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特高頻局部放電檢測(cè)技術(shù)

主要內(nèi)容

特高頻局部放電檢測(cè)的原理1特高頻局部放電檢測(cè)儀器及工具2特高頻局部放電檢測(cè)方法及注意事項(xiàng)3數(shù)據(jù)、圖譜的分析及診斷4典型案例分析5一、特高頻局部放電檢測(cè)的原理電力設(shè)備絕緣體中絕緣強(qiáng)度和擊穿場(chǎng)強(qiáng)都很高,當(dāng)局部放電在很小的范圍內(nèi)發(fā)生時(shí),擊穿過(guò)程很快,將產(chǎn)生很陡的脈沖電流,其上升時(shí)間小于1ns,并激發(fā)頻率高達(dá)數(shù)GHz的電磁波。應(yīng)用寬帶高頻天線(xiàn)(300MHz-1.5GHz傳感器)檢測(cè)GIS內(nèi)部局放電流激發(fā)的電磁波信號(hào),從而反應(yīng)GIS內(nèi)部局部放電的類(lèi)型及大體位置。根據(jù)傳感器安裝位置不同,該方法分為內(nèi)置法與外置法兩種。由于現(xiàn)場(chǎng)的暈干擾主要集中在300MHz頻段以下,因此特高頻法能有效地避開(kāi)現(xiàn)場(chǎng)的電暈等干擾,具有較高的靈敏度和抗干擾能力,可實(shí)現(xiàn)局部放電帶電檢測(cè)、定位以及缺陷類(lèi)型識(shí)別等優(yōu)點(diǎn)。內(nèi)置式特高頻傳感器外置式特高頻傳感器UHF信號(hào)在GIS中的傳播衰減GIS的金屬同軸結(jié)構(gòu)可視為一個(gè)良好的電磁波導(dǎo),放電所形成的高階電磁波TE和TM(f>300MHz),可沿波導(dǎo)方向無(wú)衰減地進(jìn)行轉(zhuǎn)播; 絕緣屏障會(huì)造成2dB信號(hào)衰減轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)會(huì)造成6dB信號(hào)分散(-6dB)(-2dB)0dB特高頻電磁波傳輸與衰減示意圖二、特高頻局部放電檢測(cè)儀器及工具特高頻局部檢測(cè)儀的基本要求特高頻局放檢測(cè)儀的組成特高頻局放檢測(cè)其它常用工具GIS特高頻局放儀常用譜圖二、特高頻局部放電檢測(cè)儀的基本要求能夠有效抑制或排除干擾;可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況調(diào)整局部放電的檢測(cè)周期、檢出閾值和報(bào)警閾值等參數(shù);可用外施高壓電源進(jìn)行同步(外同步),并可通過(guò)移相的方式,對(duì)測(cè)量信號(hào)進(jìn)行觀(guān)察和分析;測(cè)試線(xiàn)長(zhǎng)度滿(mǎn)足要求,且接頭牢固不易損壞(最好N型接頭)局部放電檢測(cè)應(yīng)提供局部放電信號(hào)的幅值、相位、放電頻次等信息中的一種或幾種,并可采用PRPS、PRPD等常用譜圖進(jìn)行展示。二、特高頻局部放電檢測(cè)儀的組成特高頻傳感器:耦合器,感應(yīng)300M-1.5GHz的特高頻無(wú)線(xiàn)電信號(hào);信號(hào)放大器(可選):某些局放檢測(cè)儀會(huì)包含信號(hào)放大器,對(duì)來(lái)自前端的局放信號(hào)做放大處理;濾波器(可選):如果現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)在某一頻段存在較強(qiáng)干擾,可使用特定的濾波器將其濾掉,從而達(dá)到抗干擾目的;檢測(cè)儀器主機(jī):接收、處理耦合器采集到的特高頻局部放電信號(hào);分析主機(jī)(筆記本電腦):運(yùn)行局放分析軟件,對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,識(shí)別放電類(lèi)型,判斷放電強(qiáng)度;特高頻局放測(cè)試儀組成示意圖3、特高頻局放檢測(cè)其它常用工具高速示波器:一般2G以上采樣速率,可對(duì)特高頻原始信號(hào)進(jìn)行觀(guān)察,并利用各個(gè)通道采集信號(hào)的時(shí)間差來(lái)進(jìn)行定位;頻譜儀:根據(jù)頻譜特性進(jìn)一步確認(rèn)是放電還是干擾,如果是干擾可分析干擾信號(hào)頻段,通過(guò)使用濾波器來(lái)過(guò)濾掉干擾信號(hào);屏蔽帶:屏蔽外部干擾最基本的工具,一般用金屬布制成,同時(shí)能起到增強(qiáng)檢測(cè)信號(hào)及固定傳感器的作用。4、GIS特高頻局放儀兩種常用譜圖PRPS(脈沖序列相位分布)譜圖PRPD(局部放電相位分解)譜圖3、特高頻局部放電檢測(cè)方法及注意事項(xiàng)檢測(cè)條件要求檢測(cè)周期安全注意事項(xiàng)檢測(cè)接線(xiàn)傳感器放置部位部位及要求操作流程常見(jiàn)注意事項(xiàng)1、檢測(cè)條件要求被檢設(shè)備是帶電運(yùn)行設(shè)備,絕緣盆子為非金屬封閉或內(nèi)置有UHF傳感器;GIS設(shè)備為額定氣體壓力,在GIS設(shè)備上無(wú)各種外部作業(yè);在檢測(cè)時(shí)應(yīng)最大限度保持測(cè)試周?chē)盘?hào)的干凈,盡量減少人為制造出的干擾信號(hào),例如:手機(jī)信號(hào)、照相機(jī)閃光燈信號(hào)、照明燈信號(hào)等;進(jìn)行室外檢測(cè)避免雨、雪、霧、露等相對(duì)濕度大于80%的天氣條件。2、檢測(cè)周期投運(yùn)后及大修后1個(gè)月內(nèi)應(yīng)對(duì)本體進(jìn)行一次局部放電檢測(cè);正常情況下,半年至一年檢測(cè)一次;檢測(cè)到GIS有異常信號(hào)但不能完全判定時(shí),可根據(jù)GIS設(shè)備的運(yùn)行工況,應(yīng)縮短檢測(cè)周期,增加檢測(cè)次數(shù),應(yīng)并分析信號(hào)的特點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì);必要時(shí),對(duì)重要部件(如斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、母線(xiàn)等)進(jìn)行局部放電重點(diǎn)檢測(cè);對(duì)于運(yùn)行年限超過(guò)15年以上的GIS設(shè)備,宜考慮縮短檢測(cè)周期,迎峰度夏(冬)、重大保電活動(dòng)前應(yīng)增加檢測(cè)次數(shù)。3、安全注意事項(xiàng)為確保安全生產(chǎn),特別是確保人身安全,除嚴(yán)格執(zhí)行電力相關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)和安全規(guī)定之外,還應(yīng)注意以下幾點(diǎn):檢測(cè)時(shí)應(yīng)勿碰勿動(dòng)其它帶電設(shè)備;防止傳感器墜落到GIS管道上,避免發(fā)生事故;保證待測(cè)設(shè)備絕緣良好,以防止低壓觸電;在狹小空間中使用傳感器時(shí),應(yīng)盡量避免身體觸碰GIS管道;行走中注意腳下,避免踩踏設(shè)備管道;在進(jìn)行檢測(cè)時(shí),要防止誤碰誤動(dòng)GIS其它部件;在使用傳感器進(jìn)行檢測(cè)時(shí),應(yīng)戴絕緣手套,避免手部直接接觸傳感器金屬部件。4、檢查接線(xiàn)

