[發明專利]對氣體絕緣封閉式組合電器局部放電的檢測電路及裝置

有效

• 申請號: 201410085333.9
• 申請日: 2014-03-10
• 公開（公告）號: CN103823168A
• 公開（公告）日: 2014-05-28
• 發明（設計）人: 王自成;田文杰
• 申請（專利權）人: 中國科學院電子學研究所
• 主分類號: G01R31/14
• 分類號: G01R31/14
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 宋焰琴

技術領域

本發明屬于輸電設備檢測技術領域，具體涉及一種基于脈沖電流和超聲檢測的氣體絕緣封閉式組合電器局部放電檢測電路及裝置。

背景技術

GIS設備(Gas?Insulated?Switchgear)即氣體絕緣封閉式組合電器，是20世紀60年代出現的一種新型輸電設備，它把變電站中除變壓器之外的其他功能設備組合在一個一個的金屬外殼中，并充以SF6氣體，從而提高這些輸電開關設備的安全性和可靠性。國內從20世紀80年代開始引入GIS設備，目前仍然在繼續擴大應用當中。雖然GIS設備的設計就是為了實現安全性和可靠性，但其內部的局部放電現象也會造成故障甚至釀成事故。而一旦發生故障，只有對發生局部放電部位的相關部件進行更換，十分費時費力，對電力系統的正常運行造成很大影響。為使電力系統從故障中盡快恢復，首先要對局部放電的發生位置進行定位，然后才有可能開展迅速有效的維護。由此可見，GIS局部放電的定位檢測對電力運營部門具有重要的現實意義。

此外，作為GIS設備的制造商或施工建設商而言，需要通過對局部放電的檢測可以發現GIS絕緣制造工藝和安裝過程中的缺陷、差錯，提高制造和安裝的“清潔度”，并確定這些缺陷的位置。因此，GIS局部放電檢測定位設備是GIS制造過程中保障質量的有力手段。

隨著GIS在電力系統中的重要性的提高，為保證GIS長期可靠運行，對其絕緣診斷也愈來愈得到重視。作為判斷GIS絕緣狀況的有效手段，GIS中局部放電的檢測技術也迅速發展起來。局部放電測量的方法很多，簡單介紹如下：

(1)脈沖電流法

又稱為耦合電容法，它利用貼在GIS外殼上的電容電極耦合探測局部放電在導體芯上引起的電壓變化。該方法結構簡單，便于實現。但是在現場測試時，無法識別與多種噪聲混雜在一起的局部放電信號，因此這種方法的使用推廣受到了很大限制。

(2)特高頻電磁波(UHF)檢測法

英國Strathclyde大學提出的UHF法目前已經應用到GIS生產和運行中，它是一種利用超高頻頻率信號進行局部放電在線監測的方法。GIS一旦局部放電現象，就會產生脈沖電流，電流脈沖上升時間及持續時間僅為納秒(nS)級。該電流脈沖將激發出高頻電磁波，其主要頻段為0.3-3GHz，該電磁波可以從GIS上的盤式絕緣子處泄露出來，采用超高頻傳感器(頻段為0.3-3GHz)測量絕緣縫隙處的電磁波，然后根據接收的信號強度來分析局部放電的嚴重程度。

該方法可以帶電測量，測量方法不改變設備的運行方式，并且可以實現在線連續監測。可通過濾波等方法對背景噪聲進行有效抑制，因而具有較強的抗干擾能力。但該方法大多僅僅能確認故障的發生，不能對發生故障的點進行準確的定位。

(3)超聲波法

GIS局部放電會產生聲波，其類型包括縱波、橫波和表面波。縱波通過氣體傳到外殼，橫波則需要通過固體介質(比如絕緣子等)傳到外殼。通過貼在GIS外殼表面的壓電式聲電傳感器接收這些聲波信號，以達到監測GIS局放的目的。因此可以用在腔體外壁上安裝的超聲波傳感器來測量局部放電。

該方法的傳感器也與GIS設備的電氣回路無任何聯系，不受電氣方面的干擾。設備使用簡便，技術相對比較成熟，現場應用經驗比較豐富，可不改變設備的運行方式進行帶電測量，由于測量的是超聲波信號，因此對電磁干擾的抗干擾能力比較強，可以對缺陷進行定位。但是，該方法也有超聲信號與放電脈沖電流信號無法區分、噪聲較大、靈敏度較低、傳感器需粘貼于GIS設備上而不便宜使用等缺點。

(4)光學監測法

光電倍增器可以監測到甚至一個光子的發射，但是由于射線被SF6氣體和玻璃強烈地吸收，因此有“死角”出現，該方法對于已知放電源位置的監測比較有效，但不具備對故障的定位能力。并且由于GIS內壁光滑而引起的反射帶來的影響，造成靈敏度不高。

總結上述方法的特點，我們可以得出以下結論。UHF法抗干擾能力強，靈敏度高，但檢測電路為高頻電路，技術難度較大。此外，該方法雖在原則上也可實現故障定位，但故障定位的算法十分復雜，同樣不利于控制檢測設備的成本。超聲波檢測法雖然能夠實現定位，但因其靈敏度較低，不利于GIS中的微弱放電的檢測，因此就不利于GIS故障的早期診斷。

從理論上分析，任何超聲聲電傳感器均可以視為一個電容，因此它的作用完全同上述“脈沖電流法法”中的耦合電容的作用一樣，會把局部放電直接產生的脈沖電流耦合進來。但是，作為超聲法的聲電傳感器，我們要檢測的是超聲波在傳感器上通過聲電效應轉換而得的電信號，上述耦合而得到的脈沖電流就成了噪聲。

發明內容