GIS金属法兰孔特高频信号传播特性研究与外置式发射天线开发

在未安装内置式特高频(ultra-high-frequency,UHF)传感器的情况下,如何向气体绝缘金属封闭开关设备(gas-insulated metal-enclosed switchgear,GIS)内部注入UHF电磁波标定信号是目前开展GIS局部放电UHF在线监测系统灵敏度现场校验时面临的关键问题之一。提出了GIS外置式UHF电磁波发射方法,即通过盆式绝缘子金属法兰小孔注入标定信号。通过仿真和理论分析研究了UHF电磁波经过小孔时的传播模式和电场结构,通过加脊降低了矩形波导天线的下限截止频率,研制了双脊波导发射天线,在GIS设备上检验了该发射方法及装置的应用效果。研究表明,UHF电磁波以TE10波型为主模经过小孔传播,双脊波导天线的下限截止频率降到了300 MHz,通过它能够向GIS内部发射300MHz 1.5GHz的UHF标定信号。GIS体外式UHF标定信号注入方法可以为GIS局部放电UHF检测仪器现场灵敏度校验提供标定信号源。

基于ANSYS的GIS隔离开关短路事故分析

笔者基于一起真实的GIS短路事故,对隔离开关动静触头不对中造成的屏蔽罩变形和弹簧断裂作了认真分析,并采用ANSYS软件对屏蔽罩变形情况进行了电场仿真计算。分析发现GIS内部绝缘强度对电场畸变非常敏感,任何外界因素改变GIS内部的电场均匀性,都会造成电场强度超过允许值,造成内部绝缘击穿。

气体绝缘金属封闭开关设备接地开关短路事故分析

以一起气体绝缘金属封闭开关设备(gas insulator switchgear,GIS)接地开关短路事故为例,分析事故发生的原因是隔离开关气室内金属异物在电场力和机械振动的作用下,引起盆式绝缘子沿面放电,导致绝缘破坏;在重合闸过程中,盆式绝缘子再次发生放电,电弧在气流的作用下,引起隔离开关静触头屏蔽罩与筒壁发生短路,强大的电流导致屏蔽罩烧熔。由此判断厂内装配环境控制不严格以及金属异物等杂质严重威胁着GIS的安全。提出相关建议,即加强对GIS生产过程的控制,保证GIS内部清洁;同时,要加强对运行中的GIS的局部放电检测,对存在局放信号的GIS设备及时进行检查,以确保电网安全稳定运行。

超高频技术在电力设备局部放电在线检测中的应用

从传感器、超高频信号的采集处理、信号的模式识别及超高频信号的标定等几个关键技术出发,对超高频法在电力设备局部放电在线检测中的应用现状进行了综述,并对超高频法在实际应用中存在的问题进行了探讨。最后,展望了超高频局部放电在线检测技术的发展前景。

实时频谱测量技术在电力设备局部放电检测中的应用

传统的局部放电信号频谱研究通常是采用扫频式的频谱分析仪,其缺点是检测不到当前扫描之外的其它频率上的信号成分,可能漏掉间歇性的频谱信息。对于局部放电信号来说,其发生是随机的、间歇的。因此,扫频式的频谱测量会给局部放电检测带来测量误差,降低测量灵敏度。采用实时频谱测量技术对局部放电信号频谱进行了试验研究。研究发现,通过实时模式下频谱测量,可以捕获扫频频谱仪没有捕获的局部放电频谱信息。同时,测量形成的三维频谱图也能说明局放信号频谱信息的动态变化,这为UHF高频窄带法测量提供了试验依据。

500/220kV同塔四回输电线路接地开关开合感应电压—感应电流能力研究

同塔多回输电线路有效解决了电网建设与输电走廊紧缺之间的矛盾,但对接地开关提出了严苛的要求。笔者以500 kV祯宝甲乙线与220 kV东莆甲乙线同塔四回架设为例,对感应电压和感应电流进行了理论分析,采用电磁暂态仿真程序(ATP-EMTP)计算了两种不同运行工况下,停运线路的感应电压和感应电流。发现计算结果超过了标准规定的接地开关能够开合的B类感应电压、电流的要求。依据计算结果对500 kV东莞站采用的220 kV JW6-252/J50型接地开关进行了开合超B类感应电压、电流的试验。在开断电磁感应电压2.7 kV、电磁感应电流236.9 A过程中,接地开关拉弧现象较为明显。开合10次后发现,动主触头表面光洁无烧蚀痕迹。试验前后该型接地开关的分合闸时间保持一致,满足设计要求。试验结果表明,该型号接地开关能够有效开合计算要求的感应电压和感应电流。

