利用均壓彈簧為探測器的gis局部放電監測裝置及方法
2023-09-22 13:33:35
專利名稱：利用均壓彈簧為探測器的gis局部放電監測裝置及方法
技術領域：
本發明屬於電氣設備絕緣監測技術領域，特別涉及ー種利用均壓彈簧為探測器的GIS局部放電監測裝置及方法。
背景技術：
迄今為止，國內外用於GIS局部放電監測的方法有很多。主要分為電測法和非電測法兩大類，電測法主要包括脈衝電流法和超高頻法，非電測法主要包括聲波測試法、化學測試法、光學測試法。其中電測法的脈衝電流法主要應用於GIS出廠測試及實驗室測試環境中，不適合在線式現場應用；超高頻法是在線式局放測試的主要測試方法，目前包括內置 式傳感器及外置式傳感器方式。非電測法的聲測法是超聲帯電測試的方式，主要是帶電測試為主，不適合在線式測量；光測法是指X射線成像法，但是被SF6氣體和玻璃的強烈吸收，測試不能精確的定位，所以不能應用於在線監測，但是對於已知的缺陷測試比較合適；化學監測法是指用通過分析GIS中局放所引起的氣體生成物的含量來確定絕緣裂化的程度，在此過程中，使用各種化學試劑和斷路器的開合時候電弧的對分析結果較大，也不能作為長期的在線監測方法。對適合在線監測的超高頻方式兩種提取信號的方式，外置傳感器式和內置傳感器式，也都有各自的優缺點外置式傳感器安裝比較方便，無論是已經掛網運行的還是出廠新GIS都能方便的安裝，缺點是信號通過盆式絕緣子的透射衰減較大，對信號的靈敏度耦合能力業界存在質疑，另外空氣中的各種高頻電磁波的幹擾較大，對於帶有金屬外殼的盆式絕緣子則沒有辦法安裝；內置式傳感器的方式主要是通過在新設計GIS時，就留出傳感器的安裝位置，優點是耦合局放信號的靈敏度較高，缺點是必須是新出廠的GIS設備才能安裝，對已經運行的則無法安裝，另外內置式傳感器在一定程度上影響GIS本身的絕緣程度。
發明內容
為了克服上述現有測量技術上的不足，本發明的目的在於提供ー種利用均壓彈簧為探測器的GIS局部放電監測裝置及方法，利用大多數GIS盆式絕緣子中的均壓彈簧作為信號提取的傳感器，再加上特殊的硬體處理和軟體處理過程，實現對GIS局放在線監測，本發明的優點為直接利用彈簧測試，不會對GIS產生任何影響，而且能利用多個彈簧同時測試達到故障定位的效果，根據均壓彈簧本身特性，其頻帶覆蓋到HF、VHF、UHF各個頻段，測試選擇比較多，根據現場幹擾情況隨時調節測試頻帶範圍，具有在不影響一次設備運行的情況下，達到了在線式監測局放的目的。為了實現上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的ー種利用均壓彈簧為探測器的GIS局部放電監測裝置，包括內置於GIS盆式絕緣子15內的均壓彈簧1，均壓彈簧I的一端與信號傳輸線2連接，另一端保持開路狀態，信號傳輸線2的另一端連接保護單元3的信號輸入口 ；保護單元3的另ー輸入口用高頻電纜11連接內置傳感器10信號輸出接ロ，保護單元3的輸出ロ通過同軸電纜線4連接到調理單元5的輸入口 ；調理單元5的輸入口通過信號線6連接採集單元7的輸入口，採集單元7的輸出口通過數據線8連接到測試主機9的輸入口，從測試主機9的輸出口連出的控制I/O線12連接到採集單元7和調理單元5的控制端ロ。