全封闭组合电器(GIS)绝缘特性的在线监测

维普资讯 http://www.cqvip.com ２００３年１２月　电力　设备　Ｄｅｃ．　∞ｌ３　第４卷第６期　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ＥｃＩｕｉｐｍｅｎｔ　ＶＯＩ．４　ＮＯ．６　全封闭组合电器（ＧＩＳ）绝缘特性的在线监测　金立军　，裴根林　，郑祥恭。，黄家旗　（１．同济大学，上海２００３３１；２．平顶山天鹰集团有限公司，河南平顶山４６７００１；　３．宏伟电气有限公司，浙江乐清３２５６０４）　摘要：简述了ＧＩＳ有关绝缘特性在线监测的发展现状，介绍了近年来用于气体密度和局部放电监测的几种测量方　法，分析了局部放电定位方面的技术特点，并进行了讨论。　关键词：ＧＩＳ；放电；监测　中图分类号－ＴＭ６４２　．６　０概述　电力设备的维修方式经历了事后维修和定期维　修的发展过程，７０年代以来，随着装机容量的迅速增　加，对供电可靠性的要求越来越高。与此同时，由于　传感技术及微处理技术的发展，可对运行设备进行连　续的状态检测，随时测得反映设备状况变化的信息，　进行分析处理后对绝缘状态作出诊断，根据诊断结果　失去平衡，使报警开关闭合，如果泄漏未能及时制止，　ｓＦ６密度进一步降低，则杠杆倾斜更大，使得闭锁开　关闭合。　报警开关　Ｇ　闭锁开关　泡　确定维修方案，做到有针对性的维修，即状态维修。　他使目前定期预防性维修向预知性维修过渡，可提高　设备的利用率、降低设备维修费用、增强设备运行的　可靠性。　图１密度继电器工作原理　２局部放电在线监测　２．１机械振动传感器　全封闭组合电器（ＧＩＳ）是保证电网正常运行的　重要电力设备，因绝缘性能降低而引起ＧＩＳ故障的情　况时有发生，对ＧＩＳ的绝缘特性进行在线监测，不仅　可以防事故于未然，而且可减少由于盲目维修对ＧＩＳ　造成的损耗和事故，从而实现对ＧＩＳ的状态维修。国　常用二种机械振动传感器：加速度传感器和超声　传感器。根据试验，灵敏度可达３０　ｐｃ，但使用频率不　同，分别从几十ｋＨｚ到几百ｋＨｚ范围，后者抗机械干　扰能力较强。采用振动传感器对各种不同放电类型　进行了试验…，结果见图２。不同振动源引起的放电　具有不同的放电特征，机械振动传感器的优点是电磁　内外许多专家学者对此进行了大量研究工作。　１气体密度监测　通常采用压力表和密度继电器共同监测ＧＩＳ中　兼容性好，缺点是灵敏度低，信号传递衰减快，因而需　要在ＧＩＳ上安装大量的传感器。　气体泄漏情况。ＳＦ６压力表可供值班人员观察用。　由于ｓＦ６的压力随环境温度而变，值班人员对照ｓ　的压力一温度曲线即可判断气室是否有泄漏。图１　是Ｓ　密度继电器（或称温度补偿压力开关）的工作　原理。他由２个波纹管分别支在一个杠杆的二端，左　嚣　需　侧波纹管与ＧＩＳ气室相通，右侧波纹管与标准气包　（内充有一定密度的ＳＦ６）相通。当环境温度变化时，　二侧波纹管变形相同，杠杆维持平衡，如果ＧＩＳ中有　ｓＦ６泄漏，则其密度降低，左侧波纹管变形减小，杠杆　图２不同性质放电的振动加速度　Ｘ一接触不良；。一混入异物；卜沿面放电；Ⅱ—针—平板放电　维普资讯 http://www.cqvip.com 第６期　２．２电磁波传感器《天线）　金立军等：全封闭组合电器（ＧＩＳ）绝缘特性的在线监测　ｌ９　３００　ＭＨｚ，天线距局放源为６　ｍ，以改变双锥型天线间的　常见的电磁波传感器有：内设传感器、盆式绝缘　子内电极、ＧＩＳ外壳外敷电极和外设天线等。不同研　究者选用的检测频率有很大差别，从几ＭＨｚ到几　ＧＨｚ（跨ＨＦ、ＶＨＦ到ＵＨＦ）几乎都有使用。采用宽带　（高频频谱分析仪）和窄带（窄带滤波器）均有。不同　角度（０。≤　≤１８０。）来观察接收信号的效果。由图（ｂ）　可见，频率为４０　ＭＨｚ和７０　ＭＨｚ时，天线夹角０＝９０。信　号最弱，５０　ＭＨｚ时天线夹角０＝１２０。信号最弱。　～查¨耐旦　　频带的背景噪声有很大差别，一般说来，频率加高，干　扰降低，因此采用ＵＨＦ技术就有明显的优越性，检测　灵度一般可达几ｐｃ。　２．２．１颗粒放电　Ｊ～　围一　～　对３００　ｋＶ　ＧＩＳ的背景噪音进行了大量测试＿２　Ｊ，　图４电晕测试　采用的频率范围为０～１　５００　ＭＨｚ，结果发现噪音主要　分布在３００　ＭＨｚ以下，在特高频区，几乎不存在噪音。　对ｓ　气体压力为０．４　ＭＰａ的３６２　ｋＶ　ＧＩＳ中的　金属颗粒进行了局放测试　，天线安置于接地开关　间隔的法兰上，测试结果见图３。其中，图３（ａ）为固　定金属颗粒局放试验结果，中心频率为４５７　ＭＨｚ，颗　粒为线状，直径为０．