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1、第九章 电器性能研究性试验,9.1 概 述 9.2 SF6断路器气体状态监测 9.3 局部放电在线监测 9.4 真空断路器的监测 9.5 电器设备温度在线监测 9.6 断路器的机械故障监测与诊断,9.1 概 述 不同的设备有不同的状态量，其监测的方法也不尽相同，设备状态检测主要有以下几种方式：,1.巡视检查 2.常规的预防性试验,电器设备的预防性试验属于常规试验，是目前掌握设备状态的重要手段之一，常规性试验也是状态维修的基础，要作好如下工作： （1）确定较合理的测试周期 此周期不是原规程所规定的周期，而是根据设备的原始状态、运行环境、历年来状态变化趋势等因素来确定。对于大多数初始状态良好且运行
2、状态较稳定的设备，应采用较长的测试周期，必要时需跟踪测试。 （2）确定重点测试设备 将电网中重要设备（主变压器、断路器等）的故障易发部位及薄弱环节列为测试重点。 （3）确定重点测试项目 全面掌握设备或装置的工作状态，通常要通过各项测试才能实现。但有的项目能最有效地反映设备主要异常状态，如油色谱试验能最迅速、最灵敏地揭示充油设备主绝缘方面的潜在性故障，是高压充油设备绝缘的重点测试项目。 （4）提高设备测试数据的可信度 数据不可信，就会导致误判，其结果可能会造成盲目检修，也可能会导致失修。测试数据的可信度常受测试时的环境条件（温度、湿度、电源波形、电磁干扰等）、仪器自身性能、测试方法以及测试人员的
3、素质等因素的影响，应尽量减小或排除其影响。,3. 带电测试 带电测试与常规的预防性试验的差别在于，测试是在被测设备不停电的条件下进行的；与在线监测的差别在于在线监测是随时随地进行的实时检测，而带电测试则是根据需要或按预定周期进行的测试。 带电测试技术的优点是方便、灵活、针对性强，但其测试工作的安全性和测试的精度还有待于进一步提高。目前，比较成熟的项目有红外线成像技术、氧化锌避雷器阻性电流测试、GIS内部放电监测等技术。 4. 在线检测 在线检测能使电器设备经常处于正常工作参数（电压、气压、温度等）的监视之中，能及时发现设备的状态量的实时变化及变化趋势，易于捕捉到突变的信息量，及时发现设备存在的
4、问题。在线检测装置反应设备的实时状态，使对设备的状态参数一目了然。在线监测比常规的停电试验更有效、更及时地发现设备早期缺陷，更好的了解设备已有的或潜在的问题，它比带电检测更及时、更直观，因此，它是设备实行状态维修的重要基础之一。,9.2 SF6断路器气体状态监测,9.2.1 SF6 气体绝缘设备的检漏方法 1. 定性检漏 定性检漏只是判断气体绝缘设备泄漏情况的相对程度，并不测量具体泄漏率。现场的定性检漏是不能省略的检漏项目。定性检漏的有如下方法： （1）抽真空检漏 这种方法是在气体绝缘设备安装或解体大修后，对设备抽真空干燥时进行的。具体步骤：将设备抽真空至133Pa后继续抽真空30min以上，
5、然后停止，静观30min后读取真空度A，再静观5h后读取真空度B，如果 B-A 67Pa，则初步认为密封性能良好。 （2）发泡液检漏 这是一种简单的定性检漏方法，能够较准确地发现泄漏点。将发泡液（由一份中性肥皂加入二份水配制而成）涂在被检测部位，起泡处即为泄漏处，起泡越多越急，说明泄漏越严重。采用发泡液检漏法可大体上能发现泄漏率为0.1mL/min 的漏气部位。,（3）检漏仪检漏 运行中的GIS，可直接用检漏仪对怀疑泄漏气处进行检漏。安装或大修后的GIS或其他气体绝缘设备，可先充入0.2105 Pa的 SF6气体，再充入高纯度氮气至额定气压，然后用检漏仪检漏。这种检漏方法是将检漏仪探头沿断路器
