GIS中典型局放缺陷的UHF信号与放电量的相关分析

超高频(UHF)信号与放电量的关系是局部放电UHF检测研究的难点问题,为了解GIS局部放电UHF法的检测结果与脉冲电流法的参量之间的关系,通过4种典型缺陷的局部放电模型的实验研究,比较了UHF信号的能量、二次积分、峰值电压、峰峰值、波面积等参量与放电量及放电量平方之间的联系。研究表明,UHF信号能量与其放电量平方的线性关系均具有最高的可决系数,即UHF信号能量与放电量平方之间存在线性关系;得到了UHF信号能量与其放电量之间的最佳回归曲线。研究结果对用超高频法定量检测电力设备局部放电具有重要的参考价值和指导作用。

GIS中局部放电UHF信号传播特性研究

在绝缘子金属法兰浇注孔处放置传感器可以用来接收GIS中辐射出来的电磁波,这是测量局部放电（以下简称局放）信号的一种方法。为研究局放UHF信号在通过绝缘子金属法兰浇注孔时的传播特性,笔者采用时域有限差分法进行了建模分析,研究了UHF信号在通过不同尺寸的金属法兰浇注孔时的场强峰峰值和频谱变化特性;试验研究了高压导体尖刺故障下的UHF信号传播特性,验证了仿真分析的有效性。研究结果表明,沿导杆方向的场强分量远大于另外两个方向的;当绝缘子法兰浇注孔尺寸增大时,从该孔中能辐射出能量更强的信号,而且信号中较低频率（500~900 MHz）的分量占较大比例。

UHF传感器GIS局部放电检测特性的实验研究

文中搭建了252 k V GIS局部放电实验平台,采用内置式、外置式UHF传感器以及自主研制的利用盆式绝缘子内部均压屏蔽环的抽取式环形UHF传感器,实验研究不同传感器的频率响应特性和在高压导体金属尖端、悬浮电位、盆式绝缘子边遗留金属垫片和自由金属颗粒等4种典型绝缘缺陷下的检测特性,并探讨了不同电压下局放的发展规律。结果表明,内置式、外置式和抽取式环形UHF传感器的检测频段分别在1.5 GHz以下、500 MHz至1.5 GHz、1 GHz以下,且抽取式环形UHF传感器在400 MHz左右其灵敏度最高。不同绝缘缺陷的局放检测结果表明,按PRPD谱图和放电严重程度,高压导体金属尖端可分为负电晕主导、正负电晕并存、正电晕主导以及"兔耳状"阶段,认为尖端附近空间电荷在阶段转变过程中起主要作用;悬浮放电逐渐由"尖端放电阶段"转变至放电幅值、密度及相位对称的典型悬浮式放电;盆式绝缘子边遗留金属垫片将由初始类悬浮放电转变至临界闪络状态;自由金属颗粒则可分为"跳动"、"舞动"和"滑移"阶段,放电主要集中在过零点附近。高压导体金属尖端、悬浮电位和自由金属颗粒缺陷的检测灵敏度为内置式传感器最高,外置式传感器最低,而对于盆式绝缘子边遗留金属垫片缺陷则是抽取式环形UHF传感器的灵敏度最高。

应用正向传输系数的GIS局部放电UHF传感器布置方式现场校核方法

为保证特高频(ultra-high-frequency,UHF)法在气体绝缘金属封闭开关设备(gas-insulated metal-enclosed switchgear,GIS)局部放电在线监测中应用的有效性,提出了一种基于微波网络正向传输系数(S21参数)的GIS局部放电UHF传感器布置方式现场校核方法。首先,在252 k V GIS真型试验平台上利用网络分析仪测试传感器间的S21参数,同时采用脉冲注入法间接计算传感器间的传递函数,结果表明:两者的频谱特性具有较好的一致性;在此基础上,研究了S21参数与不同缺陷类型局部放电频谱之间的相似度,结果表明:S21参数能有效反映UHF传感器对局部放电信号的接收特性。然后,在252 k V GIS真型试验平台上测试得到传感器间若要满足5 p C局部放电检测灵敏度,要求S21参数平均值?-75 d B。最后,将提出的方法应用于1100 k V GIS局部放电UHF传感器布置方式有效性的现场校核中,取得了良好的效果。研究成果可为GIS局部放电在线监测和带电巡检中UHF传感器的差异化布点提供参考。