在采用特高頻法檢測(cè)局部放電的過(guò)程中,應(yīng)按照所使用的特高頻局放檢測(cè)儀操作說(shuō)明,連接好傳感器、信號(hào)放大器、檢測(cè)儀器主機(jī)等各部件,通過(guò)綁帶(或人工)將傳感器固定在盆式絕緣子上,必要的情況下,可以接入信號(hào)放大器。特高頻局放檢測(cè)儀連接示意圖5、傳感器放置部位部位及要求GIS內(nèi)部局部放電產(chǎn)生的特高頻信號(hào)在GIS腔體內(nèi)以橫向電磁波方式傳播,只有在GIS殼的金屬非連續(xù)部位才能泄漏出來(lái)。在GIS上只有無(wú)金屬法蘭的絕緣子、觀(guān)察窗、接地開(kāi)關(guān)的外露絕緣件、內(nèi)置式CT、PT二次接線(xiàn)盒等部位才能測(cè)量到信號(hào),特高頻傳感器需安置在這些部位;傳感器應(yīng)與盆式絕緣子緊密接觸,且應(yīng)放置于兩根禁錮盆式絕緣子螺栓的中間,以減少螺栓對(duì)內(nèi)部電磁波的屏蔽及傳感器與螺栓產(chǎn)生的外部靜電干擾;在測(cè)量時(shí)應(yīng)盡可能保證傳感器與盆式絕緣子的接觸,不要因?yàn)閭鞲衅饕苿?dòng)引起的信號(hào)而干擾正確判斷;