一種基於上述裝置的GIS局部放電監測方法，包括以下步驟第一，將GIS設備17 —端用絕緣密封蓋18密封住，另一端透過絕緣密封蓋18在母線導體16上加高壓，在GIS設備17封閉的內部充有FS6氣體13，其中盆式絕緣子15內部的均壓彈簧I距離絕緣缺陷14為I米，內置傳感器10距離絕緣缺陷14為I米；第二，內置傳感器10通過高頻電纜11連接到GIS局放檢測設備保護単元3的信號輸入ロ，同時把均壓彈簧I的一端開路，另一端通過信號傳輸線2連接到GIS局放檢測設備保護単元3的另ー個信號輸入口，選用的GIS局放檢測設備必須有雙通道同時採集的能力； 第三，打開GIS局放檢測設備的測試主機9內的系統軟體，啟動主程序中的單周期採集程序，並且兩個通道信號在時域上顯示原始波形，以便對比兩個通道的放電信號的時域脈衝波形；第四，給GIS設備17內的母線導體16上加高壓，使缺陷14處產生明顯的放電信號，啟動測試主機9內的單周期採集命令，使採集時間為20ms，採樣率為lOOMS/s，得到單周期20ms內的時域波形，再次單周期採集，在時間軸上選擇放電幅值最大的脈衝，在時間軸上拉開，使兩路信號在選擇時間長度上一致，以便清楚對比在同一個時間點上放電脈衝的幅值大小，脈衝幅值越大表示對放電耦合能力越強，通過兩個通道在時域上的兩脈衝的時間差，通過軟體計算，可以初步起到定位作用，即確定測試點距離放電源位置的遠近；第五，啟動主程序中的50エ頻周期測試程序，使兩個通道分別完成50個エ頻周期採集與分析，得到各自最終測量的放電譜圖，對比兩個通道的放電譜圖，來進ー步驗證均壓彈簧I和內置傳感器10分別所耦合的放電信號的連續性、有效性及準確性。由於本發明採用GIS設備中盆式絕緣內的自帶均壓彈簧I作為局放信號的傳感器使用，所以要對彈簧本身的性能做性能分析，查看彈簧是否符合，局放探測器的幾個重要參數要求頻帶要求，駐波比要求，輻射方向要求，帶內增益要求，輸入阻抗要求等。根據彈簧尺寸、形狀及應用的環境，用專業的天線仿真軟體HFSS做仿真結果所示彈簧頻帶500MHz到I. 5GMHz，如圖2所示，帶內駐波比Z〈3如圖2所示，輻射方向垂直於彈簧繞線方向如圖4所示，帶內增益_3dB如圖3所示，帶內輸入阻抗為150歐，證明均壓彈簧作為局放探測器是可以耦合到局放信號，但是需要加匹配阻抗轉換器，本發明匹配轉換器含在保護單元3中。
圖I為本發明系統結構圖。圖2為本發明方法彈簧仿真的駐波比圖。圖3為本發明方法彈簧仿真的増益圖。圖4為本發明方法在彈簧仿真的輻射方向圖。圖5為本發明測試方法實驗室測試驗證過程結構圖。圖6為本發明內置傳感器通道信號和均壓彈簧通道信號對比示意圖。圖7為本發明同一個時間點內置傳感器通道信號和均壓彈簧通道信號對比示意圖。圖8為內置傳感器測試統計譜圖。圖9為均壓彈簧測試得出的統計譜圖。圖10為系統軟體結構組成結構關係圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明作進ー步詳細說明。參見圖1、2，ー種GIS局部放電在線監測方法，是利用GIS中盆式絕緣子內的均壓彈簧作為局放探測器使用，測試局放信號，並與內置傳感器做個比較，驗證這種方法的可行性。另外在現場測試時，遇到對局放源不確定的情況下，也可用此方法測試進行驗證，並且與內置傳感器做對比分析，進ー步驗證GIS內部是否存在缺陷，並進一步確認缺陷的程度。