不同电压等级GIS局部放电UHF信号传播特性仿真研究

特高频局部放电检测是进行气体绝缘组合电器(gas insulated switchgear,GIS)状态评估的一项重要技术手段。通过信号注入方式对特高频传感器在GIS上配置的合理性和局放特高频监测系统灵敏度进行校核是确保状态监测有效实施的重要手段。不同电压等级的GIS结构尺寸不同,对UHF信号的传播和衰减的影响也不相同,因此所需注入校核信号的幅值也不尽相同。文中根据真实GIS建立110、220、500、1 000 kV 4种电压等级下的直腔体、L型、T型仿真模型,通过CST仿真软件对比研究并分析了同一结构下不同电压等级的GIS中UHF信号以及同一电压等级不同结构中UHF信号的传播衰减情况;据此得出了不同电压等级GIS各种典型结构下UHF信号的衰减量,为UHF传感器的配置合理性评价及现场校核信号注入值的确定奠定了基础。

GIS局部放电检测的有源外置UHF传感器设计

针对传统无源外置局部放电超高频(UHF)传感器频带窄、增益低、容易引入噪声的问题,研究并设计了基于有源集成天线(AIA)技术的有源外置传感器。传感器通过宽频带天线接收局部放电产生的电磁波信号,在天线介质板上直接由有源对数检波器放大信号进行包络检波,省去了传统设计中的平衡不平衡转换与射频传输线,降低天线前端的匹配损耗,改善传感器的频带、噪声和增益。测试结果表明:传感器中心频率为900MHz,驻波比小于2的频带为730MHz^1.05GHz,传感器输出信号峰值为5V,频率为2~10MHz。该传感器抗干扰能力强,增益高,适合GIS局部放电的检测。

1100 kV GIS UHF在线监测装置传感特性实证研究

SF6气体绝缘变电站(GIS)的在线监测技术在电力系统中得到了越来越广的应用,并取得了显著成效,但对于在线监测装置的现场校验与量化评价方面仍存在诸多问题。文中通过建立1 100 k V GIS在线监测缺陷模拟平台,实验得到了不同缺陷模型的GIS内特高频信号谱图与视在放电量,开展了特高频信号在GIS腔体内的传播衰减特性分析研究,利用脉冲注入法得到了注入脉冲与视在放电量的等效性关系与典型GIS设备特高频信号衰减特征值,为GIS在线监测系统现场校验技术提供了理论基础。

GIS局放脉冲电流和UHF信号的联合定位

针对电缆出线的GIS设备,提出了在电缆接头绝缘子处进行局部放电脉冲电流法检测的信号传感方法。对于一个三相共箱式的GIS设备,将脉冲电流检测法和UHF检测法相结合,实现了对局部放电的更精确的定位和诊断,可确定局部放电所在的相。

GIS局部放电特高频(UHF)在线检测定位装置

在GIS的制造、安装、运行和检修中,局部放电检测必不可少。介绍M100型GIS局部放电特高频在线检测定位装置的原理、功能和特点。

GIS UHF局部放电带电检测技术与缺陷识别判断

本文介绍了GIS特高频局部放电带电检测的原理、现场检测方法以及干扰识别方法。结合典型案例,通过与相邻盆式绝缘子的单周期图谱对比,配合PRPD图谱以及峰值检测图谱,对局部放电类型进行判断。

