GIS局部放电 (1)

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1、,GIS局部放电,目 录,1.GIS的简介 2.GIS局部放电基本概念 3.GIS局部放电的检测原理与方法 4.GIS局部放电检测产品,1.GIS的简介 1.1 GIS的概念 1.2 GIS的特点 1.3 开展GIS局部放电检测的意义,1.1 GIS的概念,六氟化硫封闭式组合电器，国际上称为“气体绝缘开关设备”（Gas lnsulated Switchgear)简称GIS，它将一座变电站中除变压器以外的一次设备，包括断路器、隔离开关、接地开关、电压互感器、电流互感器、避雷器、母线、电缆终端、进出线套管等，经优化设计有机地组合成一个整体。,1.2 GIS的特点,1 小型化：因采用绝缘性能卓越的六

2、氟化硫气体做绝缘和灭弧介 质，所以能大幅度缩小变电站的体积，实现小型化。 2 可靠性高：由于带电部分全部密封于惰性SF6气体中，大大提 高了可靠性。此外具有优良的抗地震性能。 3 安全性好：带电部分密封于接地的金属壳体内，因而没有触电 危险。SF6气体为不燃烧气体，所以无火灾危险。 4 杜绝对外部的不利影响：因带电部分以金属壳体封闭，对电磁和静电实现屏蔽，噪音小，抗无线电干扰能力强。 5 安装周期短：由于实现小型化，可在工厂内进行整机装配和试验合格后，以单元或间隔的形式运达现场，因此可缩短现场安装工期，又能提高可靠性。 6 维护方便，检修周期长：因其结构布局合理，灭弧系统先进，大大提高了产品的

3、使用寿命，因此检修周期长，维修工作量小，而且由于小型化，离地面低，因此日常维护方便。,1.3 开展GIS局部放电检测的意义, 随着城市电网建设的发展，GIS变电站的数量不断增加； GIS的内部空间极为有限，工作场强很高，且绝缘裕度相对较小； GIS内部一旦出现绝缘缺陷，极易造成设备故障，引起的停电时间较长， 检修费用也很高； 国内已经发生了数起较为严重的GIS事故，过去那种认为GIS设备免维护的观点已不被认同； GIGRE调查表明，50%以上的GIS故障是可先预先发现的； 在GIS的交接试验中监视局部放电信号，对运行中的GIS进行定期监测，均是保障安全运行的有效手段。,2.GIS局部放电基本概

4、念 2.1 局部放电的定义 2.2 局部放电的起因 2.3 局部放电的分类 2.4 局部放电的危害,2.1 局部放电的定义,局部放电：在电场作用下，导体间绝缘仅部分区域被击穿（没 有贯穿施加电压的导体之间）的电气放电现象。,虽然这些放电的幅度通常较小，但它们能导致逐步的劣化并最终击穿， 因此，需要通过非破坏性的测试检测到这些放电的存在。,特点：局部放电是一种脉冲放电，它会在电力设备内部和周围 空间产生一系列的光、声、电气和机械的振动等物理现象和化 学变化。这为监测电力设备内部绝缘状态提供检测信号。,2.2 局部放电的起因,原因：它是由于局部电场畸变、局部场强集中，从而导致绝缘介质局部范围内的气

5、体放电或击穿所造成的。它可能发生在导体边上，也可能发生在绝缘体的表面或内部。,GIS中几种典型的缺陷,由于绝缘体内或高压导体上存在针尖状突出物，电场不均匀，电介质不均匀，有气泡和杂志等原因，使绝缘体局部区域的电场强度达到击穿场强。,四种不均匀电场,尖端放电,悬浮放电,绝缘气隙放电,自由微粒放电,2.3 局部放电的分类,内部放电,气隙的击穿强度取决于它的尺寸以及气体类型和气隙中的气体压力。 其放电电压近似于相同距离（大小）金属电极间放电电压。,表面放电,当存在平行于介质沿面的电场分量的时候，就可能引发沿面放电。,图例为空气中表面放电，油中表面放电相类似。,电晕放电,电场中尖端周围的空气中，高压侧

