温度对GIS内部固体绝缘缺陷间歇性放电特性影响研究

针对现场气体绝缘组合电器(gas insulated substation,GIS)局部放电绝缘缺陷漏报、误报情况频发的问题,文中根据GIS实际运行温度范围对GIS内部常见固体绝缘缺陷开展不同温度下间歇性放电特性试验研究,搭建GIS电-热耦合间歇性放电模拟试验平台,采用脉冲电流法、特高频(ultra high frequency,UHF)法、超声波法和气体特征组分检测法获取不同温度下固体绝缘缺陷间歇性放电特征数据并进行分析。研究发现:UHF法和脉冲电流法在不同温度下均能有效检测到试验缺陷间歇性放电UHF信号,超声波法和气体特征组分检测法无法有效采集到有效放电数据;固体绝缘表面金属污秽缺陷和内部气隙缺陷间歇性放电电压与温度呈负相关,污秽缺陷间歇性放电电压呈较为明显的线性下降趋势,气隙缺陷间歇性放电电压呈先大幅下降后较平缓线性下降趋势;污秽缺陷间歇性放电的平均放电量和UHF信号幅值与温度的升高呈正相关;污秽缺陷放电间歇性在不同温度下随放电时间的增加会增强,而气隙缺陷放电时间间隔在26℃、40℃、50℃下能由秒级发展为毫秒级,存在演变成击穿放电的风险。文中研究成果进一步丰富了GIS间歇性放电理论体系,有助于提升现场GIS间歇性放电的有效诊断率。

具备局部放电超声波感知功能的PZT基特高频传感技术

针对现场长期无法实现简单、可靠地判断电力设备局部放电(PD)的技术难题,该文基于压电超声波法传感原理和二维平面式特高频传感原理,在前期可行性验证的基础上,采用全向性环形叉指换能器(IDT)电极结构构建了可同时感知PD超声波信号和电磁波信号的锆钛酸铅(PZT)基PD特高频传感器结构,利用COMSOL和HFSS分别构建传感器三维声学和电磁仿真优化模型,获得全面反映复合型传感器超声感知性能的谐振点位移、接收灵敏度及反映高频电磁波感知性能的驻波比(VSWR)参数,并对其进行优化计算。同时分别搭建传感器超声波增益测试平台和PD检测实验平台对传感器性能进行实测。仿真和实验结果表明,该文所设计的PZT基PD特高频传感器在20~200 kHz频带内感知超声波的平均灵敏度为19.6 dB,98 kHz谐振点位移为0.45μm;在0.3~3 GHz频带内感知电磁波的VSWR≤5。该文解决了电力设备PD检测常用的超声波法和特高频法无法利用单一传感器同时感知超声波信号和电磁波信号的问题,为现场电力设备PD的简单、可靠感知提供了新的解决思路。

电力设备局部放电超声、特高频一体化传感技术

新型数字化电力系统的快速发展对电力设备运行状态的集成化智能感知提出了更高的要求,针对电力设备局部放电(partial discharge,PD)超声波法和特高频法传感器功能单一,无法实现PD绝缘缺陷全面高灵敏感知技术难题,以及超声波和特高频天线传感器刚性结构在弧形结构电力设备上安装复杂的问题,为此通过对柔性超声、特高频传感器研究现状及结构的总结分析提出了柔性超声、特高频一体化传感技术,并初步构建了基于PVDF压电基底和改进型叉指电极的柔性超声、特高频一体化传感器结构模型,分别采用COMSOL、HFSS对一体化传感器的超声频响特性及特高频电磁波频响特性进行仿真研究,仿真结果表明:一体化传感器对20~200 kHz频段内的超声波信号均有位移响应;一体化传感器在0.4~0.45、0.55~0.6、1.7~3GHz这3个频段内的驻波比均小于5,最后搭建PD实验平台对研制的一体化传感器同时感知PD辐射超声波信号和特高频信号的可行性进行实验验证。实验结果表明超声、特高频一体化传感器可以同时感知PD超声波信号和特高频信号。该研究内容为电力设备PD关键特征信号的集成化传感提供了新的解决思路。

超小型内置柔性宽频带UHF单极子天线传感技术

特高频(ultra high frequency,UHF)法是电力设备局部放电(partial discharge,PD)绝缘缺陷常用的检测方法,在内置安装空间受限的情况下保证UHF天线具有良好的PD高频电磁波信号感知性能至关重要,基于聚亚酰胺(polyimide,PI)柔性基底设计了一种小型化UHF单极子天线,尺寸仅为58 mm×36.8 mm×0.3 mm,相较于传统单极子天线结构缩小了50.4%,并且通过对辐射区镂空和弯折处理改善了天线的低频性能。仿真和实测表明,设计的柔性天线在绝缘油和SF6绝缘气体中的有效带宽分别达到360 MHz~2.35 GHz与440 MHz~1.78 GHz,可全向接收PDUHF信号且弯曲形变后天线能保持良好的辐射性能。最后,搭建220kV真型气体绝缘组合电器和变压器PD模拟实验平台,对柔性天线在不同绝缘缺陷下的PD检测性能进行实测。结果表明,柔性天线内置后能有效检测到低放电量下的PD UHF信号,具有较高的灵敏度,可满足电力设备PD检测需求。