6、特高頻局部放電檢測(cè)操作流程在采用特高頻法檢測(cè)局部放電時(shí),典型的操作流程如下:1)設(shè)備連接:按照設(shè)備接線(xiàn)圖連接測(cè)試儀各部件,將傳感器固定在盆式絕緣子上,將檢測(cè)儀主機(jī)及傳感器正確接地,電腦、檢測(cè)儀主機(jī)連接電源,開(kāi)機(jī)。2)工況檢查:開(kāi)機(jī)后,運(yùn)行檢測(cè)軟件,檢查主機(jī)與電腦通信狀況、同步狀態(tài)、相位偏移等參數(shù);進(jìn)行系統(tǒng)自檢,確認(rèn)各檢測(cè)通道工作正常。3)設(shè)置檢測(cè)參數(shù):設(shè)置變電站名稱(chēng)、檢測(cè)位置并做好標(biāo)注。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)噪聲水平設(shè)定各通道信號(hào)檢測(cè)閾值。4)信號(hào)檢測(cè):打開(kāi)連接傳感器的檢測(cè)通道,觀(guān)察檢測(cè)到的信號(hào)。如果發(fā)現(xiàn)信號(hào)無(wú)異常,保存少量數(shù)據(jù),退出并改變檢測(cè)位置繼續(xù)下一點(diǎn)檢測(cè);如果發(fā)現(xiàn)信號(hào)異常,則延長(zhǎng)檢測(cè)時(shí)間并記錄多組數(shù)據(jù),進(jìn)入異常診斷流程。必要的情況下,可以接入信號(hào)放大器。7、常見(jiàn)注意事項(xiàng)1、在檢測(cè)過(guò)程中,必須保證電源零線(xiàn)火線(xiàn)的正確性。通常要求插座為左側(cè)零線(xiàn),右側(cè)火線(xiàn);2、使用內(nèi)同步時(shí),必須要從現(xiàn)場(chǎng)檢修電源箱或室內(nèi)墻上插座去電,不能使用逆變電源或發(fā)電機(jī)供電;3、對(duì)每個(gè)GIS間隔進(jìn)行檢測(cè)時(shí),在無(wú)異常局放信號(hào)的情況下只需存儲(chǔ)斷路器倉(cāng)盆式絕緣子的三維信號(hào),其它盆式絕緣子必須檢測(cè)但可不用存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。在檢測(cè)到異常信號(hào)時(shí),必須對(duì)該間隔每個(gè)絕緣盆子進(jìn)行檢測(cè)并存儲(chǔ)相應(yīng)的數(shù)據(jù);4、在開(kāi)始檢測(cè)時(shí),不需要加裝放大器進(jìn)行測(cè)量。若發(fā)現(xiàn)有微弱的異常信號(hào)時(shí),可接入放大器將信號(hào)放大以方便判斷。5、絕緣缺陷并非一定導(dǎo)致局部放電或持續(xù)的局部放電。局部放電經(jīng)常是斷續(xù)發(fā)生的。投運(yùn)前和檢修后的GIS交接試驗(yàn)中進(jìn)行局部放電帶電檢測(cè)時(shí),建議用橡膠錘敲擊GIS殼體,激發(fā)懸浮電位局部放電以增加檢測(cè)的有效性。6、局部放電類(lèi)型識(shí)別的準(zhǔn)確程度取決于經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)的不斷積累,檢測(cè)結(jié)果和檢修結(jié)果確定以后,應(yīng)保留波形和譜圖數(shù)據(jù),作為今后局部放電類(lèi)型識(shí)別的依據(jù)。識(shí)別并排除干擾對(duì)放電類(lèi)型進(jìn)行識(shí)別對(duì)放電源進(jìn)行定位對(duì)放電信號(hào)危險(xiǎn)性評(píng)估,制定檢修策略四、數(shù)據(jù)、圖譜的分析與診斷1、識(shí)別并排除干擾的方法1)排除法:在開(kāi)始測(cè)試前,盡可能排除干擾源的存在,比如關(guān)閉熒光燈和關(guān)閉手機(jī),檢查周?chē)袩o(wú)懸浮放電的金屬部件;2)屏蔽帶法抗干擾;3)信號(hào)識(shí)別抗干擾:現(xiàn)場(chǎng)最常見(jiàn)的干擾信號(hào)雷達(dá)噪聲,移動(dòng)電話(huà)噪聲,熒光噪聲和馬達(dá)噪聲。下面簡(jiǎn)明列舉了上述幾種信號(hào)的典型譜圖類(lèi)型PRPS譜圖峰值檢測(cè)譜圖PRPD譜圖熒光干擾干擾信號(hào)幅值較分散,一般情況下工頻相關(guān)性弱。類(lèi)型PRPS譜圖峰值檢測(cè)譜圖PRPD譜圖移動(dòng)電話(huà)干擾干擾信號(hào)工頻相關(guān)性弱,有特定的重復(fù)頻率,幅值有規(guī)律變化。類(lèi)型PRPS譜圖峰值檢測(cè)譜圖PRPD譜圖馬達(dá)干擾干擾信號(hào)無(wú)工頻相關(guān)性,幅值分布較為分散,重復(fù)率低。類(lèi)型PRPS譜圖峰值檢測(cè)譜圖PRPD譜圖雷達(dá)干擾干擾信號(hào)有規(guī)律重復(fù)產(chǎn)生但無(wú)工頻相關(guān)性,幅值有規(guī)律變化。4)背景測(cè)量抗干擾背景傳感器設(shè)備傳感器