GIS浇注孔传播内部局部放电UHF电磁波的特性

运行中的大多数气体绝缘关设备(gas insulated switchgear,GIS)上未安装内置式特高频(ultra-high-frequency,UHF)传感器,并且盆式绝缘子被金属环覆盖,因此,常规的检测方法无法检测其内部局部放电的UHF信号,检测金属环浇注孔处辐射出来的UHF信号成为实现GIS局部放电UHF检测的唯方法。在理论分析浇注孔对UHF电磁波的传播衰减特性的基础上,基于时域有限差分法(finitedifference-time-domain,FDTD)仿真了局部放电UHF信号在GIS中的传播过程,重点分析了浇注孔处的电场强度分布和频谱特性,并在GIS平台上进行了试验验证,取得了较好的致性。研究表明,浇注孔处UHF信号的电场强度主分量的方向平行于孔的窄边,其主要能量集中在0.7?2 GHz之间。此结论为改进UHF检测系统的性能提供了重要的指导方向和理论依据。

GIS局部放电特高频在线监测系统传感器配置方案研究

笔者通过在一个220 kV GIS线变间隔断路器气室、母线气室和进线气室安装尖刺故障模型,在盆式绝缘子和绝缘衬垫上进行检测,验证了特高频传感器的灵敏度及衰减特性。结果表明:在外加电压7 kV、视在放电量为5 pC的试验条件下,UHF传感器就可以准确地检测放电信号,并准确判断放电类型及故障位置。试验发现局部放电产生的电磁波经过L型、T型、断路器仓、CT等结构,发生了明显衰减。不带金属屏蔽环的盆式绝缘子和绝缘衬垫,更有利于检测放电产生的电磁波信号。根据测试结果提出了合理的GIS局部放电特高频在线监测系统传感器配置方案。

变压器的UHF法局放故障定位初探

分析变压器中主要结构部件对UHF电磁波传播影响后提出了基于最短光程原理定位变压器局放故障的思路。用模拟局放源和金属障碍物、变压器绕组试验研究UHF信号传播路径长度与传播时间关系的结果表明:存在金属障碍物时电磁波传播时延大于理论值,具体误差与信号传播路径上障碍物的遮挡范围有关;绕组的油道结构对信号虽有一定衰减,但对传播时延基本无影响,信号可穿透绕组以近直线传播。

GIS局部放电特高频传感器接收特性表征研究

气体绝缘金属封闭式开关设备(gas insulated metal enclosed switchgear and controlgear,GIS)局部放电特高频(ultra high frequency,UHF)传感器的接收特性对GIS在线监测、模式识别及故障定位具有重要的影响。利用天线等效高度,研究了GIS局部放电测量时UHF传感器的接收性能,通过吉赫兹横电磁波(gigahertz transverse electromagnetic,GTEM)平台测试了A、B两种传感器的频响特性曲线,发现B传感器在300～1 500MHz测试频带内的平均天线等效高度为A传感器的1.66倍。在实际GIS平台上进行模拟局部放电检测试验,结果也表明B传感器能够有效检测的局部放电信号强度大于A传感器。上述结果表明了采用300～1 500 MHz测试频带内的等效高度曲线来表征UHF传感器接收特性的真实有效性。

雷电冲击耐压过程中GIS局部放电特高频检测有效性研究

笔者对气体绝缘金属封闭式开关设备(GIS)在雷电冲击耐压过程中局部放电特高频检测有效性进行了试验研究。1号UHF传感器检测冲击电压发生器及其周围空间中的电磁波信号作为参考信号,2号UHF传感器检测GIS盆式绝缘子辐射出来的电磁波信号。通过对比两个传感器检测波形,可以明显分辨出干扰信号与GIS内部的局部放电信号。当GIS内部存在局部放电时,2号UHF传感器检测到的脉冲信号存在3个明显的脉冲族群,且各脉冲族群脉冲信号幅值、疏密及分布规律不同。局放信号出现在脉冲信号起始4μs之后,持续时间较长,约5μs左右。试验结果表明,采用UHF法进行雷电冲击耐压过程中的局部放电信号检测有效可靠。

气体绝缘开关设备局部放电特高频在线监测技术及应用

分析了各种气体绝缘开关(gas insulated switchgear,GIS)局部放电检测方法,认为特高频(ultra high frequency,UHF)法抗干扰能力较强,检测效率较高,可实现在线监测、故障模式识别及定位。以一起UHF在线监测系统发现的GIS设备缺陷为例,分析并总结运行经验。运行经验表明,对连续性的局部放电信号要重点关注,应监测24 h局部放电的发展情况,必要时利用便携式设备进行复测,排除现场干扰,确定故障位置,进行解体处理。通过安装GIS设备局部放电UHF在线监测系统,可发现GIS设备隐患,有效保证电力系统的安全稳定运行。

