[發明專利]測量GIS局部放電的窄帶電磁波信號耦合方法及檢測系統

有效

• 申請號: 201310388831.6
• 申請日: 2013-08-30
• 公開（公告）號: CN103487728A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發明（設計）人: 李興旺;呂鴻;盧啟付;王增彬;陳銳民;林春耀;李剛;易孝波
• 申請（專利權）人: 廣東電網公司電力科學研究院;珠海市伊特高科技有限公司
• 主分類號: G01R31/12
• 分類號: G01R31/12
• 代理公司: 廣州知友專利商標代理有限公司 44104
• 代理人: 周克佑;侯莉

技術領域

本發明涉及一種測量GIS設備局部放電的窄帶電磁波信號耦合方法，還涉及使用該窄帶電磁波信號耦合方法的檢測系統。

背景技術

隨著社會對電力需求的不斷增加，電力產業得到快速地發展，目前，大型輸電網絡的安全運行已經成為電力行業關注的重大問題。研究表明，氣體絕緣組合電器（Gas?Insulated?Switchgear，以下簡稱GIS）和變壓設備內部以絕緣故障為多，而絕緣故障的先兆往往表現為局部放電，一般認為，高壓設備中的局部放電嚴重影響電場分布，導致電場畸變和絕緣材料腐蝕，最終引發絕緣擊穿。GIS中的局部放電通常表現為快速脈沖電流和由此激發的寬頻帶電磁波信號。電磁波信號的頻率范圍可達到數GHz，甚至更高。通過耦合此電磁波信號可檢測發生在GIS設備內部的局部放電故障。為了提高信噪比，避免現場存在的電暈等復雜的干擾信號，現有的檢測系統的工作頻帶主要在特高頻（Ultra?High?Frequency，以下簡稱UHF）頻段范圍內，即：0.3～1.5GHz。近年來，GIS局部放電UHF檢測技術在我國得到了大力發展和應用。應用該技術多次發現了GIS內部局部放電缺陷，避免了GIS絕緣故障的發生，為保證電力系統的安全可靠運行做出了重要貢獻。

如圖1～3所示，用于接收UHF電磁波的傳感器安裝于GIS設備內部（參見圖1、2）或安裝于盆式絕緣子10外表面（參見圖3）。UHF傳感器1在GIS設備2內部或盆式絕緣子外表面時，其接收到的電磁波信號頻率非常寬。從信號頻譜上看，在300MHz～1.5GHz頻率范圍內都有能量分布。因此，現有的UHF傳感器都采用寬頻帶傳感器，比如電容型傳感器、等角螺旋天線、對數周期天線、領結型天線等；現有的UHF放大器及濾波器也都采用寬頻帶工作模式。圖2所示的檢測系統包括耦合器3、轉換連接器4、UHF傳感器1、電纜6和示波器7。圖3所示的檢測系統包括寬帶天線8和UHF檢測儀9。

近年來，隨著城市規劃建設的發展和邊遠地區輸電網的發展，為了節約變電站占地面積和減少運行維護，新建變電站內采用的GIS設備越來越多。為了提高接地可靠性、防止惡劣環境對絕緣子的腐蝕，越來越多的GIS設備上采用了帶金屬環的絕緣子。金屬環將整個絕緣子包裹起來。為了便于絕緣子澆注成形，金屬環上有一個澆注孔，用于澆入環氧材料。由于現有大多數GIS設備上未安裝內置式UHF傳感器，而且因為金屬環的阻擋，UHF電磁波只能經過澆注孔向外輻射。但是，向外輻射的UHF信號極其微弱，利用現有的外置式寬帶天線及檢測系統，因檢測系統的靈敏度極低，僅能檢測到100pC及以上的局部放電，不能達到現場檢測的要求。

發明內容

本發明的一個目的在于提供一種能夠提高檢測靈敏度和信噪比的測量GIS局部放電的窄帶電磁波信號耦合方法，可以達到現場檢測GIS局部放電的要求。

本發明的上述目的通過如下的技術方案來實現：一種測量GIS局部放電的窄帶電磁波信號耦合方法，其特征在于包括以下步驟：

⑴計算由GIS設備上金屬環的澆注孔所輻射出的電磁波主模的截止頻率f_c；

⑵以截止頻率f_c作為檢測系統的中心頻率，檢測系統主要由窄帶天線、濾波器、放大器和信號采集器依次通信連接而成；

⑶將窄帶天線正對澆注孔布置；

⑷窄帶天線將由澆注孔輻射出的電磁波信號轉化成電壓信號傳送至濾波器，濾波器對該電壓信號進行濾波并通過放大器放大處理后，由信號采集器接收該電壓信號進行記錄和分析，完成對GIS局部放電的測量。

本發明在有效的窄帶范圍內的增益遠遠高于現有的寬帶檢測方法，而且避開了在寬頻帶范圍內的干擾信號，大大提高了信噪比。完全達到了現場檢測的要求。

作為本發明的一種推薦實施方式，所述窄帶天線的中心頻率為截止頻率f_c，工作帶寬是50～150MHZ，窄帶天線的增益相比與寬帶天線大大提高，且抗干擾能力強。所述濾波器的通帶為f_c-50MHZ～f_c+50MHZ，進一步提高了信噪比，所述信號采集器的模擬帶寬的最小值至多為f_c-50MHZ。

本發明所述放大器的工作頻寬為f_c-50MHZ～f_c+50MHZ，大大提高了檢測靈敏度。

作為本發明的一種實施方式，在步驟⑴中，所述澆注孔為矩形孔，截止頻率f_c的計算公式是：