GIS局部放電.docx

GIS局部放電局部放電既是GIS絕緣劣化的征兆和表現(xiàn)形式，又是絕緣進(jìn)一步劣化的原因。由于絕緣擊穿的后果經(jīng)常比較嚴(yán)重，因而受到國內(nèi)外的關(guān)注。顯然，對GIS進(jìn)行局部放電檢測能夠有效地發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部早期的絕緣缺陷，以便采取措施，避免其進(jìn)一步發(fā)展，提高GIS的可靠性。它還可以彌補(bǔ)耐壓試驗(yàn)的不足，通過局部放電在線監(jiān)測能發(fā)現(xiàn)GIS制造和安裝的“清潔度，能發(fā)現(xiàn)絕緣制造工藝和安裝過程中的缺陷、差錯(cuò)，并能確定故障位置，從而進(jìn)行有效的處理，確保設(shè)備的安全運(yùn)行。因此，開展GIS局部放電在線監(jiān)測研究具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。目錄 GIS局部放電在線監(jiān)測方法 GIS局部放電產(chǎn)生的原因 GIS局部放電在線監(jiān)測中存在的問題 GIS局部放電在線監(jiān)測國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩rGIS局部放電在線監(jiān)測方法 GIS局部放電在線監(jiān)測方法 人們隨著GIS在電力系統(tǒng)中的重要性的提高，為保證GIS長期可靠運(yùn)行，對 其絕緣診斷也愈來愈得到重視。作為判斷GIS絕緣狀況的有效手段，GIS中局部 放電的檢測技術(shù)也迅速發(fā)展起來。局部放電測量的方法很多，都是根據(jù)局部放電 過程中所發(fā)生的物理和化學(xué)效應(yīng)，通過測量局部放電所產(chǎn)生的電荷交換、能量的 損失、發(fā)射的電磁波、發(fā)出的聲和光以及生成一些新的生成物等信息，來表征局 部放電的狀態(tài)。這些信息總結(jié)起來有電信息和非電信息兩大類，由此局部放電測 量方法可以分為電測法和非電測法兩大類，其具體主要可分為以下五種方法：(1)耦合電容法：又稱為脈沖電流法，它利用貼在GIS外殼上的電容電 極耦合探測局部放電在導(dǎo)體芯上引起的電壓變化。該方法結(jié)構(gòu)簡單，便于實(shí)現(xiàn)。 但是在現(xiàn)場測試時(shí)，無法識別與多種噪聲混雜在一起的局部放電信號，因此這種 方法的使用推廣受到了很大限制。(2)UHF法：英國Strathclyde大學(xué)提出的UHF法目前已經(jīng)應(yīng)用到GIS生產(chǎn) 和運(yùn)行中，它是一種利用超高頻頻率信號進(jìn)行局部放電在線監(jiān)測的方法。在UHF 法中正常開斷時(shí)電弧產(chǎn)生的氣體生成物，也會產(chǎn)生影響；脈沖放電產(chǎn)生的分解 物會被大量的SF6氣體所稀釋，因此就局部放電監(jiān)測而言，化學(xué)方法的靈敏度很差： 另外，該方法不能作為長期監(jiān)測的方法來使用。(5)光學(xué)監(jiān)測法：光電倍增器可以監(jiān)測到甚至一個(gè)光子的發(fā)射，但是由于射 線被SE氣體和玻璃強(qiáng)烈地吸收，因此有“死角”出現(xiàn)，該方法對于已知放電源位 置的監(jiān)測比較有效，但不具備對故障的定位能力。并且由于GIS內(nèi)壁光滑而引起 的反射帶來的影響，造成靈敏度不高?？偨Y(jié)上述方法的特點(diǎn)，表所示為其優(yōu)缺點(diǎn)及各種性能的比較和說明。