５　ｍｍ，长度分别为７、１２　ｍｌＴｌ，根　据ＩＥＣ。２７０对局放量进行了标定，测试精度可达１　（ａ）试验装置示意图；（ｂ）天线不同角度的局放测试　ｌ—７０　ＭＨｚ；２—５０　ＭＨｚ；３—４０　ＭＨｚ　“对模型ＧＩＳ中安装针一板电极产生电晕放电进　行局放试验＿４　Ｊ，在一母线上安装针状电极，另一母线　上安装板状电极，间距为１０　ｍｍ，充ＳＦ６为０．１　ＭＰａ，　圈～　单相交流高压施加于针状电极，另外二相不通电，测　试采用外置宽带双锥型天线，天线频带宽为２０～　２００　ＭＨｚ，信号由数字示波器记录，采样周期为２．５　ｎｓ，记录长度为２．５　ｓ，天线距局放源３５　ｍ，研究不同　电压下电晕放电量的变化。观察到发生局放的时刻　以及局放的持续时间。认为当局放量在５００　ｐＣ时，　ｐｃ，在ＧＩＳ强电场区，局放量在２　ｐｃ以上；图３（ｂ）为　自由金属颗粒局放试验结果，采用窄带ＵＨＦ技术，中　心频率为１．２９　ＧＨｚ，自由颗粒直径为０．５　ｎｌｉｎ，长度分　别为７、５　ｍｍ。　一　局放频谱主要分布在高频带１２０～２００　ＭＨｚ，当局放　量在１　５００　ｐＣ至２　０００　ｐＣ时，局放电磁波传输主要分　布在低频带２０—８０　ＭＨｚ，放电量增大时，低频带分量　的持续时间也加长。　３局部放电量的估计　Ｅ／ｋＶ·ｃｍ　机械振动法和电磁波法都是局部放电的间接检　测方法，检测的输出量只是电压值。基于局放源的种　类，尺寸形状，位置以及与传感器位置的不同，同样局　放量产生的信号，检测输出值会有很大不同，不同种　（ｂ）　图３　ＧＩＳ外壳自由颗粒信号幅值　（ａ）ＧＩＳ隔板固定颗粒信号幅值；　（ｂ）ＧＩＳ外壳自由颗粒信号幅值　类局部放电的输出特性见图５。这种分散性难于补　在ＧＩＳ正常运行电场区域，并非所有颗粒都能　测到局放，在ＧＩＳ法兰盘上的固定颗粒，局放量相对　较小，在ＵＨＦ信号区的振幅也较小，当颗粒长度大　偿。现今标准规定的局部放电是一个间接测量　量——视在放电量。同样的ｐｃ值并不一定意味着同　样的缺陷（即使局放源结构相同）。为了便于分析和　研究，有学者将输出电压值与放电量ｐｃ的关系用一　带状曲线表示（见图６）。对图５和图６进行对比，认　于１２　ｎｌｌｎ时才能测到局放信号（参见图３（ａ））。而　ＧＩＳ外壳上的颗粒局放量较大，可检测到长度大于　５　ｎｌｌｎ颗粒的局放现象（参见图３（ｂ））。不同长度的　颗粒放电起始场强不同，放电量也不同，尺寸大的　颗粒放电量大，放电起始场强低。　２．２．２电晕放电　对模型ＧＩＳ中充有ｓＦ６为０．１　ＭＰａ，局放量在　５００～６００　ｐＣ范围的针板状电极进行了试验，试验装置　及测试结果见图４。采用锥型天线，测试频带为３０～　图５不同种类局部放电　图６检测信号与放电量关系　的输出特性　维普资讯 http://www.cqvip.com 电力设备　第４卷　为图６仍有一定的局限性。　５结束语　４局部放电定位　ＧＩＳ的绝缘状态可从密度、局部放电等多方面进　４．１信号幅值比较法　行在线监测。对于局部放电的测量，由于电磁波法具　利用特高频电磁波信号在传播过程中的衰减，把　有测量准确、可定位、易操作等优点，逐渐取代传统的　传感器分别放在各处，比较各处所检测到的信号的大　机械振动法，并在多个频段均有应用。　小，信号最大的盆式绝缘子的位置即为靠近放电源的　位置。　６参考文献　４．２平分面法　［１］　冈部成光等．Ｇ１Ｓ内金属异物的局部放电特性和诊断技　如果在很大的空间范围内都能够检测到放电信　术．电气论Ｂ，１９９５，１１５（１０）．　号，则可用平分法对放电源进行定位，平分面定位法　［２］Ｈ　Ｏｋｕｂｏ　ｅｔ　ａ１．Ｔｅｍｐｏｒａｌ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｐａｒｔｉａｌ　Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ　原理见图７。先选择一个方位，调整传感器Ａ和Ｂ的　ａｎｄ　Ｉｔｓ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｔｏ　Ｂｒｅａｋｄｏｗｎ　Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ　ｉｎ　ＳＦ６　Ｇａｓ．　位置，用高速示波器采集信号，观察两传感器信号到　ＩＥＥＥ　ＰＷＲＤ，１９９８，１３（２）：４４０—４４５．　达的时差，时差为零表明放电源处在Ａ、Ｂ两点的平　［３］Ｒ　Ｋｕｒｒｅ，Ｋ　Ｆｅｓｅｒ．