具體驗證過程包括以下步驟實驗室驗證過程ー種利用GIS中盆式絕緣子中的彈簧作為局放探測器與GIS內置傳感器的對比測試確定GIS內部故障的方法，實驗中的GIS局放檢測設備是由保護單元3、調理單元5、採集単元7、測試主機9及各個模塊的信號連接線組成，具體參照圖1，ー種利用均壓彈簧為探測器的GIS局部放電監測裝置，包括內置於GIS盆式絕緣子15內的均壓彈簧I，均壓彈簧I的一端與信號傳輸線2連接，另一端保持開路狀態，信號傳輸線2的另一端連接保護單元3的信號輸入口 ；保護單元3的另ー輸入口用高頻電纜11連接內置傳感器10信號輸出接ロ，保護單元3的輸出ロ通過同軸電纜線4連接到調理單元5的輸入口 ；調理單元5的輸入口通過信號線6連接採集單元7的輸入口，採集單元7的輸出ロ通過數據線8連接到測試主機9的輸入ロ，從測試主機9的輸出ロ連出的控制I/O線12到採集單元7和調理單元5控制端ロ。如圖5、圖10所示，一種基於上述裝置的GIS局部放電監測方法，包括以下步驟第一，將GIS設備17 —端用絕緣密封蓋18密封住，另一端透過絕緣密封蓋18在母線導體16上加高壓，在GIS設備17封閉的內部充有FS6氣體13，其中盆式絕緣子15內部的均壓彈簧I距離絕緣缺陷14為I米，內置傳感器10距離絕緣缺陷14為I米；第二，內置傳感器10通過高頻電纜11連接到GIS局放檢測設備保護単元3的信號輸入ロ，如圖5所示，同時把均壓彈簧I的一端開路，另一端通過信號傳輸線2連接到GIS局放檢測設備保護単元3的另ー個信號輸入口，選用的GIS局放檢測設備必須有雙通道同時米集的能力；
第三，如圖6所示，打開GIS局放檢測設備的測試主機9內的系統軟體，啟動主程序中單周期採集程序，並且兩個通道信號在時域上顯示原始波形，以便對比兩個通道的放電信號的時域脈衝波形。第四，給GIS設備17內的母線導體16上加高壓，使絕緣缺陷14處產生明顯的放電信號，啟動測試主機9內的單周期採集命令，使採集時間為20ms，採樣率為lOOMS/s，得到單周期20ms內的時域波形，如圖6所示，方便對比兩個通道在一個エ頻周期內的放電脈衝幅值大小，從圖6上可以清楚看到內置傳感器信號幅值為IOmV左右，而均壓彈簧通道信號為35mV左右。再次單周期採集，在時間軸上選擇放電幅值最大的脈衝，在時間軸上拉開，使兩路信號在選擇時間長度上一致，以便清楚對比在同一個時間點上放電脈衝的幅值大小，從圖7上可以清楚看到內置傳感器信號幅值為20mV左右，而均壓彈簧通道信號為IlOmV左右。脈衝幅值越大表示對放電耦合能力越強，以此說明本發明的測試方法比內置傳感器對放電信號耦合能力強，而且通過兩個通道在時域上的兩脈衝的時間差，通過軟體計算，可以初歩起到定位作用，即確定測試點距離放電源位置的遠近。第五，啟動主程序中的50エ頻周期測試程序，使兩個通道分別完成50個エ頻周期採集與分析，得到各自最終測量的放電譜圖，圖8為內置傳感器測試統計譜圖，圖9為均壓彈簧測試得出的統計譜圖，對比兩個通道的放電譜圖，來進ー步驗證均壓彈簧I和內置傳感器10分別所耦合的放電信號的連續性、有效性及準確性。本發明測試結果表明從單周期數據來看，本發明能有效的耦合到放電脈衝，且幅值大於內置傳感器耦合到的放電脈衝幅值，說明利用均壓彈簧作為局放探測器性能好於內置傳感器性能，是可以加以應用。從兩路信號的統計放電譜圖來看，均壓彈簧為探測器通道放電量10. lpC，放電次數161次，放電相位集中在-340°到60。之間及160。到220。放電 集中度在整個エ頻相位非常明顯；內置傳感器通道的放電譜圖，放電幅值11. 3，放電次數175，放電相位集中在100°到160。之間和270°到340。之間，放電集中度在整個エ頻相位非常明顯，對比兩路放電信號的統計譜圖可以看出，都能對信號有效的耦合，能準確的描繪出放電統計量。圖中1為均壓彈簧；2為信號傳輸線；3為保護単元；4為同軸電纜線；5為調理單元；6為信號線；7為採集單元；8為數據線；9為測試主機；10為內置傳感器；11為高頻電纜；12為控制I/O線；13為FS6氣體；14為缺陷；15為盆式絕緣子；16為母線導體；17為GIS設備；18為絕緣密封蓋。
