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局部放電測試儀檢測技術(shù)

發(fā)布時(shí)間: 2019-04-29  點(diǎn)擊次數(shù): 1488次

局部放電測試儀:指絕緣結(jié)構(gòu)中由于電場分布不均勻、局部電場過高而導(dǎo)致的絕緣介質(zhì)中局部范圍內(nèi)的放電或擊穿現(xiàn)象。

存在的范圍:它可能產(chǎn)生在固體絕緣孔隙中、液體絕緣氣泡中或不同介質(zhì)特性的絕緣層間。如果電場強(qiáng)度高于介質(zhì)所具有的特定值,也可能發(fā)生在液體或固體絕緣中。

局部放電測試儀的檢測都是以局部放電測試儀所產(chǎn)生的各種現(xiàn)象為依據(jù),通過能表述該現(xiàn)象的物理量來表征局部放電測試儀的狀態(tài)及特性。

局部放電測試儀過程中會(huì)產(chǎn)生電脈沖、電磁輻射、超聲波、光以及一些新的生成物,并引起局部過熱。因此,相應(yīng)地出現(xiàn)了脈沖電流檢測法、UHF方法、超聲波檢測法、光測法、化學(xué)檢測法、紅外檢測法等多種檢測方法。

不同檢測方法的優(yōu)缺點(diǎn)如下:

脈沖電流檢測法:測量頻率低,不能避開空氣電暈干擾,不適合在線監(jiān)測,是目前wei一具有標(biāo)準(zhǔn)的檢測方法;

超聲波檢測法:難以定量,且不易區(qū)分運(yùn)行中設(shè)備干擾信號;

光測法:尚未成熟;

紅外檢測法:適用檢測設(shè)備外部接線端等過熱現(xiàn)象,不易監(jiān)測運(yùn)行中設(shè)備內(nèi)部狀況;

化學(xué)檢測法:在線監(jiān)測結(jié)果可靠性高,但對突發(fā)性故障反應(yīng)較慢;

UHF方法:檢測頻帶高,可避開電暈干擾;能反映放電的強(qiáng)度,對突發(fā)性故障也能及時(shí)反應(yīng),適合在線監(jiān)測。

總的來說,根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn),目前對于特高頻法和超聲波法比較認(rèn)可,也是現(xiàn)場常用的兩種檢測方法。

特高頻檢測方法

UHF信號的產(chǎn)生:在絕緣強(qiáng)度很高的介質(zhì)中(如SF6氣體、油紙絕緣等),如果發(fā)生了一個(gè)微小放電,則會(huì)產(chǎn)生一個(gè)前沿很陡的電流脈沖,從而輻射出高頻電磁波信號,信號頻率可達(dá)到上GHz。特高頻法的抗干擾性能好,特別是對變電站的電暈干擾具有良好的抑制能力。

對于特高頻法,目前尚未有專門的標(biāo)準(zhǔn),IEC42478(高電壓試驗(yàn)技術(shù)-局部放電測試儀的電磁波和超聲波檢測)是有IECTC42工作組制定的一個(gè)與特高頻檢測相關(guān)的草案,目前還在制定過程中,還未正式發(fā)布。

該草案對定義了電磁波和超聲波檢測的頻帶范圍(UHF:300MHz~3GHz),給出了相關(guān)物理定義,簡單給出了靈敏度校驗(yàn)過程。但未給出但還重要的內(nèi)容,如檢測方法的選擇、現(xiàn)場應(yīng)用等尚在制定當(dāng)中

對于檢測而言,窄帶和寬帶是應(yīng)用較多的兩種方法。

窄帶:

優(yōu)點(diǎn):抗干擾性能好,可進(jìn)行檢測頻帶的人工(自動(dòng))選擇

缺點(diǎn):信息量少,硬件復(fù)雜

代表:西安交通大學(xué)

寬帶

優(yōu)點(diǎn):信息量大,硬件簡單

缺點(diǎn):抗干擾性能差,特別是高頻干擾

代表:英國DMS

特高頻窄帶測量的中心頻率通常為幾百M(fèi)Hz、帶寬為幾十MHz,避開了現(xiàn)場的許多干擾,因而能較有效地抑制外部干擾和提高信噪比。如圖1所示

窄帶檢測系統(tǒng)則選擇整個(gè)檢測頻帶之內(nèi)的某一段頻帶送入檢測系統(tǒng),如圖所示,以選擇中心頻率為600MHz,帶寬為100MHz為例,則送入檢測系統(tǒng)的頻帶為550MHz~650MHz,這樣可以將此頻帶之外的干擾信號有效抑制,從而達(dá)到抗干擾的目的。

采用特高頻寬帶局部放電測試儀檢測技術(shù)可以在足夠?qū)挼念l率范圍內(nèi)對局部放電測試儀進(jìn)行檢測,避免遺漏放電特征峰。

如圖所示,寬帶檢測將檢測頻帶之內(nèi)的所有信號都送入檢測系統(tǒng),這樣信息量大,但如果有檢測頻帶之內(nèi)的干擾信號,會(huì)造成信噪比低,影響后續(xù)的分析。

傳感器是局放檢測的一個(gè)關(guān)鍵部件,特高頻傳感器的基本要求:傳感300MHz~3GHz內(nèi)的電磁波信號。安裝要求:適合于現(xiàn)場使用。