測(cè)量設(shè)備定位測(cè)量抗干擾-平面分法P傳感器A’’傳感器B’傳感器B傳感器A’傳感器AP’6)利檢測(cè)頻段選擇和濾波抗干擾:針對(duì)固定存在信號(hào)較強(qiáng)的干擾,可通過(guò)頻譜儀分析干擾存在的頻段,使用濾波器將其過(guò)濾掉達(dá)到抗干擾目的2、放電類(lèi)型識(shí)別

排除掉干擾,確定為內(nèi)部放電后,需要對(duì)放電類(lèi)型進(jìn)行識(shí)別。GIS內(nèi)部放電主要有4類(lèi):電暈放電,空穴放電和懸浮電位放電,自由金屬顆粒放電,以及絕緣沿面放電。下面簡(jiǎn)明列舉了上述幾種信號(hào)的典型譜圖,包括各類(lèi)信號(hào)的PRPS圖譜、PRPD圖譜和峰值檢測(cè)圖譜類(lèi)型PRPS譜圖峰值檢測(cè)譜圖PRPD譜圖電暈放電放電的極性效應(yīng)非常明顯,通常在工頻相位的負(fù)半周或正半周出現(xiàn),放電信號(hào)強(qiáng)度較弱且相位分布較寬,放電次數(shù)較多。但較高電壓等級(jí)下另一個(gè)半周也可能出現(xiàn)放電信號(hào),幅值更高且相位分布較窄,放電次數(shù)較少。類(lèi)型PRPS譜圖峰值檢測(cè)譜圖PRPD譜圖懸浮電位放電放電信號(hào)通常在工頻相位的正、負(fù)半周均會(huì)出現(xiàn),且具有一定對(duì)稱(chēng)性,放電信號(hào)幅值很大且相鄰放電信號(hào)時(shí)間間隔基本一致,放電次數(shù)少,放電重復(fù)率較低。PRPS譜圖具有“內(nèi)八字”或“外八字”分布特征。類(lèi)型PRPS譜圖峰值檢測(cè)譜圖PRPD譜圖空穴放電放電信號(hào)通常在工頻相位的正、負(fù)半周均會(huì)出現(xiàn),且具有一定對(duì)稱(chēng)性,放電幅值較分散,放電次數(shù)較少。類(lèi)型PRPS譜圖峰值檢測(cè)譜圖PRPD譜圖自由金屬顆粒放電局放信號(hào)極性效應(yīng)不明顯,任意相位上均有分布,放電次數(shù)少,放電幅值無(wú)明顯規(guī)律,放電信號(hào)時(shí)間間隔不穩(wěn)定。提高電壓等級(jí)放電幅值增大但放電間隔降低。