6、，地电位的尖锐边缘，甚至电极表面。,结论： 1.电晕的起始放电电压是电压绝对值的函数，而不是电场强度的函数。 2.即使在很低的电压下也可能会引发电晕放电。,注： 1.高压引线及连接处应圆滑 2.避免地电位上的突起 3.实验室地面上的导线或碎片应清理,电树枝放电,源于绝缘中的缺陷,电树的两个阶段：起始：很长时间 生长：快速,2.4 局部放电的危害,（1）带电质点轰击 打断绝缘的化学键和损坏分子结构 （2）热效应 局部放电点的高温，加速绝缘热劣化。 （3）反应生成物 如臭氧、水分和酸，腐蚀绝缘。 （4）辐射效应 可见光，紫外线、射线，使绝缘脆化。 （5）机械效应 连续的放电现象产生高气压，使绝缘开

7、裂。,49MVA发电机集电环相间放电,电 树,表面放电,终端放电,3.GIS局部放电的检测方法与原理 3.1 超高频检测法 3.2 超声波检测法 3.3 高频电流法 3.4 声电联合局放测试法,根据检测原理和手段的不同，常用的局放检测方法有超高频法、超声波法及高频电流耦合法等。,3.1 超高频检测法（UHF法）,原理：GIS发生绝缘故障的原因是其内部电场的畸变，往往伴随着局部放电现象，产生脉冲电流，电流脉冲上升时间及持续时间仅为纳秒( nS ) 级，该电流脉冲将激发出高频电磁波，其主要频段为0.33GHz，该电磁波可以从GIS上的盘式绝缘子处泄露出来，采用超高频传感器(频段为0.33GHz )

8、测量绝缘缝隙处的电磁波，然后根据接收的信号强度来分析局部放电的严重程度。,优点: 可以带电测量，测量方法不改变设备的运行方式，并且可以实现在线连续监测。可有效地抑制背景噪声，如空气电晕等产生的电磁干扰频率一般均较低,超高频方法可对其进行有效抑制。抗干扰能力强。 缺点：仅仅能知道发生了故障，但不能对发生故障的点进行准确的定位。而且目前没有相应的国际及国内标准，不能给出一个放电量大小的结果。 目前难点：主要问题在于如何进一步提高灵敏度,解决各种干扰问题，进一步实现准确的定位。,3.2 超声波检测法（AE法）,原理：GIS内部产生局部放电信号的时候，会产生冲击的振动及声音，GIS局部放电会产生声波，

9、其类型包括纵波、横波和表面波。纵波通过气体传到外壳、横波则需要通过固体介质（比如绝缘子等）传到外壳。通过贴在GIS外壳表面的压电式传感器接收这些声波信号，以达到监测GIS局放的目的。因此可以用在腔体外壁上安装的超声波传感器来测量局部放电信号。,优点：传感器与 GIS设备的电气回路无任何联系，不受电气方面的干扰。设备使用简便，技术相对比较成熟，现场应用经验比较丰富， 可不改变设备的运行方式进行带电测量，由于测量的是超声波信号，因此对电磁干扰的抗干扰能力比较强，可以对缺陷进行定位。 缺点：声音信号在 气体中的传输速率很低(约140m/s )，且信号中的高频部分衰减很快，信号通过不同介质的时候传播速

10、率不同，且在不同材料的边界处会产生反射，因此信号模式变得很复杂。另外传感器监测有效范围较小，对大型设备器需要众多的传感器，现场应用较为不便。 存在的问题： （1）无法区分放电信号和干扰信号。GIS的PT噪声大，无法区分其中的放电信号和振动噪声信号；对于户外GIS，环境噪声很大，对超声检测干扰很大。 （2）灵敏度低。无论纵波还是横波，在GIS内部传播过程中，衰减很大，因此，超声法对金属颗粒外的其他类型放电灵敏度低。 （3）操作不便。需要通过粘结剂将传感器贴在GIS壳体表面，粘贴的效果和操作者的晃动对测量效果影响很大。,3.3 高频电流法（HFCT法）,原理：当电力设备内部发生局部放电时，高频放电

11、电流会沿着接地线向大地传播。高频电流法通过在接地线上安装高频电流传感器检测高频电流信号实现局部放电检测。 高频电流法一般使用Rogowski线圈方式，在环状磁芯材料上围绕多圈的导线线圈，高频电流穿过磁芯中心而引起的高频交变电磁场会在线圈上产生感应电压。由于高频电流传感器的测量回路与被测电缆之间没有直接的电气连接，属于非侵入式的检测方法，被检测设备不需要停运。,3.4 声电联合局放测试法,声电联合法的测试步骤： 1.在GIS盆式绝缘子处放置UHF传感器，进行超高频检测，进行电磁波信号的测量，判断是否存在电磁波信号。 2.使用超声传感器逐点进行声信号检测，判断是否存在声信号。之后根据出现的几种具体

