特高频局部放电检测技术

特高频局部放电检测技术,主要内容,一、特高频局部放电检测的原理,电力设备绝缘体中绝缘强度和击穿场强都很高，当局部放电在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，其上升时间小于1ns，并激发频率高达数GHz的电磁波。 应用宽带高频天线（300MHz-1.5GHz传感器）检测GIS内部局放电流激发的电磁波信号，从而反应GIS内部局部放电的类型及大体位置。根据传感器安装位置不同，该方法分为内置法与外置法两种。 由于现场的晕干扰主要集中在300MHz频段以下，因此特高频法能有效地避开现场的电晕等干扰，具有较高的灵敏度和抗干扰能力，可实现局部放电带电检测、定位以及缺陷类型识别等优点。,内置式特高频传感器,外置式特高频传感器,UHF信号在GIS中的传播衰减,GIS的金属同轴结构可视为一个良好的电磁波导，放电所形成的高阶电磁波TE和TM（f300MHz），可沿波导方向无衰减地进行转播； 绝缘屏障会造成2dB信号衰减 转角结构会造成6dB信号分散,特高频电磁波传输与衰减示意图,二、特高频局部放电检测仪器及工具,特高频局部检测仪的基本要求 特高频局放检测仪的组成 特高频局放检测其它常用工具 GIS特高频局放仪常用谱图,二、特高频局部放电检测仪的基本要求,能够有效抑制或排除干扰； 可根据现场实际情况调整局部放电的检测周期、检出阈值和报警阈值等参数； 可用外施高压电源进行同步（外同步），并可通过移相的方式，对测量信号进行观察和分析； 测试线长度满足要求，且接头牢固不易损坏（最好N型接头） 局部放电检测应提供局部放电信号的幅值、相位、放电频次等信息中的一种或几种，并可采用PRPS、PRPD等常用谱图进行展示。,二、特高频局部放电检测仪的组成,特高频传感器：耦合器，感应300M-1.5GHz的特高频无线电信号； 信号放大器（可选）：某些局放检测仪会包含信号放大器，对来自前端的局放信号做放大处理； 滤波器（可选）：如果现场检测在某一频段存在较强干扰，可使用特定的滤波器将其滤掉，从而达到抗干扰目的； 检测仪器主机：接收、处理耦合器采集到的特高频局部放电信号； 分析主机（笔记本电脑）：运行局放分析软件，对采集的数据进行处理，识别放电类型，判断放电强度；,特高频局放测试仪组成示意图,3、特高频局放检测其它常用工具,高速示波器：一般2G以上采样速率，可对特高频原始信号进行观察，并利用各个通道采集信号的时间差来进行定位； 频谱仪：根据频谱特性进一步确认是放电还是干扰，如果是干扰可分析干扰信号频段，通过使用滤波器来过滤掉干扰信号； 屏蔽带：屏蔽外部干扰最基本的工具，一般用金属布制成，同时能起到增强检测信号及固定传感器的作用。,4、GIS特高频局放仪两种常用谱图,PRPS（脉冲序列相位分布）谱图,PRPD（局部放电相位分解）谱图,3、特高频局部放电检测方法及注意事项,检测条件要求 检测周期 安全注意事项 检测接线 传感器放置部位部位及要求 操作流程 常见注意事项,1、检测条件要求,被检设备是带电运行设备，绝缘盆子为非金属封闭或内置有 传感器； 设备为额定气体压力，在设备上无各种外部作业； 在检测时应最大限度保持测试周围信号的干净，尽量减少人为制造出的干扰信号，例如：手机信号、照相机闪光灯信号、照明灯信号等； 进行室外检测避免雨、雪、雾、露等相对湿度大于80的天气条件。,2、检测周期,投运后及大修后1个月内应对本体进行一次局部放电检测； 正常情况下，半年至一年检测一次； 检测到GIS有异常信号但不能完全判定时，可根据GIS设备的运行工况，应缩短检测周期，增加检测次数，应并分析信号的特点和发展趋势； 必要时，对重要部件（如断路器、隔离开关、母线等）进行局部放电重点检测； 对于运行年限超过15年以上的GIS设备，宜考虑缩短检测周期，迎峰度夏（冬）、重大保电活动前应增加检测次数。