3、放電源定位幅值定位,依靠各個(gè)檢測(cè)部位檢測(cè)信號(hào)大小定位,是最常用定位方法,但只能大概確定某一氣室或區(qū)域,且有時(shí)幾個(gè)檢測(cè)部位信號(hào)幅值差別很小無(wú)法判斷,甚至某些情況會(huì)出現(xiàn)離信號(hào)遠(yuǎn)的部位幅值比離信號(hào)源近的部位還要大。時(shí)差定位,通過(guò)可分辨納秒高速示波器比較兩個(gè)檢測(cè)部位檢測(cè)信號(hào)的時(shí)間差來(lái)對(duì)信號(hào)進(jìn)行定位,如分辨率能達(dá)到1納秒,則定位精度可達(dá)30cm,定位可靠,需要好的儀器及經(jīng)驗(yàn)xL-xS1,t1S2,t2L2x

ct

t2

t1

Lct

2x

時(shí)差定位原理

L優(yōu)點(diǎn):原理簡(jiǎn)單、運(yùn)用方便、定位較為準(zhǔn)確。缺點(diǎn):信號(hào)的時(shí)差在ns量級(jí),因此不僅需要測(cè)量設(shè)備具有很高的采樣率和頻寬,還要求被測(cè)信號(hào)的起始脈沖清晰,以讀取信號(hào)的起始時(shí)間。4、信號(hào)危險(xiǎn)性評(píng)估及檢修策略

當(dāng)前無(wú)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)依據(jù),特高頻無(wú)法簡(jiǎn)單通過(guò)信號(hào)大小來(lái)判斷危害性。根據(jù)信號(hào)幅值、放電源位置、放電類(lèi)型初步評(píng)估危害性,觀(guān)察信號(hào)變化趨勢(shì),并可采取其它手段輔助分析。從檢修結(jié)果到指導(dǎo)檢修策略目前仍有較大鴻溝;在局部放電帶電檢測(cè)中,如果檢測(cè)到放電信號(hào),同時(shí)定位結(jié)果位于重要設(shè)備如斷路器、電壓互感器、隔離開(kāi)關(guān)、接地刀閘或盆式絕緣子處,則應(yīng)盡快安排停電檢修。如果放電源位于非關(guān)鍵部位,則應(yīng)縮短檢測(cè)周期,關(guān)注放電信號(hào)的強(qiáng)度和放電模式的變化。檢測(cè)到信號(hào)為絕緣內(nèi)部放電或絕緣表面放電,則應(yīng)盡快安排停電檢修,刀閘屏蔽罩懸浮放電可通過(guò)操作后觀(guān)察信號(hào)趨勢(shì)來(lái)決定是否檢修;細(xì)小的尖刺放電可通過(guò)跟蹤檢測(cè),關(guān)注信號(hào)強(qiáng)度變化來(lái)決定是否檢修5、異常局放信號(hào)診斷注意事項(xiàng)

當(dāng)在空氣中也能檢測(cè)到異常信號(hào)時(shí),首先要觀(guān)察分析壞境中可能的干擾源。能去除的應(yīng)先去除干擾后在進(jìn)行檢測(cè)、分析;當(dāng)傳感器放置于盆式絕緣子后檢測(cè)出異常信號(hào),此時(shí)拿開(kāi)傳感器再查看在空氣中檢測(cè)到的圖譜是否與置于盆式絕緣子上檢測(cè)到的圖譜是否一致。若一致并且信號(hào)更大,則基本可判斷為外部干擾;若不一樣或變小,則需進(jìn)一步檢測(cè)判斷;當(dāng)該間隔檢測(cè)出異常信號(hào)時(shí),可檢測(cè)該間隔相鄰間隔的信號(hào)??词欠褚泊嬖谙嘟漠惓P盘?hào),若沒(méi)有異常信號(hào)存在,則該間隔的異常信號(hào)可能為內(nèi)部信號(hào);檢測(cè)出異常信號(hào)時(shí),查看人工智能分析軟件給出的結(jié)論是否為放電,但不能完全依賴(lài)軟件自動(dòng)分析結(jié)果;當(dāng)檢測(cè)出異常信號(hào)時(shí),必要時(shí)可使用工具把傳感器綁置于盆式絕緣子處進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間檢測(cè)。時(shí)間至少長(zhǎng)于

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