權利要求
1.ー種利用均壓彈簧為探測器的GIS局部放電監測裝置，其特徵在於，包括內置於GIS盆式絕緣子(15)內的均壓彈簧(I )，均壓彈簧(I)的一端與信號傳輸線(2)連接，另一端保持開路狀態，信號傳輸線(2)的另一端連接保護單元(3)的信號輸入口 ；保護單元(3)的另ー輸入口用高頻電纜(11)連接內置傳感器(10)信號輸出接ロ，保護單元(3)的輸出口通過同軸電纜線(4)連接到調理單元(5)的輸入口 ；調理單元(5)的輸入口通過信號線(6)連接採集單元(7 )的輸入ロ，採集單元(7 )的輸出口通過數據線(8 )連接到測試主機(9 )的輸入ロ，從測試主機(9)的輸出ロ連出的控制I/O線(12)連接到採集單元(7)和調理單元(5)的控制端ロ。
2.ー種基於權利要求I所述裝置的GIS局部放電監測方法，包括以下步驟 第一，將GIS設備(17) —端用絕緣密封蓋(18)密封住，另一端透過絕緣密封蓋(18)在母線導體(16)上加高壓，在GIS設備(17)封閉的內部充有FS6氣體(13)，其中盆式絕緣子(15)內部的均壓彈簧(I)距離絕緣缺陷(14)為I米，內置傳感器(10)距離絕緣缺陷(14)為I米； 第二，內置傳感器(10)通過高頻電纜(11)連接到GIS局放檢測設備保護単元(3)的信號輸入口，同時把均壓彈簧I的一端開路，另一端通過信號傳輸線(2)連接到GIS局放檢測設備保護單元(3)的另ー個信號輸入口，選用的GIS局放檢測設備必須有雙通道同時採集的能力； 第三，打開GIS局放檢測設備的測試主機9內的系統軟體，啟動主程序中的單周期採集程序，並且兩個通道信號在時域上顯示原始波形，以便對比兩個通道的放電信號的時域脈衝波形； 第四，給實驗GIS設備(17)內的母線導體(16)上加高壓，使缺陷(14)處產生明顯的放電信號，啟動測試主機(9)內的單周期採集命令，使採集時間為20ms，採樣率為lOOMS/s，得到單周期20ms內的時域波形，再次單周期採集，在時間軸上選擇放電幅值最大的脈衝，在時間軸上拉開，使兩路信號在選擇時間長度上一致，以便清楚對比在同一個時間點上放電脈衝的幅值大小，脈衝幅值越大表示對放電耦合能力越強，通過兩個通道在時域上的兩脈衝的時間差，通過軟體計算，可以初步起到定位作用，即確定測試點距離放電源位置的遠近； 第五，啟動主程序中的50エ頻周期測試程序，使兩個通道分別完成50個エ頻周期採集與分析，得到各自最終測量的放電譜圖，對比兩個通道的放電譜圖，來進ー步驗證均壓彈簧(I)和內置傳感器(10)分別所耦合的放電信號的連續性、有效性及準確性。
全文摘要
利用均壓彈簧為探測器的GIS局部放電監測裝置及方法，利用大多數GIS盆式絕緣子中的均壓彈簧作為信號提取的傳感器，再加上硬體處理和軟體處理過程，實現對GIS局放在線監測，本發明的優點為直接利用彈簧測試，不會對GIS產生任何影響，而且能利用多個彈簧同時測試達到故障定位的效果。根據均壓彈簧本身特性，其頻帶覆蓋到HF、VHF、UHF各個頻段，測試選擇比較多，根據現場幹擾情況隨時調節測試頻帶範圍，具有在不影響一次設備運行的情況下，並能達到了在線式監測局放電目的。
文檔編號G01R31/12GK102866329SQ201210323620
公開日2013年1月9日 申請日期2012年9月5日 優先權日2012年9月5日
發明者李高峰, 張旭, 王長安 申請人:西安博源電氣有限公司