6、各接口表面和铝铸件表面移动，根据检漏仪读数判断气体的泄漏情况。注意点：探头移动速度应慢，以免错过泄漏点；检漏时风速应小，以免泄漏气体被风吹走而影响检漏；应选择灵敏度高、响应速度小的检漏仪，例如，其最低检出量（即泄漏量）的体积分数小于10-6，响应速度小于5s。 （4）分割定位法 分割定位法适用于三相SF6气路连通的断路器。若已确认有泄漏但难于定位时，可把 SF6气体系统分割成几部分，再进行检漏，从而可以减少盲目性。 （5）压力下降法 压力下降法适用于设备泄漏量较大时或需在运行期间测定泄漏率时。此法用精密压力表测量好SF6气体压力后，隔数天甚至数十天进行复测，结合温度换算或进行横向比较，来判断可
7、能的压力下降。该方法简单易行，可作为定性检漏的补充。,图9-1 挂瓶捡漏法,2. 定量检漏 （1）挂瓶法 如图9-1所示. （2）局部包扎法 将设备局部用塑料薄膜包扎，经过24h后测量包扎腔内SF6气体的浓度，通过计算确定其泄漏率。此法对密封面及其他泄漏点的气体泄漏率检测均适用，是现场最为有效的检测方法之一。 （3）扣罩法 用塑料罩将整台气体绝缘设备或已组装好的几个气室封罩在内，经过24h后测量罩内 SF6气体的浓度，通过计算确定其泄漏率。扣罩前应吹净待试设备周围残留的 SF6气体，然后视设备体积大小，选取 26个有代表性的测试点进行测量，求取其平均浓度。扣罩法适合于整台气体绝缘设备年泄漏率的
8、测量。 （4）直接测量法 对于仅有数个孤立泄漏点的设备，可采用读数为 MPam3/s（103MPamL/s）的检漏仪进行定量检漏。将各点的测量值累计相加，即可求出整台设备的绝对泄漏率。,9.2.2 运行中SF6气体密度的监测,1. SF6气体密度与压力的关系,图9-2 SF6气体密度与压力关系,2. SF6气体压力检测方法 (1) 压力表检测法 (2) 密度继电器（温度补偿压力开关）,图9-3 密度继电器工作原理,9.2.3 SF6断路器含水量的监测 气体中的含水量:是指气样中水的体积与气样总体积之比，常用体积分数（百万分之一）表示，即10-6(V/V)，他是一个无量纲单位。 1. SF6气体
9、微水量检测和注意的几个问题,1）环境温度的影响 2）采样管道 3）减压阀 4）空气中过多的水分 5）环境温度 6）充气后应稳定24H 7）推荐取样气体的压力为0.1MPa 时进行测量,2. SF6气体含水量测试,采样系统钢瓶中的SF6 以气态和液态两种形式共存，二者的含水量是不同的，为使测试结果有代表性，应从液态的SF6中取样，因而应将钢瓶倒立成30后取样。图中，V1 为 SF6气样源的总阀门；V2 为微调阀；D为干燥器，用来干燥清洗用的高纯氮气。开启阀门V3、V4、V5，冲洗采样系统，然后关闭V5开启V6，使氮气通入微水量测量仪。当仪器处于工作状态后，关闭V3开启V2，开始测量SF6 气体含
10、水量。,图 9-5 SF6气体含水量测量采样系统,9.2.4 SF6专用气相色谱仪 SF6 专用气相色谱仪是用于 SF6气体质量监督检验和 SF6 开关设备中电弧分解气定量测定的仪器。它是针对要分析的杂质主要成分的特性，采用热导和火焰光度检测器串联的方式，切换四通阀消除干扰成分等或其他结构和流路，并采用经试验测定出的校正因子作定量分析。,9.3 局部放电在线监测 9.3.1 局部放电在线监测传感器技术 1内置UHF传感器 优：内置UHF传感器获得较强的UHF信号，测量精度高；不同区域均有传感头，便于准确定位。 缺：为了能确定故障位置，保证检测的灵敏度，需要在GIS内较短的间距上安装传感器，大量
11、传感器的使用提高了产品的成本；另外，由于内置式UHF传感器改变了原有GIS的结构，也带来了诸如传感器引出线的密封问题，因天线引入而导致GIS内部击穿问题等。,图9-6 平板式传感器 a)传感器结构 b)频率响应,图9-7 锥体传感器 a)传感器结构 b)频率响应,图9-8 工业用UHF传感器 a) 传感器结构 b) 频率响应,图9-9 GIS外壳自由颗粒信号幅值 a)GIS隔板固定颗粒信号幅值 b)GIS外壳自由颗粒信号幅值,2. 外置UHF传感器 由于GIS的导体支撑和气室隔离需要盆式绝缘子，使法兰之间存在绝缘缝隙，当GIS内部发生局部放电时，UHF电磁波信号的一部分可从GIS法兰盘处的绝缘