通過對上面五種方法的比較，我們可以得出以下結(jié)論：在對GIS中產(chǎn)生的局部放電信 號的監(jiān)測方法中，UHF法是比較適用可行的方法，具體體現(xiàn)如下的優(yōu)勢： 抗干擾能力強(qiáng)：UHF法的檢測頻率范圍為300MHz3000MHz(目前國內(nèi)外GIS 局部放電的現(xiàn)場實(shí)測中頻率不超過1700MHzt321)，可避開空氣中電暈等低頻段 的干擾，所測信號能全面反映絕緣系統(tǒng)GIS放電的本質(zhì)特征。 靈敏度高：可檢測到高達(dá)O508pC的放電量，這是其他監(jiān)測方法所無法比 擬的，且可用于運(yùn)行中的設(shè)備。故障定位精度高：可高達(dá)01m，且適用于各種類型的缺陷。GIS局部放電產(chǎn)生的原因 GIS中有可能出現(xiàn)的主要絕緣缺陷如圖所示，可以總結(jié)為以下幾個(gè)方面：(1)固定缺陷。其中包括導(dǎo)體和外殼內(nèi)表面上的金屬突起，以及固體絕緣表 面上的微粒。金屬突起通常是在制造不良和安裝損壞擦劃時(shí)造成的，導(dǎo)致毛刺且 較尖。在穩(wěn)定的工頻狀態(tài)下不引起擊穿，但在快速電壓如沖擊、快速暫態(tài)過電壓 (玎o)條件下很危險(xiǎn)； (2)GIS腔體內(nèi)可以移動(dòng)的自由金屬微粒。金屬微粒是最普遍的微粒，在制 造、裝配和運(yùn)行中均有可能產(chǎn)生，它有積累電荷的能力。在交流電壓場的影響下能夠移動(dòng)，在很大程度上運(yùn)動(dòng)與放電的可能性是隨機(jī)的。當(dāng)靠近高壓導(dǎo)體且并未 接觸時(shí)，放電最可能發(fā)生，且放電可能性比同樣微粒但為固定物時(shí)高10倍左右；(3)傳導(dǎo)部分接觸不良。例如靜電屏蔽和其它浮動(dòng)部件。由松動(dòng)或浮動(dòng)部件 產(chǎn)生的放電可能性很大，通常易于檢測，放電趨向于反復(fù)，其放電電荷在nC到gC 間轉(zhuǎn)變。(4)絕緣子制造時(shí)造成的內(nèi)部空隙和實(shí)驗(yàn)閃絡(luò)引起的表面痕跡，還包括或是 因電極的表面粗糙或是來自制造時(shí)嵌入的金屬微粒。此外因環(huán)氧樹脂與金屬電極 的收縮系數(shù)不同，也會形成氣泡或空隙。 這些GIS的絕緣缺陷類型極有可能會在GIS中產(chǎn)生局部放電，在絕緣體中 的局部放電甚至?xí)g絕緣材料，進(jìn)一步發(fā)展成為樹枝，并最后導(dǎo)致絕緣擊穿。一般來說，由于各種缺陷引發(fā)的局部放電具有以下特征： 在電場不均勻時(shí)，在導(dǎo)體周圍易于發(fā)生電暈放電，由于氣體中的分子是自由 移動(dòng)的，因此GIS設(shè)備中的電暈放電過程與空氣中的電暈放電相似，在施加電壓 的正負(fù)峰值附近發(fā)生PD脈沖，隨電壓增加，PD脈沖加大，頻度增加。GIS設(shè)備中絕緣子內(nèi)部的氣隙放電在工頻正負(fù)半周內(nèi)基本相同，即正負(fù)半周放 電指紋基本對稱。放電脈沖一般出現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)電壓幅值絕對值的上升部分，放電頻 率依賴與所加電壓大小，只有在放電強(qiáng)烈時(shí)，才會擴(kuò)展到電壓絕對值下降部分的 相位上，且每次放電的大小不相等。絕緣子缺陷在出廠時(shí)可能并不出現(xiàn)，但在運(yùn) 輸及安裝過程中有可能造成損傷。一些缺陷最初可能無害，只是在機(jī)械振動(dòng)和靜 電力作用下可能輕微移動(dòng)，形成潛在的隱患。絕緣子表面的缺陷(如污穢等)有助于電荷的增加，可能會形成表面放電， 導(dǎo)致絕緣子表面的絕緣劣化，甚至擊穿。其放電特征是：在電流最大相位過零時(shí) 發(fā)生小電荷的PD脈沖，隨著電壓上升有不規(guī)則的脈沖出現(xiàn)。