随着GIS在电力系统中的重要性的提高,为保证GIS长期可靠运行,对其绝缘诊断也愈来愈得到重视。作为判断GIS绝缘状况的有效手段,GIS中局部 放电的检测技术也迅速发展起来。局部放电测量的方法很多,都是根据局部放电 过程中所发生的物理和化学效应,通过测量局部放电所产生的电荷交换、能量的 损失、发射的电磁波、发出的声和光以及生成一些新的生成物等信息,来表征局 部放电的状态。这些信息总结起来有电信息和非电信息两大类,由此局部放电测 量方法可以分为电测法和非电测法两大类,其具体主要可分为以下五种方法:

(1)耦合电容法:又称为脉冲电流法,它利用贴在GIS外壳上的电容电 极耦合探测局部放电在导体芯上引起的电压变化。该方法结构简单,便于实现。 但是在现场测试时,无法识别与多种噪声混杂在一起的局部放电信号,因此这种 方法的使用推广受到了很大限制。

(2)UHF法:英国Strathclyde大学提出的UHF法目前已经应用到GIS生产 和运行中,它是一种利用超高频频率信号进行局部放电在线监测的方法。在UHF 法中传感器并非起耦合的作用,而是接收UHF信号的天线,所以UHF法的原理 与脉冲电流法是不同的。

GIS内部发生局部放电时,由于放电点处电荷的迅速转移,形成持续时间很短 的电流脉冲(ns级),并产生频率分量极其丰富的电磁信号(高达GHz),通过 传感局部放电所产生的电信号进行局部放电检测,有可能实现较高的灵敏度,并 能够及时发现早期的的局部放电。局部放电电信号传感面临的关键困难是电磁干扰问题。

GIS局部放电在线检测 要求在GIS运行的现场条件下进行检测,由于电晕放电等原因,现场条件下存在 大量的电磁干扰信号。尤其常规局部放电检测所使用的频段(几十kI-Iz~几百kHz), 干扰信号的强度有可能远远大于所要检测的局部放电信号,使得局部放电检测的 电信号传感器无法实现。GIS局部放电检测的UHF传感方法正是针对抗电磁干扰 问题提出的。并在UHF频段内选择合适的频段进行局部放电的电信号传感,其抗电磁干扰原理是: GIS运行现场的干扰源主要有:架空线和变电站母线上的电晕放电,导体接触 不良产生的电弧放电,站内可控硅产生的强电脉冲,其他设备内部的放电,无线 电波,载波通讯,系统内开关动作等。研究表明,这些干扰主要集中在300MHz 以下频段。

虽然也存在超高频干扰信号,由于传播路径上衰减很快,并且很 容易被屏蔽,因此一般不能到达GIS。相比之下,GIS的同轴结构是一个良好的波 导,其内部的局部放电辐射出的超高频电磁波可在内部有效地传播,因此,选择 超高频段的电磁信号作为检测信号,可以避开常规电气测试方法中难以识别的电力系统中干扰,显着提高了局部放电检测的信噪比(S/N)。

部放电超高频传感器的特点如下:

a.UHF频段信号传感,避开了电网中主要电磁干扰的频率,具有良好的抗电 磁干扰能力;

b.局部放电的电磁信号传感,能够实现良好的检测灵敏度;

c.根据电磁脉冲信号的衰减和时差,可进行故障定位;

d.根据放电脉冲的波形特征和UHF信号的频谱特征,可进行故障诊断;

e.UHF传感器的有效检测范围大,检测点少,检测效率高,适用于自动在线 监测系统; 鉴于超高频传感的上述特点,近年来这种方式受到了广泛的重视和研究,已成为GIS局部放电在线监测的主要传感方式,并得到了实际的应用。

UHF法最主要的优点是:高灵敏度,并能通过放电源到不同传感器的时间差 对放电源进行精确定位。它对传感器的采集精度和宽带要求很高,因此造价较高。

(3)超声波监测法:由于GIS内部产生局部放电的时候,会产生冲击的振动 及声音,因此可以利用腔体外壁上安装的超声波传感器来测量局部放电信号。超 声波法是目前使用的除UHF方法之外最成熟的局部放电监测方法。该方法抗电磁 干扰性能好,(https://www.dgzj.com/ 版权所有)但是由于声音信号在SF6气体中的传输速率很低(约140m/s),且 信号的高频部分衰减很快,信号通过不同的介质的时候传播速率不同,且在不同 材料的边界处会产生反射,因此信号模式变的很复杂。

它要求操作人员必须具有 丰富经验或者受过良好培训,另外长期监测的传感器比较多,现场使用很不方便。

(4)化学监测法:通过分析GIS中局部放电所引起的气体生成物含量来确定 局部放电的严重程度,但是GIS中的吸附剂和干燥剂可能会影响化学方法的测量; 断路器正常开断时电弧产生的气体生成物,也会产生影响;脉冲放电产生的分解 物会被大量的SF6气体所稀释,因此就局部放电监测而言,化学方法的灵敏度很差: 另外,该方法不能作为长期监测的方法来使用。

(5)光学监测法:光电倍增器可以监测到甚至一个光子的发射,但是由于射 线被SE气体和玻璃强烈地吸收,因此有“死角”出现,该方法对于已知放电源位 置的监测比较有效,但不具备对故障的定位能力。并且由于GIS内壁光滑而引起 的反射带来的影响,造成灵敏度不高。

GIS局部放电在线监测方法

总结上述方法的特点,表所示为其优缺点及各种性能的比较和说明。通过对上面五种方法的比较,我们可以得出以下结论:在对GIS中产生的局部放电信 号的监测方法中,UHF法是比较适用可行的方法,具体体现如下的优势: 抗干扰能力强:UHF法的检测频率范围为300MHz.3000MHz(目前国内外GIS 局部放电的现场实测中频率不超过1700MHzt321),可避开空气中电晕等低频段 的干扰,所测信号能全面反映绝缘系统GIS放电的本质特征。 灵敏度高:可检测到高达O.5~0.8pC的放电量,这是其他监测方法所无法比 拟的,且可用于运行中的设备。故障定位精度高:可高达±0.1m,且适用于各种类型的缺陷。