、PT二次接线盒等部位才能测量 到信号,特高频传感器需安置在这些部位;
传感器应与盆式绝缘子紧密接触,且应放置于两根禁锢盆式 绝缘子螺栓的中间,以减少螺栓对内部电磁波的屏蔽及传感 器与螺栓产生的外部静电干扰; 在测量时应尽可能保证传感器与盆式绝缘子的接触,不要因 为传感器移动引起的信号而干扰正确判断;
6、特高频局部放电检测操作流程
在采用特高频法检测局部放电时,典型的操作流程如下:
GIS设备为额定气体压力,在GIS设备上无各种外部 作业;
在检测时应最大限度保持测试周围信号的干净,尽量减少 人为制造出的干扰信号,例如:手机信号、照相机闪光灯 信号、照明灯信号等; 进行室外检测避免雨、雪、雾、露等相对湿度大于80%的 天气条件。
2、检测周期
投运后及大修后1个月内应对本体进行一次局部放电检测 ; 正常情况下,半年至一年检测一次; 检测到GIS有异常信号但不能完全判定时,可根据GIS设备 的运行工况,应缩短检测周期,增加检测次数,应并分析 信号的特点和发展趋势; 必要时,对重要部件(如断路器、隔离开关、母线等)进 行局部放电重点检测; 对于运行年限超过15年以上的GIS设备,宜考虑缩短检测 周期,迎峰度夏(冬)、重大保电活动前应增加检测次数 。
3、特高频局放检测其它常用工具
高速示波器:一般2G以上采样速率,可对特高频原始信 号进行观察,并利用各个通道采集信号的时间差来进行 定位; 频谱仪:根据频谱特性进一步确认是放电还是干扰,如 果是干扰可分析干扰信号频段,通过使用滤波器来过滤 掉干扰信号; 屏蔽带:屏蔽外部干扰最基本的工具,一般用金属布制 成,同时能起到增强检测信号及固定传感器的作用。
4、GIS特高频局放仪两种常用谱图
PRPS(脉冲序列相位分布)谱图
PRPD(局部放电相位分解)谱图
3、特高频局部放电检测方法 及注意事项
检测条件要求 检测周期 安全注意事项 检测接线 传感器放置部位部位及要求 操作流程 常见注意事项
1、检测条件要求
被检设备是带电运行设备,绝缘盆子为非金属封闭或内置 有 UHF 传感器;
局部放电检测应提供局部放电信号的幅值、相位、放电频 次等信息中的一种或几种,并可采用PRPS、PRPD等常用 谱图进行展示。
二、特高频局部放电检测仪的组成
特高频传感器:耦合器,感应300M-1.5GHz的特高频无线 电信号;
信号放大器(可选):某些局放检测仪会包含信号放大器 ,对来自前端的局放信号做放大处理;
0dB
(-2dB)
(-6dB)
特高频电磁波传输与衰减示意图
二、特高频局部放电检测仪器及工具
特高频局部检测仪的基本要求 特高频局放检测仪的组成 特高频局放检测其它常用工具 GIS特高频局放仪常用谱图
二、特高频局部放电检测仪的基本要求
能够有效抑制或排除干扰; 可根据现场实际情况调整局部放电的检测周期、检出阈值 和报警阈值等参数; 可用外施高压电源进行同步(外同步),并可通过移相的 方式,对测量信号进行观察和分析; 测试线长度满足要求,且接头牢固不易损坏(最好N型接 头)
当前无相关的标准依据,特高频无法简单通过信号大小来 判断危害性。根据信号幅值、放电源位置、放电类型初步 评估危害性,观察信号变化趋势,并可采取其它手段辅助 分析。从检修结果到指导检修策略目前仍有较大鸿沟; 在局部放电带电检测中,如果检测到放电信号,同时定位 结果位于重要设备如断路器、电压互感器、隔离开关、接 地刀闸或盆式绝缘子处,则应尽快安排停电检修。如果放 电源位于非关键部位,则应缩短检测周期,关注放电信号 的强度和放电模式的变化。 检测到信号为绝缘内部放电或绝缘表面放电,则应尽快安 排停电检修,刀闸屏蔽罩悬浮放电可通过操作后观察信号 趋势来决定是否检修;细小的尖刺放电可通过跟踪检测, 关注信号强度变化来决定是否检修
4 )信号检测:打开连接传感器的检测通道,观察检测到 的信号。如果发现信号无异常,保存少量数据,退出并改变 检测位置继续下一点检测;如果发现信号异常,则延长检测 时间并记录多组数据,进入异常诊断流程。必要的情况下, 可以接入信号放大器。
7、常见注意事项
1、在检测过程中,必须保证电源零线火线的正确性。通常要求 插座为左侧零线,右侧火线; 2、使用内同步时,必须要从现场检修电源箱或室内墙上插座去 电,不能使用逆变电源或发电机供电; 3、对每个GIS间隔进行检测时,在无异常局放信号的情况下只需 存储断路器仓盆式绝缘子的三维信号,其它盆式绝缘子必须 检测但可不用存储数据。在检测到异常信号时,必须对该间 隔每个绝缘盆子进行检测并存储相应的数据; 4、在开始检测时,不需要加装放大器进行测量。若发现有微弱 的异常信号时,可接入放大器将信号放大以方便判断。 5、绝缘缺陷并非一定导致局部放电或持续的局部放电。局部放 电经常是断续发生的。投运前和检修后的GIS交接试验中进行 局部放电带电检测时,建议用橡胶锤敲击GIS壳体,激发悬浮 电位局部放电以增加检测的有效性。 6、局部放电类型识别的准确程度取决于经验和数据的不断积累,