自由導(dǎo)電微粒和固體導(dǎo)體上金屬突起放電的相位分布有著明顯不同。這個(gè)特 征通?？梢杂脕韰^(qū)分缺陷的類型。固體導(dǎo)體上金屬突起放電由于導(dǎo)電粒子不浮動(dòng)， 其放電特征是：在施加電壓峰值附近發(fā)生大PD脈沖，隨電壓上升PD電平不變， 頻度增加。GIS設(shè)備中自由導(dǎo)電微粒有積累電荷能力，在交流電壓作用下，靜電力 可使導(dǎo)電微粒在GIS筒內(nèi)跳動(dòng)，如直立旋轉(zhuǎn)、舞動(dòng)運(yùn)動(dòng)等。這種運(yùn)動(dòng)與放電的出 現(xiàn)在很大程度上是隨機(jī)的，這一過程與所加電壓大小以及微粒的特性有關(guān)。如果 一個(gè)跳動(dòng)的微粒接近或運(yùn)動(dòng)至GIS設(shè)備的高場強(qiáng)區(qū)時(shí)，伴隨產(chǎn)生的局放有可能形 成通道，造成絕緣擊穿。其放電特征：在施加電壓峰值附近有較大PD的脈沖，并 發(fā)生散開，隨著電壓上升，頻度增加，電平無較大變化。相對而言，GIS設(shè)備內(nèi)殘 留的金屬碎屑或金屬顆粒產(chǎn)生的各種效應(yīng)是最為嚴(yán)重的，因此，金屬顆粒的放電 對GIS設(shè)備的危害相對較大。GIS局部放電在線監(jiān)測中存在的問題 人們在局部放電的在線監(jiān)測中，主要存在兩個(gè)問題：一個(gè)是抗干擾的問題，另 一個(gè)是數(shù)據(jù)的解釋和絕緣故障模式識別問題。(一)抗干擾問題 由于干擾的種類是多樣的，表現(xiàn)出的特性也不同，找出一種有效的方法來抑 制所有的干擾是很難的，因此需要針對不同的干擾源，采取不同的措施，綜合運(yùn) 用，達(dá)到抗干擾的目的。現(xiàn)場的干擾根據(jù)其時(shí)域特征的不同，可分為白噪聲干擾、 窄帶周期性干擾和脈沖型干擾三類，而脈沖型干擾又可進(jìn)一步分為周期型脈沖干 擾和隨機(jī)脈沖干擾。由于本文應(yīng)用UHF方法來采集局部放電信號，因此一些頻率 較低的干擾信號可以直接避免，這里只給出UHF方法中有可能采集到的干擾信號 源及其頻率，主要有以下幾種：無線電廣播的干擾：連續(xù)的窄帶周期性干擾，頻率500kHzt手機(jī)干擾：窄帶周期性干擾，頻率為900MHz或18GHz等； 白噪聲：包括各種隨機(jī)噪聲，如熱噪聲、地網(wǎng)噪聲、配電線路以及繼電保 護(hù)信號線路中由于耦合而進(jìn)入的各種噪聲等。 以上這些干擾信號主要通過2種途徑進(jìn)入檢測系統(tǒng)：一是通過電磁耦合進(jìn)入 檢測系統(tǒng)，因此檢測系統(tǒng)應(yīng)有很好的屏蔽，采用隔離或光電光纖系統(tǒng)傳輸監(jiān)測信 號也可抑制干擾；另外檢測系統(tǒng)本身產(chǎn)生的噪聲，它和局部放電信號混疊在一起， 用上述方法不可能抑制這種干擾通道，而需采取其它措施。(二)數(shù)據(jù)的解釋和絕緣故障模式識別 實(shí)際應(yīng)用中，人們不僅關(guān)注能否從局部放電信號中診斷出GIS綜合絕緣狀況， 還希望能從中獲取更為詳細(xì)的信息，例如絕緣劣化原因、故障類型、嚴(yán)重程度以 及故障點(diǎn)位置等等。因此必須識別出各種放電類型的特點(diǎn)，估算出放電強(qiáng)度，并進(jìn)行局部放電點(diǎn)定位。如何從檢測到的PD信號中判斷局部放電類型以及GIS的絕 緣狀況是在線監(jiān)測技術(shù)的難點(diǎn)之一。這方面國內(nèi)外己經(jīng)做了大量的研究工作，但 是仍然沒有很好的解決這個(gè)問題。