,3、安全注意事项,为确保安全生产，特别是确保人身安全，除严格执行电力相关安全标准和安全规定之外, 还应注意以下几点: 检测时应勿碰勿动其它带电设备； 防止传感器坠落到GIS管道上，避免发生事故； 保证待测设备绝缘良好，以防止低压触电； 在狭小空间中使用传感器时，应尽量避免身体触碰GIS管道； 行走中注意脚下，避免踩踏设备管道； 在进行检测时，要防止误碰误动GIS其它部件； 在使用传感器进行检测时，应戴绝缘手套，避免手部直接接触传感器金属部件。,4、检查接线,在采用特高频法检测局部放电的过程中，应按照所使用的特高频局放检测仪操作说明，连接好传感器、信号放大器、检测仪器主机等各部件，通过绑带（或人工）将传感器固定在盆式绝缘子上，必要的情况下，可以接入信号放大器。,特高频局放检测仪连接示意图,5、传感器放置部位部位及要求,GIS内部局部放电产生的特高频信号在GIS腔体内以横向电磁波方式传播，只有在GIS壳的金属非连续部位才能泄漏出来。在GIS上只有无金属法兰的绝缘子、观察窗、接地开关的外露绝缘件、内置式CT、PT二次接线盒等部位才能测量到信号，特高频传感器需安置在这些部位； 传感器应与盆式绝缘子紧密接触，且应放置于两根禁锢盆式绝缘子螺栓的中间，以减少螺栓对内部电磁波的屏蔽及传感器与螺栓产生的外部静电干扰； 在测量时应尽可能保证传感器与盆式绝缘子的接触，不要因为传感器移动引起的信号而干扰正确判断；,6、特高频局部放电检测操作流程,在采用特高频法检测局部放电时，典型的操作流程如下： 1）设备连接：按照设备接线图连接测试仪各部件，将传感器固定在盆式绝缘子上，将检测仪主机及传感器正确接地，电脑、检测仪主机连接电源，开机。 2）工况检查：开机后，运行检测软件，检查主机与电脑通信状况、同步状态、相位偏移等参数；进行系统自检，确认各检测通道工作正常。 3）设置检测参数：设置变电站名称、检测位置并做好标注。根据现场噪声水平设定各通道信号检测阈值。 4）信号检测：打开连接传感器的检测通道，观察检测到的信号。如果发现信号无异常，保存少量数据，退出并改变检测位置继续下一点检测；如果发现信号异常，则延长检测时间并记录多组数据，进入异常诊断流程。必要的情况下，可以接入信号放大器。,7、常见注意事项,1、在检测过程中，必须保证电源零线火线的正确性。通常要求插座为左侧零线，右侧火线； 2、使用内同步时，必须要从现场检修电源箱或室内墙上插座去电，不能使用逆变电源或发电机供电； 3、对每个GIS间隔进行检测时，在无异常局放信号的情况下只需存储断路器仓盆式绝缘子的三维信号，其它盆式绝缘子必须检测但可不用存储数据。在检测到异常信号时，必须对该间隔每个绝缘盆子进行检测并存储相应的数据； 4、在开始检测时，不需要加装放大器进行测量。若发现有微弱的异常信号时，可接入放大器将信号放大以方便判断。 5、绝缘缺陷并非一定导致局部放电或持续的局部放电。局部放电经常是断续发生的。投运前和检修后的GIS交接试验中进行局部放电带电检测时，建议用橡胶锤敲击GIS壳体，激发悬浮电位局部放电以增加检测的有效性。 6、局部放电类型识别的准确程度取决于经验和数据的不断积累，检测结果和检修结果确定以后，应保留波形和谱图数据，作为今后局部放电类型识别的依据。,识别并排除干扰 对放电类型进行识别 对放电源进行定位 对放电信号危险性评估，制定检修策略,四、数据、图谱的分析与诊断,1、识别并排除干扰的方法,1）排除法：在开始测试前，尽可能排除干扰源的存在，比如关闭荧光灯和关闭手机，检查周围有无悬浮放电的金属部件；,2）屏蔽带法抗干扰；,3） 信号识别抗干扰：现场最常见的干扰信号雷达噪声，移动电话噪声，荧光噪声和马达噪声。