基于机-热-电多参量信号特征的GIS隔离开关状态评估方法

气体绝缘开关(gas insulated switchgear,GIS)设备中的隔离开关故障往往是机械、热、电气多物理量综合作用的结果,从微小缺陷发展至严重故障的过程中,会产生异常振动、温度、局部放电多种参量信号,同时测量并分析GIS隔离开关的多参量信息对于准确获取其运行状态具有重要意义。文中通过在实体220 kV GIS实验平台上模拟隔离开关最为常见的接触不良缺陷,研究不同接触状态时振动信号、温度变化和局部放电信号的演化规律,获得其与设备状态之间的对应关系,结合健康指数理论和改进层次分析法,提出基于多参量特征的GIS隔离开关综合评估方法。使用该方法开展现场测试,其检查结果与多参量综合评估方法的的分析结果相吻合。文中的研究为GIS隔离开关状态的带电检测提供了一种可行性较高的多参量融合分析新方法。

基于实体GIS设备试验的局部放电光学信号传播特性研究

光测法具有电磁免疫性,特别适用于具有封闭结构的气体绝缘开关设备(gas insulated switchgear, GIS)局部放电检测,但是光信号在传播过程中易因传播距离增加或部件遮挡而快速衰减。为此,基于110 kV实际GIS设备开展局部放电光学信号传播特性试验,研究传播距离和绝缘子遮挡对导杆尖刺缺陷和悬浮电位缺陷局部放电光信号的影响规律。结果表明,随着传播距离的增加:尖刺缺陷检测到光信号最大幅值和放电数均有所衰减,放电谱图变化不大;悬浮缺陷放电光信号幅值明显衰减,放电数不变,放电谱图特征逐渐失去“矩形”特征。此外,当光学信号透过带有通气孔的绝缘子传播时,光学信号明显衰减,且幅值波动较大。

变电设备状态信息光纤/光学传感研究

准确感知输变电设备的运行状态,及时采取有效的运维检修策略,对保证新型电力系统安全高效运行意义重大。光纤/光学传感具有绝缘性能好、抗电磁干扰、可分布式测量、测量精度高等优点,在变电设备领域发展迅速。该文介绍了包括基本电气量(电压、电流)、设备状态量(温度、湿度、压力、振动)、绝缘状态量(分解产物、局放)的光纤/光学感知原理与主要研究进展,对比讨论了不同监测方法的优缺点。并在此基础上,重点分析了现有技术尚未攻克的难点问题与发展趋势,期望对新型电力系统全息感知能力的提升提供参考。

油纸绝缘变压器老化状态评估的极化/去极化电流技术研究

对一种非破坏性的,不需要对变压器吊罩处理的油纸绝缘老化评估方法——极化/去极化电流(polarization and depolariza-tion current)测量方法进行了实验室及现场试验研究。在阐述了该方法的基本理论基础之后,在实验室对影响PDC测量结果的主要因素进行了试验研究,发现绝缘结构、纸板含水量及绝缘的老化程度等对PDC测量结果有着显著影响。研究发现油纸绝缘结构中绝缘油的状态对应PDC测量曲线起始部分的变化,而绝缘结构及纸板的状态则对应了测量曲线的中段和末段部分。现场试验表明,通过对变压器进行PDC测量及对PDC测量曲线的分析,可以对绝缘油的状态及纸板的状态分别进行合理的老化评估。

油/纸绝缘沿面局部放电特性研究

采用局部放电测量方法,研究了油/纸沿面从局部放电起始到贯穿闪络整个过程中局部放电量、放电谱图、放电频率及单个放电脉冲的变化情况.采用两种具有不同老化程度的油样研究了油样在沿面闪络过程中对局部放电测量结果的影响.研究结果表明,在初始电子产生阶段,放电量和放电频率均很小,放电集中在工频峰值处,随着电压的升高,放电量和放电频率随之升高,放电处于工频上升处.当临近沿面闪络时,放电量会迅速增大,放电脉冲呈现脉冲序列形式,会听到较大的放电声.油样的老化会降低局部放电起始电压,并导致沿面放电在流注发展阶段的放电量和放电频率增加.