GIS局部放電在線監(jiān)測國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 目前，國內(nèi)和國際上GIS和變壓器的局部放電在線監(jiān)測技術(shù)正在蓬勃發(fā)展， 不論從硬件的監(jiān)測裝置，還是軟件的監(jiān)測方法，都有很多專家和學(xué)者們做出了很 好的成績。例如：清華大學(xué)19951997年相繼研制和開發(fā)出基于UHF法的便攜式局部放電檢測儀和330KV GIS和變壓器局部放電在線檢測系統(tǒng)，均采用外部傳 感器監(jiān)測，具有較強(qiáng)的實(shí)用性，且便于放電源的定位。但是該設(shè)備對于采集到信 號的分析處理不夠完善，目前還在進(jìn)一步的完善過程中。西安交通大學(xué)的電力設(shè)備電氣絕緣國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室于1998年研制一種超寬頻 帶局部放電傳感器，并經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析儀(HP8720C，掃頻帶寬20GHz)對其頻率響應(yīng) 特性進(jìn)行測量證實(shí)效果較好。 英國Strathclyde大學(xué)和與NGC和Scottish Power ple聯(lián)合開發(fā)了一套UHF監(jiān) 測系統(tǒng)。為防止斷路器工作時(shí)產(chǎn)生快速暫態(tài)過電壓(VFTO)，對監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)采取 相應(yīng)的保護(hù)，在耦合器輸出處和在UHF信號調(diào)節(jié)處安裝鉗位二極管。該系統(tǒng)采取 3種工作模式：在線、事故和歷史模式，便于日常的監(jiān)測和出現(xiàn)事故之后的情況分 析。該系統(tǒng)不是采用UHF局部放電信號進(jìn)行分析，因此監(jiān)測系統(tǒng)的精度不能加以 保證。瑞士Zurich大學(xué)的Neuhold開發(fā)出一種結(jié)合寬帶和窄帶的多通道、實(shí)時(shí)響應(yīng) 的GIS和變壓器局部放電測量系統(tǒng)。每個(gè)測量通道包括一個(gè)低噪聲寬帶傳感器， 帶有自動(dòng)高壓暫態(tài)保護(hù)。適宜于開發(fā)過程中的實(shí)驗(yàn)室測試和GIS及變壓器的長期 監(jiān)測，裝置能初步實(shí)現(xiàn)對故障的監(jiān)測、定位和識別，但是精度不能得到保證，需 要進(jìn)一步的研究。2001年日本名古屋大學(xué)的ToshihilO Hoshill0提出一種新的GIS和變壓器中由 局部放電引起的電磁場的監(jiān)測技術(shù)一相位門極控制法。它是通過分析在SF6氣體中 局部放電信號和空氣中的外部噪聲所引起的電磁波的區(qū)別，根據(jù)在空氣中和SF6 氣體中局部放電和電壓相位角之間關(guān)系的不同而作為判斷依據(jù)，該方法目前還處 于研究階段。日本大阪大學(xué)的Kawada于2000年提出一種用于寬帶電磁波(EM)動(dòng)態(tài)頻 譜分析的小波方法。這種非接觸式監(jiān)測故障征兆方法使用有高斯函數(shù)產(chǎn)生的Gabor 函數(shù)的實(shí)部作為母小波，對電磁波信號進(jìn)行小波變換。文中指出經(jīng)小波變換后的 局部放電信號能夠與其他干擾波(例如FM廣播信號)清晰地分辨出來，并得出 以下結(jié)論：當(dāng)放電量很低時(shí)，電磁波的主要部分在高頻段(120200MHz)；當(dāng)放 電量增加