下面简明列举了上述几种信号的典型谱图,4) 背景测量抗干扰,定位测量抗干扰-平面分法,6）利检测频段选择和滤波抗干扰：针对固定存在信号较强的干扰，可通过频谱仪分析干扰存在的频段，使用滤波器将其过滤掉达到抗干扰目的,2、放电类型识别,排除掉干扰，确定为内部放电后，需要对放电类型进行识别。GIS内部放电主要有4类：电晕放电，空穴放电和悬浮电位放电，自由金属颗粒放电，以及绝缘沿面放电。下面简明列举了上述几种信号的典型谱图，包括各类信号的PRPS图谱、PRPD图谱和峰值检测图谱,3、放电源定位,幅值定位，依靠各个检测部位检测信号大小定位，是最常用定位方法，但只能大概确定某一气室或区域，且有时几个检测部位信号幅值差别很小无法判断，甚至某些情况会出现离信号远的部位幅值比离信号源近的部位还要大。 时差定位，通过可分辨纳秒高速示波器比较两个检测部位检测信号的时间差来对信号进行定位，如分辨率能达到1纳秒，则定位精度可达30cm，定位可靠， 需要好的仪器及经验,4、信号危险性评估及检修策略,当前无相关的标准依据，特高频无法简单通过信号大小来判断危害性。根据信号幅值、放电源位置、放电类型初步评估危害性，观察信号变化趋势，并可采取其它手段辅助分析。从检修结果到指导检修策略目前仍有较大鸿沟； 在局部放电带电检测中，如果检测到放电信号，同时定位结果位于重要设备如断路器、电压互感器、隔离开关、接地刀闸或盆式绝缘子处，则应尽快安排停电检修。如果放电源位于非关键部位，则应缩短检测周期，关注放电信号的强度和放电模式的变化。 检测到信号为绝缘内部放电或绝缘表面放电，则应尽快安排停电检修，刀闸屏蔽罩悬浮放电可通过操作后观察信号趋势来决定是否检修；细小的尖刺放电可通过跟踪检测，关注信号强度变化来决定是否检修,5、异常局放信号诊断注意事项,当在空气中也能检测到异常信号时，首先要观察分析坏境中可能的干扰源。能去除的应先去除干扰后在进行检测、分析； 当传感器放置于盆式绝缘子后检测出异常信号，此时拿开传感器再查看在空气中检测到的图谱是否与置于盆式绝缘子上检测到的图谱是否一致。若一致并且信号更大，则基本可判断为外部干扰；若不一样或变小，则需进一步检测判断； 当该间隔检测出异常信号时，可检测该间隔相邻间隔的信号。看是否也存在相近的异常信号，若没有异常信号存在，则该间隔的异常信号可能为内部信号； 检测出异常信号时，查看人工智能分析软件给出的结论是否为放电，但不能完全依赖软件自动分析结果； 当检测出异常信号时，必要时可使用工具把传感器绑置于盆式绝缘子处进行长时间检测。时间至少长于15分钟，可通过分析峰值监测图谱、放电重复率图谱等局放图谱来进行判断。,2010年3月22日，江苏省电力试验研究院使用特高频法、超声波法和SF6气体成分检测法在对某220kVGIS带电检测时，在某间隔B相出线的三个盆式绝缘子处均测量到较强的特高频局放信号，超声波法和SF6气体成分分析法均为测量到可疑信号。 随着信号的逐步变大，对存在疑似信号的绝缘子进行了解体更换处理。由于处理及时准确，避免了重大事故的发生。,1、特高频检测GIS盆式绝缘子内部气隙缺陷 案件经过,特高频法测量到的信号如图,通过对局放信号传播衰减比较法进行初步判断，结果表明，位置G处的异常信号幅值最大，如图：,然后在存在疑似信号的绝缘子处安装了局部放电特高频在线监测系统，进行24小时监控。一直持续到6月份，发现信号在逐步增大，随即决定解体更换存在疑似信号部位的F、G、H的盆式绝缘子。,对更换后的F、G、H进行X光探伤、耐压、局部放电试验，结果表明F、H盆子通过X光探伤、耐压、局部放电试验，而G号盆子仅通过了耐压试验，在其内部发现浇口下部发现一条长约150mm、直径约为2mm的气泡，其局部放电量为2.37nC，如图所示。,对其进行解体后可见明显的气泡，如图所示：,