电气设备局部放电检测技术述评

局部放电检测被认为是电气设备最为重要和有效的绝缘状态评估方法,在电气设备绝缘状态的诊断和评估中得到了大量的研究和应用。从局部放电的检测方法、缺陷类型的模式识别及局部放电源的定位等几个方面进行归纳,综述了这些方面近年来的重要研究成果。讨论了带电检测和在线监测、不同检测方法的局限性、局部放电源的危险程度评估方法及不同类型电压作用下局部放电的检测等目前局部放电研究及实践中存在的问题,提出了今后研究和应用中可能的发展方向。认为应加强在线监测系统的可靠性和准确性,研究不同检测方法对不同缺陷检出的有效性,研究对局部放电检测结果更为合理和科学的评估方法,并进一步深入研究不同类型电压作用下的局部放电特性和检测方法。

GIS缺陷检测用低功耗智能无线振动加速度-声发射融合传感器

针对气体绝缘组合电器(GIS)机械和绝缘缺陷的同时同地感知,本文提出一种低功耗智能无线振动加速度-声发射融合传感器。进行了传感器融合结构设计和仿真验证,使用蓝牙低功耗(BLE)实现传感器与客户端通信。首次将伪随机M序列应用于压电传感器的阻抗响应自校准,单次校准仅需数毫秒和数毫瓦。测试结果表明,传感器100 Hz~2 kHz内平均振动灵敏度为511 mV/g, 20~100 kHz内超声灵敏度稳定在70~90 dB之间,相对不确定度小于2%;工作距离小于8 m时,数据传输速率在1 Mbps以上。在设置金属颗粒缺陷的实际GIS设备上开展机械振动-局部放电联合试验,结果表明传感器可实现设备机械振动和超声波信号的同时同地测量,为电力设备运行状态的分布式检测提供了新型有效的方法和手段。

油纸绝缘内部气隙缺陷电劣化过程中局部放电的测量与模拟

对油纸绝缘内部扁平气隙缺陷模型进行连续局部放电试验,在不同阶段进行局部放电相位谱图(phase resolved partial discharge pattern,PRPD)的采集。发现由局部放电导致的介质电劣化过程中其局部放电表现可分为5个阶段,前4个阶段的PRPD谱图具有很大的差别。采用基于局部放电物理过程的放电模型进行了计算机模拟,利用计算机模拟对谱图变化原因作了解释。通过对比计算机模拟过程中模型参数的变化和试验结果,对电劣化过程中缺陷气隙内部的物理变化过程进行了研究。研究结果为通过局部放电测量判断介质电劣化的发展状态提供了试验及理论依据。

GIS设备内外部紧固松动机械缺陷振动特性对比分析研究

气体绝缘组合电器(gas insulated switchgear,GIS)机械性缺陷是导致设备故障的重要原因。当GIS存在机械缺陷时,在交流电动力的作用下会产生异常振动信号,通过测量GIS外壳上的机械振动信号能够实现对设备机械缺陷的检测和诊断。GIS设备内部或者外部紧固松动是现场常见的机械性缺陷,然而目前对于内外部紧固松动缺陷的振动信号特性尚不清楚,制约了现场对于该类型缺陷的检测与诊断。针对于此,文中在550 kV实体GIS试验平台上构建了内部屏蔽罩松动和外部地脚螺栓松动两类缺陷,对比分析了不同缺陷下的振动信号时、频域特征,以及信号特征和负载电流的关联关系。结果表明,内外部缺陷均不会引起100 Hz基频振动信号发生变化,而仅导致其余频率点信号略有升高,因此无论是内部还是外部松动缺陷都不会引起设备振动信号幅值的明显升高;相比较而言,内部松动缺陷主要引起200、300 Hz等低频信号分量的升高,而外部松动缺陷主要引起1500 Hz以上高频信号分量的幅值升高;内部松动缺陷引起的低频信号分量升高程度随着负载电流的增加明显增加,而外部松动缺陷引起的高频分量升高程度与负载电流相关性较小。文中的研究成果为现场GIS内外部松动缺陷的检测和分析提供了理论支撑。