类 型
PRPS谱图
峰值检测谱图
PRPD谱图
荧 光 干 扰
干扰信号幅值较分散,一般情况下工频相关性弱。
类 型
PRPS谱图
峰值检测谱图
PRPD谱图
移 动 电 话 干 扰
Biblioteka Baidu
干扰信号工频相关性弱,有特定的重复频率,幅值有规律变化。
类 型
PRPS谱图
峰值检测谱图
PRPD谱图
马 达 干 扰
干扰信号无工频相关性,幅值分布较为分散,重复率低。
PRPD谱图
电 晕 放 电 放电的极性效应非常明显,通常在工频相位的负半周或正半周出现, 放电信号强度较弱且相位分布较宽,放电次数较多。但较高电压等级 下另一个半周也可能出现放电信号,幅值更高且相位分布较窄,放电 次数较少。
类 型
PRPS谱图
峰值检测谱图
PRPD谱图
悬 浮 电 位 放 电 放电信号通常在工频相位的正、负半周均会出现,且具有一定对称性,放电 信号幅值很大且相邻放电信号时间间隔基本一致,放电次数少,放电重复率 较低。PRPS谱图具有“内八字”或“外八字”分布特征。
时差定位原理
L
L2x t t2 t1 c
x
L-x
x
Lct 2
S1,t1
S2,t2
优点:原理简单、运用方便、定位较为准确。 缺点:信号的时差在ns量级,因此不仅需要测量设备具有很 高的采样率和频宽,还要求被测信号的起始脉冲清晰,以读 取信号的起始时间。
4、信号危险性评估及检修策略
1 )设备连接:按照设备接线图连接测试仪各部件,将传 感器固定在盆式绝缘子上,将检测仪主机及传感器正确接地, 电脑、检测仪主机连接电源,开机。 2 )工况检查:开机后,运行检测软件,检查主机与电脑 通信状况、同步状态、相位偏移等参数;进行系统自检,确 认各检测通道工作正常。
3 )设置检测参数:设置变电站名称、检测位置并做好标 注。根据现场噪声水平设定各通道信号检测阈值。
类 型
PRPS谱图
峰值检测谱图
PRPD谱图
雷 达 干 扰
干扰信号有规律重复产生但无工频相关性,幅值有规律变化。
4) 背景测量抗干扰
设备传感器 测量设备
背景传感器
5)
定位测量抗干扰-平面分法
传感器A
P
传感器A’’
传感器B’
P’
传感器B
传感器A’
6)利检测频段选择和滤波抗干扰:针对固定存在信号较 强的干扰,可通过频谱仪分析干扰存在的频段,使用 滤波器将其过滤掉达到抗干扰目的
类 型
PRPS谱图
峰值检测谱图
PRPD谱图
空 穴 放 电
放电信号通常在工频相位的正、负半周均会出现,且具有一定对称性,放电 幅值较分散,放电次数较少。
类 型
PRPS谱图
峰值检测谱图
PRPD谱图
自 由 金 属 颗 粒 放 电 局放信号极性效应不明显,任意相位上均有分布,放电次数少,放电幅值无 明显规律,放电信号时间间隔不稳定。提高电压等级放电幅值增大但放电间 隔降低。
滤波器(可选):如果现场检测在某一频段存在较强干扰 ,可使用特定的滤波器将其滤掉,从而达到抗干扰目的; 检测仪器主机:接收、处理耦合器采集到的特高频局部放 电信号; 分析主机(笔记本电脑):运行局放分析软件,对采集的 数据进行处理,识别放电类型,判断放电强度;
特高频局放测试仪组成示意图
3、放电源定位
幅值定位,依靠各个检测部位检测信号大小定位,是最常 用定位方法,但只能大概确定某一气室或区域,且有时几 个检测部位信号幅值差别很小无法判断,甚至某些情况会 出现离信号远的部位幅值比离信号源近的部位还要大。 时差定位,通过可分辨纳秒高速示波器比较两个检测部位 检测信号的时间差来对信号进行定位,如分辨率能达到1 纳秒,则定位精度可达30cm,定位可靠, 需要好的仪器 及经验
2、放电类型识别
排除掉干扰,确定为内部放电后,需要对放电类 型进行识别。GIS内部放电主要有4类:电晕放电,空 穴放电和悬浮电位放电,自由金属颗粒放电,以及绝 缘沿面放电。下面简明列举了上述几种信号的典型谱 图,包括各类信号的PRPS图谱、PRPD图谱和峰值 检测图谱
类 型
PRPS谱图
峰值检测谱图
UHF 外置传感器
UHF 内置传感器
导体
局部放电源
法兰
UHF 内置传感器
绝缘子
内置式特高频传感器
外置式特高频传感器
UHF信号在GIS中的传播衰减
GIS的金属同轴结构可视为一个良好的电磁波导, 放电所形成的高阶电磁波TE和TM(f>300MHz), 可沿波导方向无衰减地进行转播; 绝缘屏障会造成2dB信号衰减 转角结构会造成6dB信号分散
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