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1、华北电力大学本科毕业设计 论文 I 摘 要 随着社会经济的不断发展 现代电力工业建设突飞猛进 具有体积小 可靠 性高 负荷量大等优点的 GIS 在城市电网中得到广泛应用 然而 因局放而导 致的 GIS 故障 对整个电力系统的稳定带来了极大的挑战 因此 探讨 GIS 的 局放测量技术具有重要的理论与实际意义 本文简要介绍了几种主要的局放测量技术 深入研究了暂态地电波 TEV 技术 并基于该技术设计制作了 GIS 局放测量传感器 通过对改造前后的传感 器分别进行性能测试 进一步研究了 TEV 技术在 GIS 的局放测量中的应用 通过现场检测表明 该传感器可以在 GIS 系统不存在介质窗 如外露的盆
2、 式绝缘子或其它观察口等 的情况有效地测量其中的放电 具有较高的灵敏度与 较宽的测试频带 具有较好的应用前景 关键词 暂态地电波 GIS 局放 传感器 局放测量 华北电力大学本科毕业设计 论文 II Abstract With the development of the social economy and the modern power industry construction develop rapidly more and more GIS which has small volume high reliability and high load widely used in th
3、e urban power grid Although the GIS faults because of partial discharge which take great challenge into the whole power system stability Therefore it has significant theoretical and practical significance to discuss the partial discharge measurement technology of GIS In this paper the several main p
4、artial discharge measurement technologies were briefly introduced the transient earth voltage technology was further studied and the GIS partial discharge measuring sensor which is on basis of TEV was designed and made The performance test was made respectively by means of the improved and pre impro
5、ved sensor the applications of TEV technology in GIS partial discharge measurement were further studied Through the filed test it was indicated that the sensor should measure the discharge in the GIS system without the case of dielectric windows for instance explored disc insulator or else observati
6、on ports which possesses the high sensitivity and a relatively wide test frequency and better application prospect Keywords transient earth voltage GIS partial discharge sensor partial discharge measurement 华北电力大学本科毕业设计 论文 III 目 录 摘 要 I Abstract II 第 1 章 引言 1 1 1 课题背景及意义 1 1 2 国内外现状及发展趋势 1 1 3 论文的主要
7、工作 2 第 2 章 基于 TEV 的局放测量设计方案 4 2 1 GIS 局放测量技术简介 4 2 2 暂态地电波 TEV 技术的基本理论 5 2 2 1 暂态地电波 TEV 的基本概念 5 2 2 2 TEV 技术的基本原理 5 2 2 3 TEV 技术的特点 6 2 3 设计方案 6 2 3 1 传感器设计方案 6 2 3 2 传感器性能试验的设计方案 8 2 3 3 TEV 传感器在 GIS 上的应用设计方案 9 2 4 本章小结 9 第 3 章 基于 TEV 技术的传感器性能试验 10 3 1 基于正弦信号的传感器性能试验 10 3 1 1 测试步骤 10 3 1 2 测试的主要技术
8、 11 3 1 3 数据与分析 13 3 1 4 灵敏度测试 17 3 2 基于脉冲信号的传感器性能试验 18 3 3 本章小结 24 华北电力大学本科毕业设计 论文 IV 第 4 章 TEV 传感器在 GIS 上的应用 25 4 1 基本原理 25 4 2 测试方法及步骤 25 4 3 测试结果与分析 27 4 3 1 正弦信号的测试结果与分析 27 4 3 2 脉冲信号的测试结果与分析 33 4 4 本章小结 35 第 5 章 总结与展望 36 5 1 总结 36 5 2 展望 36 参考文献 37 致 谢 39 华北电力大学本科毕业设计 论文 1 第 1 章 引言 1 1 课题背景及意义