变压器感应式振荡型操作冲击试验及局部放电测量技术

IEC 60060-3标准推荐的振荡型冲击电压波形具有易于调波、产生效率高的特点。针对变压器感应式振荡型操作冲击试验技术进行研究,论述了变压器感应式振荡型操作冲击电压的产生原理,对其参数计算方法进行了研究;并提出了在变压器进行操作冲击耐压试验的同时进行局部放电检测的方法。仿真和试验结果表明,采用所提出的方法可以使用低电压设备产生符合IEC 60060-3标准的高幅值振荡型操作冲击电压波形,便于开展变压器现场操作冲击耐压试验;在变压器进行操作冲击耐压试验的同时进行局部放电检测具有可行性。

电力变压器局部放电特高频信号外部传播特性研究

针对变压器箱体的接缝处可以衍射出局部放电特高频(UHF)电磁波信号的现象,在分析变压器箱体接缝对局部放电特高频电磁波传播影响的基础上,探讨了接收天线外部检测特高频信号的可行性,并通过实验研究了局部放电特高频电磁波的外传播特性,通过对信号进行小波包分析,比较了外部接收和内部接收信号的差异.结果表明,特高频电磁波可以透过变压器箱体接缝衍射出来,且频两者谱能量分布并非完全一致,外部检测到的特高频信号距离接缝的远近具有不同的表现形式,强度随着变压器箱体缝宽增大而增大.研究工作为变压器局部放电外部检测提供了理论指导.

直线及L型GIS模型电磁波传播特性研究

为了对GIS中局部放电的特高频电磁波信号的传播特性进行更深入的理解,使用FDTD算法对直线及L型GIS模型进行了仿真计算.对仿真信号进行时域和频域分析,对比了直线型和L型结构对电磁波传播的影响,研究了不同角度接收到的信号的差异.研究结果表明,对于直线型GIS,在腔体中相对激励源0°和180°的信号峰峰值呈衰减分布,总能量呈振荡平稳分布,而90°的信号峰峰值和总能量则呈平稳分布.对于L型GIS,由于L型结构的影响,经过L型结构后,在相对激励源0°和180°方向上信号能量和幅值会衰减70%左右,而在90°方向上会衰减50%左右,不同角度接收到的信号含有不同的电磁波模式.

L型及T型气体绝缘开关模型中电磁波传播特性的仿真研究

采用有限时域差分方法对L型及T型气体绝缘开关(gas-insulated switchgear,GIS)模型中电磁波的传播特性进行仿真计算,分析L型及T型结构GIS中电磁波的分布及其对自身传播特性的影响。研究表明,受速率色散特性的影响,在GIS腔体的直线部分,随着接收点远离激励源,接收电磁波信号的峰?峰值呈衰减分布,但总体能量变化不大。对于L型及T型结构的GIS,在经过L型及T型结构后,信号能量衰减很大。信号频域分析表明,在0°方向存在横电磁波和横电波的11型模波TE11、21型模波TE21和31型模波TE31等高次模波,而在90°方向只存在横电磁波和T21型模波,且信号频率分量的不同导致在不同接收方向上信号能量的分布也会有差异。

特高压气体绝缘组合开关设备现场冲击耐压试验及局部放电测量

气体绝缘组合开关(GIS)采取现场组装的形式,现场试验对GIS的安全运行具有重要意义。为此,论述了国内外首次进行的1 100 kV特高压(UHV)GIS现场振荡型雷电冲击耐压试验和同时进行的特高频(UHF)局部放电测量试验。对特高压GIS现场冲击耐压试验的发生器形式、参数及现场试验流程进行了介绍,对比了内置式和外置式2种特高频局部放电测量方式得到的测量结果的差异。结果表明,外置传感器受到的干扰较大而内置传感器则不受外部干扰。适当减小限流电阻可提高电压的产生效率。此外,模块化冲击电压发生器配合振荡型冲击电压波形可以实现较高的产生效率和现场组装速度。利用内置式特高频传感器可以有效屏蔽发生器球隙放电的干扰,实现现场雷电冲击耐压试验时GIS内部局部放电的检测。

