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1、北方民族大学学士学位论文论文题目: GIS 局部放电定位方法的研究 院(部)名 称: 电气信息工程学院 学 生 姓 名: 专 业: 电气工程及自动化 学 号: 20060262 指导教师姓名: 论文提交时间: 2010 年 5 月 21 日 论文答辩时间: 2010 年 5 月 29 日 学位授予时间: 北方民族大学教务处制摘 要随着社会高速的发展，对电能质量的要求越来越高，同时对设备安全运行的要求也相应提高。GIS(气体绝缘封闭式组合电器)以其体积小，可靠性高等优点受到电力系统的欢迎。GIS 从设计的出发点、是设计成不需维护的设备，然而，一旦 GIS 发生故障，其修复时间将更长，对电力系统的
2、危害也更大。局部放电是 GIS 中绝缘老化的一个最为重要的因素，目前已使用的在现场检测有检测放电产生的光，超声波，电流，电磁波等等，由于方法本身的缺陷或者检测后的处理问题加上现场强烈的干扰，使得检测精度不高。针对这种情况，本文采用紧贴在绝缘支撑物表面安装的外部天线检测 GIS 中局部放电产生的电磁波信号。重点对利用两天线的时间差进行局放点定位展开研究。试验证实，利用时间差可对局部放电源进行较为精确的定位。文章首先介绍了局部放电危害以及目前的检测方法，接着介绍了检测系统的结构和试验方法，利用实验数据对放电点的定位，在比较的基础上得出最终论。关键词: 局部放电 , GIS(气体绝缘封闭式组合电器)
3、, 在线监测, 时延估计ABSTRACTHigher and higher quality electrical power supply is needed with the development of the society. So GIS has more and more applications in the power system due to its characteristics advantage,such as small volume,high quality,etc.Essentially,GIS is designed not to need maintenanc
4、e. However in case of an insulation breakdown,it takes a longer time for its restoration and the breakdown causes more serious damage to system operationAs is known to all.partial discharge is a symptom of an insulation breakdown occurring in GIS.So it is very important.At present,signals of light.s
5、upersonic wave.current and electromagnetic wave which are emitted from GIS can be utilized to determine whether PD occurs.however, The solve this problem,this paper proposes a noncontact detection method by using anatennas fitted closely on the outer circumference of the insulation space to receive
6、signals of electromagnetic wave emitted. We emphasizes particularly on the research of using the time delay bewteensignal from two antennas to locate the PD in GIS. Experiments proved that the time delay between the signals can be use to find correctly the location of defects in GIS.This paper :The
7、first part introduces basic knowledge such as PDs principle and detection methods used now . The second part introduces the system for detecting and our experiment.and the last part analyze the data to locate the defectsand gets the conclusion.Key words: PD GIS ,on-line monitor , time delay estimati
8、on.目目 录录第 1 章 绪论.1 1.1 简介 1 1. 2 GIS 局部放电在线监测综述.2 1.2.1 GIS 绝缘结构特 .2 1.2.2 局部放电的特点和信号传播特性.3 1.2.3 GIS 局部放电在线检测方法 5 1.3 GIS 在线监测的意义.8 1.4 本文主要工作 9 第 2 章 实验方法和干扰分析及抑制10 2.1 局部放电机理10 2.2 实验设备及原理图 10 2.2.1 微带贴片天线（MPA）设计与分析.10 2.2.2 实验方法11 2.3 干扰的分析与抑制13 2.3.1 干扰的主要来源13 2.3.2 抑制干扰的主要方法14 2.4 数字信号处理 .14 2