對GIS而言有兩種方式:內(nèi)置和外置。。

內(nèi)置:靈敏,但須GIS制造廠設(shè)計(jì),停電安裝。

外置:不如內(nèi)置靈敏,但可在線安裝。

對于傳感器的一個(gè)基本要求是不能畸變設(shè)備原有電場。

現(xiàn)場靈敏度校核方法

現(xiàn)場工作人員希望得到特高頻檢測月傳統(tǒng)檢測方法之間的lian系,即用特高頻檢測結(jié)果表征pC值。但目前的研究結(jié)果表明,國內(nèi)外學(xué)者都認(rèn)為其與脈沖電流法隸屬于兩個(gè)不同的物理方法,兩者之間不存在明確的等效關(guān)系。

GIS中特高頻信號的檢測依賴因素很多,如傳感器特性,缺陷與傳感器位置之間的路徑(傳感器布置及距離)等。此外,檢測結(jié)果還受檢測設(shè)備的影響,如傳輸電纜、放大器、頻譜分析儀及傳感器安裝位置等,而且缺陷處放電的放電量也很難準(zhǔn)確獲得。因此,目前認(rèn)為適合于IEC60270標(biāo)準(zhǔn)中的標(biāo)定,對于特高頻測量系統(tǒng)而言幾乎是不可能的。

出于工程實(shí)際應(yīng)用的目的,IEC和CIGRE(WGD1.25)提出了確定特高頻檢測系統(tǒng)靈敏度的流程和方法。

該方法分兩個(gè)步驟:

步驟1:實(shí)驗(yàn)室測試

步驟2:現(xiàn)場測試

校驗(yàn)流程為:

1、確定人工脈沖源及缺陷。人工脈沖源幅值可調(diào),缺陷可采用金屬微粒。

2、實(shí)驗(yàn)室測試。確定與5pC放電相當(dāng)?shù)娜斯っ}沖源幅值。

3、現(xiàn)場測試。確定現(xiàn)場是否可檢測到相當(dāng)于5pC放電的電磁波信號。

4、根據(jù)校驗(yàn)結(jié)果,確定靈敏度。

步驟1:實(shí)驗(yàn)室測試

實(shí)驗(yàn)室測試的目的是確定與真實(shí)缺陷相關(guān)的人工脈沖的幅值,人工脈沖會(huì)在現(xiàn)場使用。步驟1的試驗(yàn)裝置如圖4所示。

一個(gè)人工缺陷設(shè)置在GIS間隔中靠近特高頻傳感器C1的位置。當(dāng)電壓升高到足夠高時(shí),缺陷就會(huì)發(fā)生放電。缺陷放電產(chǎn)生的放電量可以通過IEC60270方法進(jìn)行檢測得到。缺陷放電產(chǎn)生的特高頻信號通過特高頻傳感器C2檢測到,當(dāng)IEC60270方法檢測到放電量為5pC的時(shí)候,記錄此時(shí)C2檢測到的特高頻信號A,這個(gè)特高頻信號幅值A(chǔ)將會(huì)在下面的步驟中與人工脈沖信號進(jìn)行比較。

將人工脈沖注入傳感器C1,如圖5所示。

人工脈沖產(chǎn)生的特高頻信號可以被傳感器C2進(jìn)行檢測。檢測到的幅值B同人工缺陷產(chǎn)生時(shí)檢測到的幅值A(chǔ)進(jìn)行比較。不斷調(diào)節(jié)人工脈沖的幅值,直到A和B的值基本相等,即A=B±20%。

例如對于一個(gè)420kV的封閉直立GIS間隔,當(dāng)外加電壓為385kV時(shí),一個(gè)長度為3mm的金屬微粒會(huì)產(chǎn)生約5pC的放電量。其缺陷所產(chǎn)生的信號和人工脈沖源所產(chǎn)生信號的頻譜比較如圖6所示。

可以看出,在低于1.5GHz以下的頻段,這兩個(gè)信號的頻譜分布是很類似的,包括幅值信息。在300MHz~1.5GHz范圍內(nèi),其幅值誤差在4%以內(nèi),滿足要求。因此可以認(rèn)為該人工脈沖可以模擬一個(gè)放電量為5pC的缺陷輻射出的電磁波信號。

步驟2:現(xiàn)場測試

如果人工脈沖激發(fā)的特高頻信號能夠在被校核設(shè)備傳感器耦合得到,那么認(rèn)為這個(gè)設(shè)備在這個(gè)安裝位置是具有5pC的檢測靈敏度。

可以看出,對于這種靈敏度校核方法而言,主要是校驗(yàn)檢測系統(tǒng)安裝在GIS現(xiàn)場時(shí),其是否具有可檢測到5pC放電量的能力,或者是在那些范圍內(nèi)可以檢測到5pC放電水平的能力。由于在實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場均采用相同的傳感器,其本質(zhì)上是對其安裝位置的校驗(yàn),而無法對測量系統(tǒng)本身的靈敏性進(jìn)行校驗(yàn)。但如果采用一個(gè)得到認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)傳感器及檢測裝置時(shí),則可對檢測系統(tǒng)本身進(jìn)行校核。

盡管可以通過校驗(yàn)來確定檢測系統(tǒng)的檢測靈敏度,但對于不同的檢測方法,還是使用其自身的單位為好,不要糾結(jié)于和pC的對應(yīng),畢竟不同的檢測方法所產(chǎn)生的物理機(jī)制不一樣。

超聲波檢測法

大電網(wǎng)CIGRE認(rèn)為聲發(fā)射檢測方法(又稱超聲方法)與特高頻檢測方法均適用于GIS局部放電測試儀測量,二者均具有很好的靈敏度。但對于超聲波檢測而言,對于盆式絕緣子表面類型的放電目前認(rèn)為檢測靈敏度很低,甚至檢測不到。

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