一种亚纳秒高压脉冲源的研制

本文对一种以亚纳秒高压脉冲放电管为主要元件的脉冲产生电路进行了计算和试验研究,给出了电路的结构参数及选取原则。实验表明所研制的高压脉冲发生电路可产生上升时间小于500ps,幅值不低于4kV的亚纳秒高压脉冲信号,并且具有放电稳定、重复性好、频谱范围广的特点,可作为研究GIS和电力变压器中局部放电信号超高频特性用的信号源。

基于小波变换模极大值的SPD故障诊断技术

使用复合波诊断以ZnO压敏电阻为主要元件的SPD的故障中电压信号的突变点往往携带SPD运行状态的重要信息。基于小波分析的信号奇异性检测理论可通过检测信号小波变换模极大值点来确定信号奇异点,通过分析信号模的极大值及其出现位置诊断SPD的故障。籍此理论分析了不同故障类型的SPD复合波冲击下的电压信号,证明使用小波分析模极大值诊断SPD故障的方法行之有效。

振荡型雷电冲击电压下SF_6气体中悬浮电位缺陷的局部放电特性研究

为模拟悬浮电位缺陷,设计了一种悬浮电位缺陷模型,并通过构建可产生符合IEC 60060-3标准要求的振荡型雷电冲击电压试验平台及相应的局部放电检测系统,对GIS中最常见的悬浮电位缺陷在振荡型雷电冲击电压下的局部放电特性进行研究,分析最大放电幅值、放电次数等随外加电压增加的变化规律。结果表明:在振荡型雷电冲击电压作用下,悬浮电位放电发生在外施电压的下降沿和上升沿处,随着外加电压的增加,放电最大幅值和放电次数均增加,且放电次数的增加幅度大于放电幅值的增加幅度。

亚纳秒高压脉冲发生器的研制及仿真

以高压脉冲放电管为开关元件研制了一种亚纳妙高压脉冲发生器,实验和仿真表明该发生器可产生上升时间为360 ps,幅值不低于4 kV的亚纳秒高压脉冲信号,并且具有放电稳定、重复性好的特点,可作为研究GIS和电力变压器中局部放电信号超高频特性用的信号源。

一起110 kV GIS PT气室放电缺陷的检测与分析

通过对普测过程中发现的一起110 kV GIS PT气室放电缺陷进行SF6气体分解物和特高频局部放电检测,发现该气室内出现了多种SF6气体分解物且体积分数较高,特高频检测其放电幅值超过-20 dBm,停运解体发现是由于PT气室内C相侧屏蔽板与铁心夹件之间的连接螺栓松动,导致接触不良发生悬浮电位放电,通过分析明确了缺陷产生的原因,提出将原侧屏蔽板与铁心夹件之间采用绝缘垫块连接,侧屏蔽板与底屏蔽板通过单独的接地线连接,并与铁屑夹件可靠连接的整改措施。

基于负极性下局部放电测量的变压器油中气泡发展过程实验研究

油中局部放电表现为一系列离散的脉冲序列形式,脉冲序列中的首脉冲是液相中发生电荷注入产生的,随后的脉冲则是由于液相中电荷注入产生的气泡所引发的气泡放电导致。首脉冲与次脉冲的时间间隔代表了气泡形成时间,脉冲序列的持续时间代表了气泡的生长时间。本文采用宽频带局部放电脉冲测量系统和TECHIMP局放仪对25#变压器油中由于电场集中效应引起的局部放电脉冲序列及相位谱图进行了测量,研究了油中气泡生长时间及气泡形成时间同外加电压的关系。