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UHF超高频局放检测技术介绍.pdf

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UHF超高频局放检测技术介绍.pdf
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用UHF 法和AE 法检测GIS及变压器中的局部放电第一部分 :GIS及罐式断路器局部放电缺陷的在线检测开展GIS局部放电检测的意义随着城市电网建设的发展,GIS 变电站的数量不断增加;GIS的内部空间极为有限,工作场强很高,且绝缘裕度相对较小;GIS内部一旦出现绝缘缺陷,极易造成设备故障,引起的停电时间较长,检修费用也很高;国内已经发生了数起较为严重的GIS 事故,过去那种认为GIS设备免维护的观点已不被认同;GIGRE调查表明,50%以上的GIS故障是可预先发现的;在GIS的交接试验中监视局部放电信号,对运行中的GIS进行定期监测,均是保障安全运行的有效手段 。德国几个大型GIS变电站的故障统计60%-70%故障可检测;50%以上故障是残留在内部的颗粒引起的;1/3故障属设计不完善;1/2故障属加工和装配问题,可通过现场交接试验来发现。固体绝缘材料故障:31%绝缘子表面颗粒:30%高压导体上的颗粒:13%屏蔽与电极:4%非绝缘故障:9%绝缘配合问题:9%未知原因:4%高压导体上的颗粒:29%绝缘配合问题:29%绝缘子表面上的颗粒:14%壳体上的颗粒:14%未知原因:14%420KV GIS132KV GIS摘自CIGRE Session 2000 Paper 15-305GIS设备局部放电的起因1- 导体上的毛刺或颗粒; 2- 壳体上的毛刺或颗粒3- 悬浮屏蔽(接触不良); 4- 自由移动的金属颗粒5- 盆式绝缘子上的颗粒 6- 盆式绝缘子内部缺陷GIS各种绝缘缺陷的局部放电特征悬浮电极 (Floating Electrode) 突出电极 (Protrusion Electrode)自由移动微粒 (Free Moving Particle )有缺陷的绝缘体 (Defective Insulator)GIS绝缘击穿的主要表现形式GIS投运初期: 绝缘击穿大多是由金属颗粒、悬浮导体、表面毛刺或颗粒等缺陷造成的。通过完善交接验收可起到预防作用;GIS运行中期: 绝缘击穿大多是绝缘子表面的缺陷(例如污秽、表面电荷积聚、附着金属微粒)引起的,特别是在暂态过电压作用时。通过定期巡检可发现这些隐患;IEC规定 GIS出厂时的局部放电水平为 10米 300MHz),可沿波导方向无衰减地进行转播;UHF法测量GIS局部放电的抗干扰原理电晕放电产生的UHF分量较少内部放电产生的UHF分量较多UHF信号在传播时衰减较大达到GIS的电晕干扰信号较少GIS腔体中为良好的电磁波导UHF信号在传播时衰减较小通讯干扰:频率固定,可避开检测频率: 300-1500MHz检测方式:宽带、选频检测范围:10米可灵敏检测到10m范围内的PD信号UHF信号在GIS中的传播衰减(-6dB)-8dBplus dispersion & attenuation over longer lengths(-2dB)0dB绝缘屏障会造成 2dB信号衰减转角结构会造成 6dB信号分散GIS中UHF信号的几种耦合方式窗口耦合内部耦合外部耦合 (barrier)外部耦合原理: UHF波长较短,可轻易地从那些微小的金属缝隙中辐射出来。