基于FDTD的GIS局部放电UHF信号传播特性仿真研究

为研究GIS内部局部放电传播特性,通过外置式UHF传感器接收从绝缘子金属法兰浇注孔表面发射出的电磁波信号,并利用有限时域差分法(FDTD),借助XFDTD仿真软件建模一段GIS腔体,对其内部局部放电信号的传播特性进行分析。结果表明:从金属法兰浇注孔发射出的超高频局部放电信号沿GIS腔体轴线方向的电场分量最大;浇注孔长边中线处电场强度的模值大于两侧模值,且两侧对称分布;金属法兰表面局部放电信号短边侧磁场强度模值大于长边中线磁场强度。

GIS四种缺陷局放UHF信号标定技术研究

为了对GIS不同绝缘缺陷局放超高频(Ultra High Frequency,UHF)信号与视在放电量(pC)之间的对应关系,即UHF信号标定技术进行研究,在GIS内模拟了四种典型缺陷模型,选取300～400MHz、700～800MHz、1.4～1.5GHz以及0.3～3GHz等四种检测频段,对不同缺陷UHF信号标定进行研究,并采用多种数学回归模型和拟合优度校验指标对标定结果分别进行回归分析和拟合优度校验分析。研究发现,同一类型缺陷在不同检测频段上UHF信号幅值(mV)与视在放电量(pC)之间存在较为明显的对应关系,不同频段间对应关系存在差异,可以近似采用一元线性多项式回归模型对不同类型缺陷UHF信号幅值进行放电量标定。

GIS内置局部放电UHF耦合器的灵敏度

在气体封闭绝缘开关设备(GIS)局部放电特高频(UHF)在线检测中,内置UHF耦合器正在得到越来越多的实际应用。因此针对轴对称结构的GIS内置UHF耦合器,试验研究了其局部放电传感的灵敏度问题。并建立了GIS试验模型,基于频谱分析仪和同步扫频信号发生器的频域测量系统,通过对比内置耦合器在接收扫频信号时产生的插入损耗,分析了耦合器结构参数变化对传感灵敏度的影响。测量结果表明:内置耦合器的直径应当与手孔直径相配合,较大直径的手孔和较小直径的耦合器搭配可增加耦合灵敏度,而当耦合器的直径接近于手孔直径时则会导致灵敏度显著降低;此外,将耦合电极和其绝缘支撑固定在手孔盖板上的金属螺栓也会导致传感灵敏度的显著降低。

基于D-S证据多源信息融合与固态光电倍增-UHF联合检测的GIS局部放电模式识别

气体绝缘组合电器(GIS)局部放电检测使用的传统特高频(ultra-highfrequency,UHF)法具有抗偶发干扰能力差、容易误检等问题,针对局部放电的光信号进行检测是最近的研究热点,然而新式光检测法具有检测死角多、容易漏检的问题。为此,本文提出基于Goubau天线和硅光电倍增管联合的GIS光电局部放电检测方法,并对GIS内部4种典型绝缘缺陷产生的局部放电进行光电同步测量。提出基于多层感知机和Dempster-Shafer(D-S)证据理论的GIS局部放电光电联合检测模式识别方法,对UHF法与光测法联合采集得到的局部放电相位分析图谱统计特征参量进行信息融合与判断决策。结果表明:该方法能较好地弥补利用单种测量结果进行局部放电模式识别不准确的问题,使用D-S证据理论对光电联合测量结果进行模式识别的准确率高于单一测量结果的准确率。

“L”形测试截面下GIS绝缘间隙UHF信号传播特性

当采用特高频UHF(ultra high frequency)检测技术进行局部放电监测时,基本均假定GIS具有良好的同轴波导射频传播特性,并不能完全反应实际GIS运行情况。为了掌握实际复杂GIS形状下的UHF信号传播特性,文中设计“L”形测试截面以及现场实际GIS的“П”截面,并首先进行实验测试,分析“L”形截面对UHF信号传播特性的影响,但只能得到GIS绝缘间隙中局部位置(传感器位置)的信号强度;为此,文中建立了“L”形有限元模型FEM(finite element model),并将FEM分析结果与测试结果进行对比,证明了该有限元模型的正确性,以此为基础,可分析得到整个GIS绝缘间隙的UHF信号传播特性。结果表明,所提实验室“L”形截面测试结果和有限元模型能够真实反应实际情况,准确性高。

