超高频方法用于 GIS 内局部放电检测的分析及试验

1、 在线监测超高频方法用于GIS 内局部放电检测的分析及试验A nalysis and Exp eri m en t of U H F M ethod U sed in Partial D ischarge D etecti on in G IS西安交通大学(西安710049李智敏冯允平摘要论述了超高频方法检测G IS 内局部放电的可行性,用研制的超高频测试系统进行的实验证明该法可避开空气中的电晕干扰而有效地检测G IS 内局部放电。Abstract In th is paper the po ssib ility of U H F m ethod u sed in partial discha

2、rge detecti on in G IS is issued .T he experi m en ts carried ou t by the U H F m easu ring system show that the U H F m ethod can avo id the co rona no ise in the air and detect the partial discharge signal in the G IS effectively .关键词超高频法局部放电检测干扰Key words u ltra h igh frequency (U H F m ethod part

3、ial discharge detecti on no ise0前言对G IS 进行局部放电检测是保证G IS 正常运行的重要措施。由于可能出现的局部放电发生在全封闭的金属壳体内,信号比较弱,检测时,受到主要由空气中电晕组成的外界干扰非常大,因此区分外界干扰和G IS 中的局部放电十分重要。常规电气测试方法中的外被电极法、线圈法、绝缘子内预埋电极法检测局部放电时,要么缺乏识别干扰信号依据,要么影响G IS 的正常运行,或者兼而有之1。非电测试法虽然避开了电气方面的干扰,但仍存在应用方面的问题。针对常规局部放电检测法存在的问题,近十年来发展了一种新的检测技术超高频(U H F 法。许多国家的研究

4、表明,U H F 法在线检测G IS 绝缘前景良好2,3。1U H F 法的原理及测试系统111U H F 法原理U H F 法通过接收G IS 内局部放电时发出的电磁波来检测局部放电,其基础是高压SF 6气体中局部放电总是在很小的范围内发生,具有极快击穿时间的特性。这种快速上升时延的局部放电脉冲含有从直流到超过1GH z 的频率成分2,3。同轴结构的G IS 是一个良好的波导结构,超高频(3003000M H z 电磁波可在其内部有效地传播,而且信号衰减相对很小。电力系统中的电晕放电等主要电磁干扰信号的频率一般在150M H z 以下,而且因其在空气中传播,衰减很快。另外,超高频段内的其它干

5、扰也相对较少4。因此,可选择超高频段的电磁信号作为检测信号,以避开常规电气测试方法难以避开的电力系统中的干扰,从而提高局部放电检测的信噪比。112U H F 法测试系统研制超高频G IS 局部放电测试系统主要由传感器、数字示波器和计算机等部分组成,工作频带主要在250M H z 400M H z 之间。测试系统框架见图1。图1测试系统接线天线是设计中的关键,主要考虑天线的安放位置、工作频率和阻抗三个问题。若将天线安装在G IS 内部,则内部电磁信号易于接收而且外部干扰几乎被完全屏蔽,灵敏度很高。但由于G IS 内部引入天线可能影响正常运行甚至引起击穿,这就对G IS 的制造提出了更高的要求,对

6、原已投运的在线G IS 更不易应用。因此,采用外部天线法,把天线放在G IS 金属外壳与盆式绝缘子连接处接收从该处传播出来的电磁波。天线的中心频率应避开空气中的电晕频率,且要保证天线的频带有一定的带宽。天线的阻抗要经过计算和测量,得921998年12月高电压技术第24卷第4期到准确值,以便和电缆、示波器的阻抗相互匹配。另外,考虑到测试系统中传输的是超高频信号,故针对测试系统各个部分特点分别采取了接地、屏蔽、滤波等多种形式的抗干扰措施。该测试系统由于不影响运行中的G IS的正常工作,而且安装使用方便,很适用于G IS局部放电的在线检测。2实验结果及分析实验先在充SF6气体的密封金属罐子内进行,证