9、.4.1 小波变换去噪14 2.4.2 小波去噪基本原理15 2.4.3 利用小波变换原理提取局部放电脉冲信号15 2.5 本章结论 .15 第 3 章 时间差的计算与放电源的定位17 3.1 定位方法及步骤 17 3.2 时间差的计算 .18 3.2.1 互相关函数法18 3.2.2 互相关函数的改进单脉冲相应法.19 3.3 能量比法对时间差的计算 .21 3.3.1 平方积分法21 3.3.2 能量比法.22 3.4 两天线时间差法定位 .24 3.4.1 定位原理24 3.4.2 实验结论.26 3.5 本章小结 .27 第 4 章 MatLAB 仿真结果 .28 4.1 MatLAB
10、 仿真.28 4.2 本章结论 .30 第 5 章 结论与展望31 致 谢33 参考文献.34 附录 1：英文原文 .35 附录 4：中文译文 .43第 1 章 绪论1.1 简介123气体绝缘组合电器（Gas Insulated Substation,简称 GIS）即就是 SF6全封闭组合电器，是 70 年代初期出现的一种先进的高压电器配电装置。它是将变电站中除变电器外的电气设备，包括断路器、隔离开关、接地（快速）开关、电流互感器、电压互感器、避雷器、母线（三相或单相）连接管和过度元件（SF6电缆头、SF6空气套管、SF6油套管）等全部封闭在一个接地的金属外壳内，壳内充以 0.34MPa0.4
11、MPa 的 SF6气体作为绝缘和灭弧介质。它的绝缘介质具有优异的灭弧和绝缘性能。同时，SF6的化学性能稳定且无毒性。经过多年的实践，如今在高压、超高压及特高压领域，SF6气体几乎成为断路器和 GIS 的唯一绝缘和灭弧介质。因为与常规的电器相比，GIS 具有体积小、技术性能优良、占地面积小、基本不受外界气候因素的影响，无火灾危险、检修周期长、运行安全可靠等特点。自 20 世纪六十年代问世以来，GIS 迅速发展，在输变电系统中占据着重要的地位。因此 GIS 近年来在许多大型重要电站得到普遍应用。由全封闭组合电器组成的气体绝缘变电站与常规敞开式户外变电站相比有以下优点：（1） 占地面积和空间显著降低
12、，且随电压的增加而显著减少。（2） 不受外界环境条件（例如污染）的影响，运行安全可靠。（3） SF6断路器开断性能好，检修周期长。（4） 安装方便，GIS 一般都在工厂装配后以整体形式或分成若干部分运往现场，故可缩短现场安装工作量和工程建设周期。（5） SF6气体的耐压强度比空气高得多，而且它无臭，不易燃。尽管气体绝缘组合电器具有如此多的优点，且一般故障率只有常规设备的20%40%。但 GIS 也有其本身固有缺点，由于 GIS 是全封闭组合电力设备，所以一旦出现事故，造成的后果比分离式敞开设备严重的多，其故障修复相当的复杂，有时候需要两星期甚至更长的时间才能修复。还有因此而大面积的停电，常涉及
13、非故障元件。因此，GIS 的运行检测十分重要，不仅仅需要认真进行常规预防性试验，而且应该重点研究 GIS 的在线监测技术，及时发现各种可能的异常或故障预兆并进行处理。在我国目前在线监测技术并不是十分成熟，并且监测系统的研制费用高，风险大，周期长。GIS 绝缘早期故障的主要形式是局部放电，局部放电既是设备绝缘的劣化征兆，又是造成绝缘劣化的重要原因，因此监测局部放电能够有效的发现 GIS 内部绝缘缺陷，尤其是潜伏性和突发性故障。对局部放电进行有效的在线监测对于电力设备的安全稳定运行起到关紧性的意义。在比较低的工频电压下局放检测可以发现 GIS 的缺陷且不必使其发生破坏性放电，因此局部放电测量是 G
14、IS 现场试验中最常使用的方法之一。由于价格昂贵以及故障监测与诊断技术本身尚需完善提高当前虽有一些 GIS 局部放电监测诊断装置已投入运行，却远未推广，从而使此项研究开发工作仍在为热点。因此从电力系统的发展来看，对 GIS 进行在线检测的研究是十分必要的，这将有利于 GIS 电站的远程监控，实现其状态维修，是十分有意义的。1. 2 GIS 局部放电在线监测综述1.2.1 GIS 绝缘结构特3GIS 设备可分为户外型与户内型两大类，总体结构较为相似，采用 SF6气体或 SF6混合气体作为主绝缘。由于这种气体在制造过程中不可避免地存在水分和氧气等杂质，在开断电弧高温下 800K1000K 时就开始
15、分解出 SF4和 F，很容易发生一系列的化学反应而产生酸性有害物物质，容于侵蚀含硅的物质，因此在有电弧存在的 SF 电器的气室不能使用含硅的绝缘件，GIS 内输电母线用环氧盆式绝缘子作为支撑绝缘。GIS 有单相封闭式和三相封闭式两种不同结构，其中三相封闭式比单相封闭式的总体尺寸小、部件少、安装周期短，但是额定电压等级比较高时制造比较困难。所以通常只对 110KV 及以下的电压等级采用全三相封闭式结构，对 220KV 级除断路器以外的其他元件采用三相封闭式结构，对 330KV 及以上等级则一般采用单相封闭式结构。TVQSQSTAQQFQQSQSW W(b)(a) (b)（a）结构布线图 （b）主接线图图 1-11-1 GISGIS 的内部结构图的内部结构图 对于运行中的 GIS 绝缘件表面覆盖有 SF6电弧分解物，在气体中含水分很少时，这些分解物是绝缘的。因此设备在完成短路开断试验后，只要内部气体为受潮，一般都能忍受住产品规定的高压实验：如果在 SF6气体含水分较多时，受潮的固体分解物呈半导体特性，会使绝缘子表面的绝缘电阻下降，就可能引起局部放电，将会进一步劣化绝缘状态。SF6气体被电弧或放电分解后生成许多低氟化物，大多数在极短