GIS局部放电与等效脉冲注入过程中特高频信号一致性研究

笔者对GIS局部放电与等效脉冲注入过程中的特高频信号一致性进行了试验研究。通过测量等效脉冲注入和局部放电信号的电磁波波形,发现传感器耦合到的特高频信号波形相似;在相同试验条件下,局部放电信号与等效脉冲注入产生的特高频信号衰减规律和传播范围相同。试验结果表明,局部放电与等效脉冲注入过程中产生的特高频信号一致性很好。在此基础上,通过建立等效脉冲幅值与局部放电量之间的对应关系,可用于GIS局部放电特高频在线监测装置现场校验。

G4型隔离开关发热缺陷分析及处理

为解决高压隔离开关运行中出现的导电回路过热问题,结合一起红外测温发现的G4型隔离开关发热缺陷,从运行环境、开关结构及运行维护等方面进行分析,认为隔离开关在雨雾侵蚀下触指弹簧发生腐蚀致其性能下降,触指弹簧长期处于受拉状态致其触指接触压力下降、接触电阻上升是引起过热的根本原因,提出选用触指弹簧为优质不锈钢材料、结构为内藏外压式的隔离开关,以及加强安装监管和运行维护等方面的处理建议。

提高GIS运行可靠性的措施

为提高气体绝缘金属封闭开关设备(gas insulated metal enclosed switchgear and controlgear,GIS)的出厂质量、安装质量和运行状态,从监造、安装调试、交接验收、运行维护、技术进步等方面提出提高GIS运行可靠性的措施,并应用于广东电网中。广东电网实施了提高GIS运行可靠性的措施后,发现多起GIS制造问题及运行中的绝缘缺陷,GIS重大(紧急)缺陷率下降,绝缘短路事故减少。应用效果表明,这些措施能实现对GIS质量的全过程管理,从源头上解决GIS故障多发的问题。

直流故障下MMC-HVDC的两段式限流保护策略

如何对直流故障电流进行有效抑制是实现柔性直流电网大规模发展的关键。为此,研究模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)的控制方法,提出一种针对半桥型MMC的两段式限流保护策略,通过减少子模块的投入数目来降低换流站直流出口电压,达到限制短路电流的目的。首先,介绍MMC的拓扑结构及基于MMC的高压直流输电(MMC based high voltage direct current,MMC-HVDC)系统控制策略;其次,分析两段式限流保护策略的原理与直流故障电流特性,介绍MMC-HVDC系统的直流故障保护策略;最后,通过双端MMC-HVDC系统仿真实验,对所提限流保护策略的有效性进行验证。仿真结果表明,两段式限流保护策略可以有效降低断路器开断电流和吸收能量,节约成本。

一起局部放电特高频在线监测系统发现的GIS缺陷分析

基于一起特高频(ultra high frequency,UHF)在线监测系统发现的气体绝缘开关(gas insulated switchgear,GIS)缺陷分析了缺陷发展情况,并采用便携式局部放电检测设备进行定位,对故障气室进行了解体处理,积累了GIS局部放电在线监测运行经验。在线监测结果表明,本次缺陷为突发性悬浮放电,缺陷发生后持续存在,幅值较大,且定位发现缺陷位置靠近断路器气室。为预防短路事故,进行了停电处理。解体发现断路器气室靠近电流互感器侧的盆式绝缘子触座底部存在明显的放电痕迹,导体表面有明显的环形伤痕,触座内部存在大量金属粉尘。分析认为该导体结构设计不合理是引起局部放电的主要原因。运行经验表明,通过安装GIS局部放电UHF在线监测系统,可以发现GIS隐患,有效保证电力系统安全稳定运行。

变压器保护励磁涌流识别方法的研究

在介绍和分析变压器励磁涌流产生原因和机理、励磁涌流特点、目前保护装置中常用的几种制动原理的基础上,重点介绍了二次谐波制动中存在的问题,提出了几种增强变压器保护励磁涌流识别能力的新措施,包括:调整差动电流来改善分相制动;增加涌流浮动门槛定值功能;通过算法来捕捉二次谐波数据的趋势判据;在差动保护装置中增加自适应短时投入的循环闭锁功能。这些措施能够有效消除原有二次谐波制动的不足,大大提高了变压器保护的安全性和灵敏性。

直流电阻测试对发现变压器缺陷的有效性分析

测量变压器直流电阻对于发现几类典型缺陷效果明显,例如:导电板松动造成引线与导电铜杆接触不良;绕组断股;极性开关内部接触不良;有载调压切换开关螺丝断裂。为此,分析了测量直流电阻对发现变压器缺陷的重要性,并对测量结果的分析判断提出了建议。

基于改进灰色关联分析的GIS质量评价

提出了基于改进灰色关联分析法的气体绝缘金属封闭式开关设备(GIS)质量评价方法。该方法结合熵权法和专家打分法确定各评价指标的组合权重,克服了原始灰色关联分析计算中指标均权及专家赋权的不足。然后采用改进后的灰色关联分析法对GIS进行质量评价。将组合赋权法引入灰色关联分析方法中,充分利用各指标的全部信息,有效提高了评价精度,使得评价结果更加科学、合理。