7、明U H F法能够有效地避开空气中的电晕,测量到G IS内的局部放电信号。其后又在广东电力试验研究所110kV的SF6G IS模拟试验装置上进行了实验。实验装置见图2。传感器外置于G IS金属外壳与盆式绝缘子的连接处以接收该绝缘缝隙处传播出来的电磁波。变压器高压端空载,接线悬空。升压到70kV时,高压接线端在空气中有很强的电晕,能听到滋滋的电晕声,但示波器上仍只显示出背景干扰信号水平±4mV左右(见图3而没有显示出空气中的电晕局放信号,表明该测试系统能够避开空气中的电晕。为验证该测试系统能检测G IS内产生的局部放电信号,在绝缘子上粘贴铜丝来模拟金属微粒对绝缘子的污染。铜丝的半径01

8、5mm,长度6c m,位置见图2。图4(a显示加压到70kV时实验中测到的局部放电信号。将实验中测到的局部放电信号通过IEEE488接口板传入到计算机进行数据处理,图4(b为所得的频谱图。电压升高时,局放信号的幅值增大,而干扰水平基本保持不变,表明U H F法能够有效地避开空气中的电晕,测量到G IS内的局部放电信号。其它如自由金属微粒、固定突起、绝缘子内部缺陷等引起的局部放电信号及其特征将在今后的工作中加以研究。图2 模拟实验装置图4局部放电信号(a和频谱(b图3背景干扰3结论研制的测试系统能成功地避开空气中的干扰,测量G IS内的局部放电信号。U H F法作为一种新的测试方法在G IS内局

9、部放电信号测试方面将有很好的应用前途。(38为人体一足对地的接地电阻,8;t为电击时间,s。人体一足接地电阻计算,可将人体两足近似视为两个半径为8c m的圆盘电极于电阻率为b 的地面上,每一圆盘电极(即人体一足接地电阻3b,而人体受接触、跨步电位时两足并、串联。按DL T621-1997交流电气装置的接地要求,得到允许的接触电位差U j和跨步电位差U k计算式:U j=(174+0117b tU k=(174+017b t(5由所设计的接地装置可计算出接触电位差U j和跨步电位差U k:U j=K j IR;U k=K k IR(6式中,I为接地装置入地短路电流,A;b为土壤电阻率,8m;K

10、j、K k为接地系数和跨步系数,一般分别取012和011。根据式(4、(5、(6进行换算,而且保护动作时间一般在015s以内,这样,考虑保护动作时间和安全裕度,取t=1,则可得接地装置的接地电阻R:R(174+0117b K j IR(174+017b K k I(7据(3(7计算值和接地装置技术经济性、现场客观条件等要求,R的工程设计值为18,亦可放宽到58左右,但同时必须采取相应的均压和隔离措施。4结论a1电力电缆保护接地网设计时应采用边缘闭合、同时附加垂直接地体的设计方案。b135kV及以下电力电缆保护接地装置的接地电阻取R48比较经济合理。由于实际客观因素限制而达不到规范要求时,可适当

11、放宽,但应<108。c1高压单芯电力电缆终端接地装置的接地电阻值一般取R0158。受条件限制时,可适当增大,但应<58,同时必须采取相应的均压和隔离措施。d1高压单芯电力电缆中间接头接地装置的接地电阻R的工程设计值为18左右。受条件限制时,亦可放宽到58左右,同时必须采取相应的均压和隔离措施。参考文献2曾永林1接地技术1北京:水利电力出版社,19793董振亚1电力系统的过电压保护1北京:中国电力出版社,19974GB50217941电力工程电缆设计规范1北京:中国计划出版社,19955DL T620-19971交流电气装置的过电压绝缘配合1北京:中国电力出版社,19976DL T6

12、2119971交流电气装置的接地1北京:中国电力出版社,19977DL T401-911高压电缆选用导则1北京:水利电力出版社,1991(收稿日期1998209208姜芸1967年生,1989年上海电力学院毕业,工程师,从事电缆安全运行工作。(上接第30页参考文献1李智敏等1G IS内局部放电的检测方法1高压电器, 1997,(3:432Pearson J S,et al.Partial discharge diagno stics fo rG IS in su lati on sub stati on s.IEEE D&E I,1995,2(5:8933Judd M D,et al.T he ex tracti on of U H F signals by partial discharges in G IS.IEEE D&E I,1996,3(2:2134H uecker T.U H F partial discha