12、缝隙泄漏出来，为GIS局部放电的体外测量提供了条件。泄漏到GIS体外UHF电磁波信号要比体内的信号弱，使GIS局部放电体外测量的灵敏度降低。但GIS通常有许多盆式绝缘子，提供了多处可供UHF信号测量的窗口，对于GIS内的每一处放电，都可从距放电源最近的盘式绝缘子处接收信号，从而减小了信号传播路径上的衰减，提高了UHF 传感器的综合灵敏度。,图9-10 外置环形天线,图9-11 体外UHF传感器电晕测试 a)测试装置示意图 b)天线不同角度的局放测试,图9-12 便携式UHF传感器 a)便携式UHF传感器结构 b)频率特性,9.3.2 局部放电故障定位技术 1. 常规内部故障监测与定位 (1)
13、光学检测法 (2) X射线照像 (3) 红外定位技术 (4) 电磁技术 (5) 化学检测法 (6) 声波检测法,图 9-13 点光源的照度计算示意,图9-15 局部放电检测系统结构,图9-16 自由导电杂质超声波频谱,图9-17 自由导电粒子的放电振动频谱 a)杂质为铝末、钢丝 b)杂质为铜导线,2. 新型内部故障定位检测 (1)超高频（UHF）法 (2)外壳振动法 (3)GIS故障定位器 (4) GIS内部放电检测仪,图9-18 固定毛刺的放电振动频谱,图9-19 定位器电路原理图,图9-20 局部放电相位图,9.3.3 局部放电脉冲电流额度的数字测量 l. 局部放电的特征 2. 测量系统方
14、块图 3. 脉冲电流频度数字测量的特点 脉冲电流频度的数字测量，它利用局部放电的相位特征，通过相位选择的方法，将各相局部放电的脉冲电流单独分离出来，再用不平衡法求取不平衡指数，消除干扰信号的脉冲电流，以此求得每一相局部放电脉冲的电流的个数，对脉冲电流个数的计数进行比较和分析，确定局部放电的相别及严重程度。虽从原理上看，它的抗干扰性和直观性比已应用的脉冲电流法要好些。,同步信号,被测信号,传,感,器,滤,波,显,示,基准信号,采样放大,整,形,单,片,机,图9-21 测量系统结构,模型GIS局部放电试验装置,便携式UHF传感器应用实例,250MHz1G内有一定的灵敏度，最大增益为54dBm。 传
15、感器的频率特性,横坐标：频率 180MHz/div; 纵坐标：信号幅值 10dBm/div 顶线坐标：-20dBm,便携式GIS局部放电UHF传感器具有以下优点： （1）采用特高频电磁波传感技术，具有很高的抗干扰能力和检测灵敏度，能够检测低于10pC的局部放电； （2）具有局部放电定位功能，定位精确度1米以内； （3）一台便携式局部放电在线检测仪器可用于多个GIS变电站，经济，实用； （4）在线检测时不影响GIS的正常运行，不需拆动GIS的任何部件；,研究内容 本试验研究通过在模型GIS内部安置各种不同种类的缺陷产生局部放电，来模仿GIS运行中常见的几种典型绝缘故障，通过局部放电的特征来识别放
16、电类型，并借助常规局放测试设备来估计UHF信号幅值所对应的放电量，主要内容如下： （1）组建模型GIS装置； （2）确定测试种类：常规局部放电波形、UHF波形、频谱、相位等； （3）建立测试系统：常规局部放电：采用DST-4, UHF信号：便携式UHF检测装置， 电压相角:调压器中获取信号, 频谱：采用美国TEK公司的496P型频谱分析 波形纪录：采用TEK.公司的TDS420型示波器 （4）通过试验，获取试验数据，找各种局部放电的特征和规律， 进行故障诊断,研究的GIS内故障类型： (1)金属导体尖刺； (2)盘式绝缘子表面金属颗粒群； (3)盘式绝缘子表面固定间隙的金属颗粒对； (4)盘式绝缘子表面单个金属颗粒； (5)筒体表面自由金属颗粒群； (6)悬浮电位； (7)非金属异物； (8)绝缘子空穴。,在线检测 装置简介,UHF传感器安置位置,检测及诊断 (1) 导电杆上尖刺,54kV电晕放电波形,横坐标：频率, 180MHz
