[ 高级搜索 ]
·2017第八届配电自动化技术应用论坛 ·第九届成套设备发展与技术论坛(... ·第八届工业设计院及工业用户技术... ·2017第十七届中国国际电力电工高... [更多...]
当前位置:首页 >> 电气论文
GIS设备特高频局部放电精确定位方法
2017-09-29 09:54:32  作者:王鹏 刘明军等  来源:中国设计师网  
  •   气体绝缘金属封闭开关设备绝缘故障初期一般表现为潜伏性局部放电缺陷。本文研究提出GIS特高频局部放电精确诊断定位方法,分析了某500kV变电站特高频局部放电带电检测实例,联合应用脉冲上升沿分析、相位特征分析、时间差定位分析法,成功发现该站220kV副母Ⅱ段盆式绝缘子放电缺陷。实测结果表明,对GIS设备进行特高频局部放电带电检测,能够在缺陷初期及时发现设备内部存在的局部放电异常,有效指导GIS设备状态检修。
    关键字: 特高频 局部放电

  国网江西省电力科学研究院 王鹏 刘明军 康琛 周求宽 刘衍

  1 引言

  气体绝缘金属封闭开关设备因具有占地面积小、可靠性高、维护工作量少等优点被广泛应用于高压输电领域。但是从运行情况来看,故障和事故仍然不可避免。其原因主要包括:

  (1)GIS设备制造工艺参差不齐以及运输、现场装配不良等原因,导致部分投运的GIS 存在绝缘缺陷。

  (2)运行中部件老化、操作引起部件移位等因素。局部放电信号包含丰富的绝缘状态信息,不仅能检测到GIS制造与安装过程中造成的缺陷,而且还可预测绝缘故障的发生及严重程度,从而可以在故障的早期阶段提出预警,以便有计划地安排检修[1]。

  近年来,通过特高频检测法对GIS设备进行局部放电带电检测,已经成为排查GIS安全隐患的重要手段。本文结合某500kV变电站的特高频局部放电带电检测实例,详细介绍了应用特高频检测方法对GIS设备进行局部放电带电检测及定位方法。

  2 GIS特高频局部放电检测法基本原理

  当局部放电在GIS内部很小的范围内发生时,击穿过程很快,将产生很陡的脉冲电流,其上升时间为纳秒级,并激发频率高达数百MHz及以上的电磁波,在GIS腔体构成的同轴结构中传播[2]。由于GIS的管体结构类似于波导,特高频电磁波在传播时的衰减比较小,因此可传播到较远的距离。当特高频电磁波传播至GIS外壳的金属非连续部位时,如无金属法兰的绝缘子、观察窗、接地开关的外露绝缘件、SF6气体压力释放窗等,特高频电磁波才能泄漏出来[3]。根据现场设备情况的不同,可以采用外置式或内置式特高频传感器进行局部放电检测。外置式特高频传感器是通过接收从GIS内部泄漏出来的特高频电磁信号,判断GIS内部的缺陷情况并对缺陷进行定位。现场最为常见的电晕放电干扰频率主要在200MHz以下,而特高频检测法检测频带通常选在400MHz~1500MHz,有效避开了现场低频电晕干扰。

  3 GIS特高频局部放电精确定位方法

  3.1GIS特高频局部放电检测点选择

  根据现场GIS设备盆式绝缘子结构的不同,特高频局部放电检测点选择可分为以下三种情况:

  (1)非金属屏蔽盆式绝缘子,盆式绝缘子即为检测点;

  (2)金属屏蔽盆式绝缘子但有浇注口,将浇注口盖板打开,浇注口即为检测点;

  (3)金属屏蔽盆式绝缘子且没有浇注口,在金属屏蔽盆式绝缘子处进行检测会受到很大影响,可选择其它特高频电磁波信号能够传出的位置进行检测,如观察窗、接地端子位置、电缆出线端等。

  3.2 背景噪声测试

  进入GIS设备区后,首先测试空气中特高频背景噪声,判断空间背景噪声是否会对GIS本体的测试造成影响。如果空间中特高频信号较大,且影响GIS本体的测试,则需要采取措施,直到能够很好的排除外部干扰信号对GIS本体特高频测试的影响。干扰信号的排除手段主要有屏蔽带法、背景干扰屏蔽测量法、滤波器法。

  3.3 GIS本体特高频局部放电定位

  当发现异常信号后,首先需要判断信号是来自GIS设备内部还是外部,然后确定内部放电源具体位置,最后进行放电缺陷类型识别及诊断。

  3.3.1 判断信号来自设备内部还是外部

  虽然GIS变电站内大部分开关设备密封在GIS罐体内部,但仍有部分电气设备暴露在空气中,如进出线路、500kV母线等。这些电气设备容易发生电晕放电及悬浮放电,对GIS本体局部放电检测造成影响。这类干扰信号也属于放电信号,很难通过干扰排除手段进行抑制。因此,发现异常信号时,需要判断异常信号是来自设备内部还是外部,常用判断方法有幅值比较、信号源查找等。

  3.3.2 放电源定位

  当GIS内部发生局部放电时,其产生的电磁波遵循麦克斯韦的电磁场基本方程[4],即:

\

  式(1)说明局部放电产生的电磁波是传播时间与位置的函数。因此,可以直接通过测量时间差来实现GIS内部局部放电定位。放电源定位方法如图1所示,假设GIS内部靠近导体处存在放电源,其两侧分别放置特高频传感器T1、T2。根据传感器检测放电信号的时间差,利用式(2)可计算得到放电源的具体位置。

\

  3.3.3放电缺陷类型识别与诊断

  综合分析特高频放电信号波形特征、相位分布特征及放电源位置,可判断放电缺陷类型。GIS局部放电缺陷的严重程度应根据放电类型的识别结果和检测特征量的发展趋势进行综合判断,分析中应参考局部放电超声检测和气体分解物检测等诊断性试验结果。

  4 典型缺陷定位分析

  2015年6月21日,对某电力公司500kV某变电站GIS设备进行特高频局部放电带电检测,进行至220kV副母Ⅱ段时,发现存在异常信号。该站220kV侧采用双母线分段接线方式,220kV副母Ⅱ段部分盆式绝缘子及间隔分布如图2所示,盆式绝缘子为金属屏蔽带浇注口,其中红色代表气隔绝缘子、绿色代表非气隔绝缘子。

\

  4.1特高频局部放电检测PRPD 及PRPS 图谱

  采用特高频局部放电巡检测试仪进行巡检,为了抑制空气背景干扰,测试仪选择高通滤波模式,检测频带为1100MHz~1500MHz,空气背景干扰如图3所示。

  在测点1气隔绝缘子浇注口处所检测的放电信PRPD及PRPS图谱如图4所示,信号幅值为60dB,且在检测过程中,放电信号持续稳定。从图谱可以看出,该放电信号包含来自两个放电源的信号,需采用诊断型局部放电测试仪进行诊断。

\

  4.2局部放电源特高频定位

  4.2.1判断信号来自设备内部还是外部

  将放置在测点1处特高频传感器接入示波器通道4(红色)、将放置在母线管壁上特高频传感器接入示波器通道3(蓝色)、将放置在空气中法特高频传感器接入示波器通道1(黄色),具体布置见图5。

\

  特高频放电信号经带通滤波器接入示波器,带通滤波器频带为1100MHz~1500MHz。诊断型局部放电测试仪测试结果如图6所示,通道3和通道1均未检测到放电信号,可见通道4 所检测的放电信号来自GIS设备内部。

\

  4.2.2内部放电源时间差定位

  调整特高频传感器位置,将放置在测点1处特高频传感器接入示波器通道4(红色)、将放置在测点2处特高频传感器接入示波器通道1(黄色)、将放置在测点3处特高频传感器接入示波器通道3(蓝色),测试结果如图7所示。由于副母II段存在多个放电源,图7中放电波形大致可以分以下几类:

  ①第一类为通道4信号幅值最大,对应通道1和3信号幅值较小,如黄色实线框内脉冲;

  ②通道1 信号幅值最大,对应通道4和3信号幅值较小,如黄色虚线框内脉冲。

\

  第一类放电信号分析:三个测试点放电信号起始沿时差见图8和表1。测点2 与测点1 信号时差约为14.3ns,对应距离为4.29m,小于两测试点传感器间距4.8m,可见放电源位于测点1和测点2之间,放电源位置示意图见图9。求解方程如下:

\

 

  与实际读取时差存在0.9ns误差,误差在允许范围内。

  测点1处气隔绝缘子结构由测点1凹向测点2,因此综合判断放电源位置在测点1处气隔绝缘子上。

\

  4.3局部放电类型判断

  由于测点1处放电信号来自两个放电源,本文仅对图7 中第一类放电信号(幅值较大)进行分析。其放电相位特征为:放电次数较少,连续5个工频周期内出现约12次,放电幅值也较为分散,放电相位较稳定,无极性效应。与《Q/GDW 11059.2-2013气体绝缘金属封闭开关设备局部放电带电测试技术现场应用导则第2部分特高频法》中绝缘内部气隙放电特征较为吻合。根据放电相位特征及放电源位置综合判断,该缺陷为测点1处气隔绝缘子内部可能存在裂纹或气隙等缺陷,从而导致内部发生气隙放电。

  5 结束语

  随着国家电网公司状态检修工作的稳步推进,特高频局部放电检测作为GIS状态检修工作的重要支撑,已列入GIS例行试验项目。GIS特高频局部放电检测能够在缺陷早期及时发现设备内部存在放电现象,并对设备内部放电源进行准确定位,提高缺陷排查针对性和检修效率,降低故障率,确保设备安全和提高供电可靠性。

\\

  参考文献

  [1] 张微.GIS设备局部放电检测技术的试验研究[D].北京:华北电力大学,2012.

  [2] 国家电网公司运维检修部.电网设备带电检测技术[M].北京:中国电力出版社,2014.

  [3] Q/GDW 11059.2-2013,气体绝缘金属封闭开关设备局部放电带电测试技术现场应用导则第2部分特高频法[S].

  [4] 李信.GIS局部放电特高频检测技术的研究[D].北京:华北电力大学,2005.

   小编推荐
中国设计师网电气微信公众平台】 微信号 saier电气
打开微信,点击底部的“发现”,使用 “扫一扫” 即关注“saier电气”分享网页到朋友圈!
 
   
关于我们赛尔传媒联系我们网站地图
Copyright © 2005-2017 shejis.com.All Rights Reserved 京ICP备14009797号-5 京公网安备: 11010802022333