Ｔｈｅ　Ａｐｐｌｉｃａｉｔｏｎ　ｏｆ　ＵＨＦ　Ｐａｒｉｔａｌ　Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ　Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ　ｔｏ　ＧＩＳ．ＩＥＥＥ　ＰＷＲＤ，１９９８，１３（３）：　分面Ｐ１上。换一个方位进行同样的测量，可得另一　７７７～７８２．　个平分面Ｐ２。依此方法，三次测量即可确定三维空　［４］Ｍ　Ｋａｗａｄａ　ｅｔ　ａ１．Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｗｉｄｅ—Ｂａｎｄ　Ｅ—Ｍ　Ｓｉｇｎａｌｓ　间里的放电源的位置。　Ｅｍｉｔｔｅｄ　ｆｒｏｍ　Ｐａｒｔｉｌａ　Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ　Ｏｃｃｕｒｒｉｎｇ　ｉｎ　ＧＩＳ　Ｕｓｉｎｇ　当ＧＩＳ附近存在局部放电干扰时，采用平分法还　Ｗａｖｅｌｅｔ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ．ＩＥＥＥ　ＰＷＲＤ，２０００，１５（２）：　能对干扰定位，便于排除干扰。　４６７～４７１　传　收稿日期：２００３—０６—１１　修回日期：２００３—１０—２０　作者简介：　金立军（１９６４一），男，博士后，副教授，从事开关设备的智　能化及ＧＩＳ在线监测和故障诊断；　传感器Ａ　裴根林（１９６３一），男，工程师，从事开关设备质量管理和　图７平分面定位法　检测；　郑祥恭（１９５８一），男，工程师，从事高低压电器的研发和生　４．３信号时间差法　产管理：　根据信号到达各传感器处的时间差，通过计算，　黄家旗（１９６３一），男，硕士，高级工程师，从事开关设备在　可测定放电源的位置。　线监测和故障诊断的研究。　Ｏｎｌｉｎｅ　Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｏｆ　Ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ　Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｆｏｒ　ＧＩＳ　ＪＩＮ　Ｌｉ—ｊｕｎ　，ＰＥＩ　Ｇｅｎ—ｌｉｎ　，ＺＨＥＮＧ　Ｘｉａｎｇ—ｇｏｎｇ　，ＨＵＡＮＧ　Ｊｉａ—ｑｉ　（１．Ｔｏｎ￣ｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２００３３　１，Ｃｈｉｎａ；２．Ｐｉｎｇｄｉｎｇｓｈａｎ　Ｔｉａｎｙｉｎｇ　Ｇｒｏｕｐ　Ｌｄ．Ｃｏ．．　Ｐｉｎｇｄｉｎｇｓｈａｎ，４６７００１，Ｃｈｉｎａ；３．Ｈｏｎｇｗｅｉ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ　Ｌｄ．Ｃｏ．Ｌｅｑｉｎｇ，３２５６０４，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｓｔａｔｕｓ　ｏｆ　ｏｎｌｉｎｅ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｏｆ　ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｂｒｉｅｆｌｙａｎｄ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｓｅｖｅｒａｌ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｇａｓ　ｄｅｎｓｉｔｙ　ａｎｄ　ｐａ￣ｉａｌ　ｄｉｓｃｈａｒｇｅ　ｉｎ　ｒｅｃｅｎｔ　ｙｅａｒｓＴｈｅ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｐａｒｔｉａｌ　ｄｉｓｃｈａｒｇｅ　ｌｏｃａｔｉｏｎ　ａｒｅ　ａｌｓｏ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ａｎｄ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐａｐｅｒＫｅｙｗｏｒｄ：ＧＩＳ；ｄｉｓｃｈａｒｇｅ；ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