GIS局部放电UHF检测系统性能检验方法研究进展

UHF检测法在GIS局部放电状态检测中得到了广泛应用。然而,GIS局部放电UHF检测技术尚存在UHF传感器质量参差不齐、配置方案不佳、缺乏统一的标定方法等问题,导致误报警、漏报警问题时有出现,严重制约了GIS局部放电UHF检测领域的健康发展。为此,有必要深入开展GIS局部放电UHF检测系统性能校验方法的研究,提升GIS局部放电UHF检测技术的现场应用水平。本文综述了GIS局部放电UHF传感器的耦合性能检验方法、UHF检测系统灵敏度和动态范围的实验室检验方法和现场检验方法已取得的研究进展和存在的不足,提出了GTEM小室阻抗特性和场强均匀性标定、现场校验脉冲注入方式和等效性研究等3个有待深入研究的方向。

新型GIS局部放电柔性内置阿基米德螺旋天线研究

针对气体绝缘组合电器(GIS)内置式特高频(UHF)传感器空间利用率低、尺寸较大并且可能破坏GIS内部电场分布的问题,文中设计了一种新型柔性内置阿基米德螺旋天线。利用振幅随幅角线性增加的正弦波加载方式对天线本体进行小型化处理,使天线径向尺寸缩小57.8%,并对背馈巴伦进行曲折小型化,使巴伦长度减小56.4%。设计的柔性天线本体直径146 mm,厚度0.27 mm。有限元仿真和实物测试结果显示,柔性天线在弯曲半径为0、250、350 mm时,在720 MHz~3 GHz频段内驻波比VSWR≤5;在1.02~3 GHz频段内VSWR≤2;在工作频段内具有良好的全向辐射特性。搭建局部放电试验平台对天线性能进行分析,结果表明文中设计的柔性天线在弯曲形变前后均可检测到放电量20 pC以下的PD辐射电磁波信号。

UHF法在GIS局放现场检测中的故障识别

采用特高频(UHF)法分析了某变电站封闭式组合电器(GIS)典型局放异常信号图谱,初步判断某TV间隔接地刀闸气室下侧盆式绝缘子内部气隙放电,结合超声波、SF_6气体分析等检测方法确定了故障类型,最后采用其他局放检测仪器再次进行检测,验证了结论的正确性。通过检测结果对比,相较于超声波局放检测方法,UHF法具有较高灵敏度,尤其适用于绝缘类缺陷检测,在GIS现场带电检测中具有较高实用价值。

GIS局部放电在线检测技术及新兴UHF方法的综合分析

综合分析了目前比较常见的封闭式气体绝缘变电站(GIS)局部放电在线检测技术的现状和特点,尤其是近几年日益兴起的特高频(UHF)技术。

External UHF Sensor for GIS PD Insulation Defect from Resin Hole

In view of the effective perception demand of PD(Partial Discharge)insulation defect of in-service GIS(Gas Insulated Switchgear),the external UHF(Ultra High Frequency,0.3−3 GHz)sensing technology for GIS PD insulation defect fromresin hole is studied in this paper.Firstly,rectangular waveguide theory is used to analyze the electromagnetic wave propagation characteristics from rectangular resin hole in GIS disc insulator.It is found that the energy of leaked electromagnetic wave mainly concentrates in the frequency band above 1 GHz.Then based on this frequency band characteristics,a cavity-backed bowtie sensor for GIS PD external detection is designed optimized by HFSS finite element software,in band of 1–3 GHz,its maximum VSWR is 7,the minimum is 1.1,the average is 2.9,and in band of 0.3–1 GHz,the maximum and minimum VSWR is 42.8 and 7,the average is 20.6.Finally,a sensor prototype is made,its sensitivity experiment is carried out on 220 kV GIS,experimental results show that the designed sensor can stably detect the PD electromagnetic wave signal leaked fromthe resin hole,and the signal energy in frequency band range is consistent with the theoretical analysis results.