外置式UHF 传感器的几种实现方式接收原理:标准宽带天线接收方式: UHF电磁波频带范围:0.3-1.5GHz相对增益:4dB (平坦)驻波比: 2(能量损失很小)波束宽度:60 °定向应用范围:外置式选频测量接收原理:电场天线接收方式:电场耦合 +电磁波频带范围:0-1.5GHz相对增益:不平坦,与频率有关应用范围:内置式宽带测量LDS-6接收GIS中UHF信号的方法将 UHF传感器的接收面靠近 GIS 外壳上有绝缘开口的位置,例如:盆式绝缘子 观察窗 互感器引线盘LDS-6检测GIS或罐式断路器中UHF信号把UHF传感器固定在绝缘杆上,对准盆式绝缘子位置,或者对准可能泄露出电磁波的其它位置(如高压套管根部),即可进行检测,不需要与被测设备完全接触;把AE传感器头部涂上硅脂后,稳定地吸附或绑扎在设备外壳上,也可检测设备内部的悬浮微粒缺陷,但对绝缘内部的缺陷较不敏感;LDS-6检测UHF 信号的技术创新窄带选频接收系统:1)可在 300-1500MHz内,自动搜索到 S/N最高的最佳检测频段;2)可避开固定频率的通讯信号干扰,保证 UHF的检测灵敏度;3)军用级别 UHF接收系统,最小检测水平可达 10uV( 2pW);宽带定向接收天线:1)在 300-1500MHz内,驻波比不大于 2,增益变化不大于 2dB;2)具有定向接收性能,仅对前方 60°范围内的信号敏感;脉冲捕捉测量机制:1)获得测量期间的全部脉冲信息,不丢失任何一个有效脉冲;2)具备脉冲宽度鉴别机制,可自动识别和剔除通讯干扰信号;3)通过 3D谱图,精确描述 UHF信号在每个工频周期上的分布;简单实用的特征棒图:1) 6个特征值来指示信号的基本特征,便于快速发现 PD信号;2) PRPD二维彩色谱图,可直观了解 Q-N-φ的分布特性;AE法的基本原理放电源产生压力声波,先以纵波传播到GIS 外壳,然后以横波方式传播到AE传感器;对GIS 检测通常选用的检测频率为10kHz ~100kHz ,频率较低时灵敏度较高但易受噪声干扰,而频率较高时信号衰减又会增大 ;AE法检测GIS局部放电的原理检测频率:10-100kHz检测会受环境噪声影响基本不会受到电气干扰传播速度较慢在 SF6中: 140m/s在钢板中:6000m/s传播衰减较大:在 SF6中: 26dB/m在空气中:0.9dB/m仅能检测到1m 范围内的 PD信号LDS-6超声波传感器的基本特性制造厂家:美国PAC 公司频率范围:20~150KHz谐振频率:30KHz灵敏度: 80dBRef 0dB=1V/(m/s)外形尺寸: φ24X20H输入特性:抗共模差分型前置放大器: 40dBPAC D9241A 差分传感器LDS-6 接收GIS中AE信号的方法吸附或绑扎在设备金属外壳上,但需要频繁变换检测部位LDS-6检测AE信号的技术创新脉冲宽度鉴别机制:1) 获得测量期间的全部脉冲信息,不会丢失任何一个有效脉冲;2)通过脉冲间隔,获得 “飞行时间 ”谱图,确定自由颗粒的大小;3)直观的 3D谱图,描述 AE信号在每个工频周期上的分布特征;脉冲捕捉测量机制:1)有效抑制共模电磁脉冲、以及持续噪声对 AE信号测量的影响;2)具备脉冲宽度鉴别机制,可自动识别和剔除通讯干扰信号;3)避免因使用差分型 AE传感器,所带来的检测灵敏度降低问题;简单实用的特征棒图 :1) 利用6 个特征值来指示信号的基本特征,便于快速发现 PD信号;2)实用化的PRPD 二维彩色谱图,可直观了解 Q-N-φ的分布特性;灵活多样的 AE检测频带 :3)提供 20-200、20-100、 60-200、60-100(kHz)四种测量频带;第二部分 :变压器、互感器及套管局部放电缺陷的在线检测用UHF 法检测变压器局部放电的研究荷兰 KEMA通过放油阀安装 UHF传感器;采用40MHz 或80MHz 窄带检测技术,可在 300-1200MHz范围内选择的检测频段;检测灵敏度可达到50pC水平英国 Strathclyde大学通过变压器上的检修孔,预先安装UHF传感器;采用500-1500MHz宽带检测技术,易受通讯干扰的影响;检测灵敏度可达到20pC水平。
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