12、情况进行进一步的分析判断。,声电联合法的处理方法： 如果电信号和声信号都存在，则使用超高频法根据盆式绝缘子的位置进行粗略定位 ， 同时使用超声法进行精确定位，如果两者都定位到同一个GIS腔体且表现一致，则判断该腔体内部存在放电故障，具有绝缘缺陷，应根据具体情况进行进一步跟踪检测或采取相应措施 。 如果只测量到了超高频电磁波信号而没有超声波信号，则应通过改变UHF传感器的位置摆放和传感器的方向性及信号的频率分布，判断是否是周围设备发生了局部放电或者是否存在另外的干扰源，并对GIS设备进行重点跟踪观察 。 如果超声波法测量到了声信号而超高频法没有测量到电磁波信号，则在使用超声法在 超声信号最大的部

13、位进行精确定位。通过具体位置及设备结构进行分析，是否是设备本身的正常振动或者是设备的结构导致超高频信号衰减很大，不能通过检测位置测量到。并对设备进行重点跟踪观察。 优点：同时提取局部放电信号的UHF信号和超声信号，通过对两种信号的对比分析，能更加有效地排除现场干扰，提高局部放电定位精度和缺陷类型识别的准确性，有利于发现并确定绝缘缺陷。,4. GIS局部放电检测产品 4.1 PDSG100型便携式GIS局部放电测试仪 4.2 PDS-G2500/G1500型GIS局放检测与定位系统 4.3 PDS-G10型GIS局部放电监视仪 4.4 PDS-G1000型局部放电在线监测系统 4.5 PDS-C

14、100型便携式电缆局部放电测试仪 4.6 PDS-C1000型电缆局部放电在线监测系统,4.1 PDSG100型便携式GIS局部放电测试仪,产品简介 PDSG100便携式GIS局部放电测试仪是专为GIS设备的绝缘状态的现场巡测而设计，对于不同电压等级GIS设备使用多通道声电联合检测技术对GIS内部的局放信号进行实时分析和诊断。 四路检测通道可以根据不同的测试方案接入超声或超高频信号单元，检测信号经过采集、调理和放大后经过数字信号处理传输至便携主机。安装在便携主机上的系统软件的数据分析模块自动对数据进行滤波、计算和脉冲提取，根据数据统计和指纹库的比对后评估GIS的绝缘状态，判断缺陷类型和缺陷的位

15、置，并给出维护建议。为GIS设备安全运行以及状态检修提供有力的依据。,系统组成,超高频局放传感器,超声传感器及放大器,测试仪主机及监控电脑,两种选配型号： PDSG100A型：配置4通道超高频传感器，其中一路可配置为噪声干扰传感器 PDSG100B型：配置2通道超声传感器+2或4通道超高频传感器，多通道声电联合检测,采用声电联合定位分析技术，通过声电时延计算可对局放源进行精确定位； 超高频传感技术，避开低频噪声干扰，有效提高信噪比； 四通道同时采集局放信号，根据现场情况干扰通道，抑制现场的各种干扰； 单次检测和连续监测两种运行模式，PRPD和PRPS两种显示模式，可显示50个工频周期以上的检测

16、信号； 软件分析程序包含数据统计和指纹库，自动分析缺陷类型； 支持连续监测模式，可对历史信号进行分析处理，给出可信的诊断建议。,主要功能与特点,4.2 PDS-G2500/G1500型GIS局放检测与定位系统,产品简介 PDS-G2500/G1500型GIS局部放电检测与定位系统用于带电检测气体绝缘开关设备的内部缺陷。基于声电联合检测方法，利用高速数字存储示波器记录和分析设备的局部放电信号，比较分析超高频、超声波和HFCT的不同频段信息，分辨真实的局放信号和外部干扰。超高频放大器可以接内置和外置的UHF传感器，可在运行状态下对待测设备进行局部放电在线测试及诊断，根据信号的传播时延和强度，精确定位和判定缺陷类型，评价缺陷的危害程度，以便了解和掌握设备的运行状况，避免重大绝缘事故的发生。,系统组成,超高频传感器 超声传感器 高