9、 随着社会经济的不断发展 现代电力工业建设突飞猛进 为保障电力系统的 稳定性 可靠性 对电力设备的安全程度提出了更高的要求 同时 随着城市用 电负荷的大幅提高 为满足经济社会发展 电网需要适当超前发展 但城市用地 却日益紧张 鉴于土地等资源的约束 具有体积小 可靠性高 负荷量大等优点 的电力设备在电力系统得到广泛地应用 以 SF6作为绝缘介质的气体绝缘金属封闭开关设备 GIS 也称全封闭式组 合电器和气体绝缘变电站 与常规敞开式户外变电站相比具有结构紧凑 整个装 置的占地面积大为缩小 且不受外界环境的影响 运行可靠性高 检修周期长等 优点 因此 GIS 在城市电网中得到广泛应用 由此而知 GI
10、S 的安全运行对整 个电力系统的稳定有着至关重要的影响 一旦发生故障 必将引起所辖局部地区 乃至全部地区停电 然而 由于它是大型的封闭式组合结构系统 停电检修时除 需要投入大量的人力物力外 还需要较长的维修时间 必将给国民经济造成重大 的损失 因此 在 GIS 发生故障之前 在线检测并判断它的内部缺陷状况尤为 重要 局部放电是 GIS 发生故障的主要征兆 检测局部放电是对 GIS 设备进行 评估的有效途径 也是实现 GIS 状态检修的关键技术之一 其中 通过在线测 量 GIS 内因局部放电致使其金属壳体上产生的暂态地电波 Transient Earth Voltages 简称 TEV 检测判断
11、设备内部是否存在绝缘故障 即所谓的 TEV 测 量法是一种新的局放测量技术 TEV 测量法对封闭式高压开关设备进行局放在线监测 改变了传统的测试 方法 可大大提高发现设备绝缘缺陷的几率 以便及时消除设备缺陷和隐患 同 时结合设备巡视进行局放监测 还可增加巡视有效性 为最终实现长周期巡视提 供技术支持 并为今后设备状态检修提供了依据 而且成本低 具有较高灵敏度 适合在线监测 具有广泛的应用前景 1 2 国内外现状及发展趋势 随着经济的发展 社会对供电可靠性的要求越来越高 人们对 GIS 中存在 的局部放电而最终导致绝缘击穿的现象越来越予以重视 因而对局部放电的发生 过程 破坏绝缘体的机理以及局部
12、放电的测量技术进行了广泛的研究 1 目前 国际上评估 GIS 内部状态的方法主要通过局部放电的检测得以实现 2 3 国外在 70 年代开始 GIS 状态检测的研究并取得了一些成果 日本三菱公司在 97 国际电 力设备及技术展览会上展出了 GIS 检测设备包括局部放电检测设备等约十项内 华北电力大学本科毕业设计 论文 2 容的装置 其设备价格不超过 GIS 本身的十分之一 成本大大降低且效率有很 大提升 近年来基于现代控制保护设备和新型传感器的新技术不断应用到 GIS 的状态监测中 国外公司相继推出了一些 GIS 状态检测的示范性产品 高压领 域典型的有日本东芝的 CCIS 和 ABB 公司的
13、EXK 型智能化检测设备 其中日本 东芝公司的 GIS 状态检测系统构成最为典型 4 6 目前国内运行的变电站电气设备在线监测装置大体可分为集中式微机在线 检测系统和分散式在线检测系统两大类 6 7 前者是将被测信号通过电缆引入设 在中央控制室的微机在线检测屏进行集中监测 并迅速完成对检测数据的处理和 分析 后者则是利用专用的测试仪器 从固定安装在电气设备附近的专用传感器 上取得信号就地进行测量 目前对 GIS 的状态检测系统的研究中已有的研究成 果 多数采用常规脉冲电流法 8 特高频 UHF 法 9 超声波法 10 等 常规脉冲 电流法可以在很宽的频率范围内保持很好的传输特性 放电量可以标定
14、 但由于 GIS 采用多点接地 从而使每一根地线中通过的局放电流都很小 灵敏度很低 所以地线需穿过线圈 给现场使用带来了不便 采用超声波传感器接收局部放电 产生的振动信号 也能达到检测 GIS 内部局部放电的目的 11 在 20 世纪 80 年 代 UHF 开始在 GIS 设备的检测中逐步开始应用 12 其局部放电有效检测灵敏 度高 13 该技术的特点在于 检测频段高 可以有效地避开常规局部放电检测 中的电晕 开关操作等多种电气干扰 检测频带宽 所以检测灵敏度很高 而且 可以识别故障类型和进行定位 14 但是 现代的 GIS 系统中常常采用全屏蔽的 接头方式 UHF 信号不能通过屏蔽层传到外面
15、 此时只能通过测量该信号在 GIS 管道内部传播时在外部感应出来的暂态地电压升高来测量局放信号 15 16 基于 此 本文分析了 TEV 技术的原理 并制作与测试了实际的 TEV 传感器 从测试 结果来看 所制作的传感器有较高的灵敏度与较宽的测量频带 适用于现场 GIS 中的局放测量 1 3 论文的主要工作 论文的主要研究内容是基于 TEV 局放测量技术 设计并制作 GIS 局放测量 传感器 然后 使用信号发生器和示波器 对该传感器的性能和灵敏度进行测试 根据测试数据分析 对传感器加以改进 最后 应用该传感器对 GIS 的局放信 号进行测量并对测量结果进行记录和分析 主要内容包含以下几个方面
16、1 查找相关资料 学习局部放电特征和局放测量技术 2 查阅相关文献 学习 TEV 技术 研究基于暂态地电波的局放测量技术 3 查阅相关文献 了解局放传感器的基本原理 熟悉并掌握基于 TEV 技术 的 GIS 局放测量传感器 华北电力大学本科毕业设计 论文 3 4 查找相关资料 掌握传感器性能和灵敏度的测试方法 5 基于知识储备 设计并制作传感器 绘画出传感器的工作原理图及相关 图示 6 基于前期工作的准备 熟练掌握该传感器的使用方法 具备分析实验数 据的能力 7 查阅相关文献 学习局放传感器的改进方法 并能达到优化测量结果的 目的 华北电力大学本科毕业设计 论文 4 第 2 章 基于 TEV 的局放测量设计方案 2 1 GIS 局放测量技术简介 GIS 中的局部放电会在外壳上产生微弱的电流 使接地线上有高频放电脉冲 流过 局部放电还会使通道气体压力骤增 在 GIS 内部气体中产生纵波或超声 波 并在金属外壳上出现各种声波 局部放电还会导致 SF6气体分解或发光 这 些物理和化学变化特征 都可作为局部放电信号检测的对象 目前 国内外在线 检测 GIS 局部放电的主要方法有以下几种 17
