[發(fā)明專利]一種GIS聲電聯(lián)合局部放電仿真檢測系統(tǒng)及其檢測方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710579582.7
• 申請日: 2017-07-17
• 公開（公告）號: CN107390097A
• 公開（公告）日: 2017-11-24
• 發(fā)明（設計）人: 張翼英;梁琨;何業(yè)慎;白宇峰;于洋;侯榮旭
• 申請（專利權(quán)）人: 天津科技大學
• 主分類號: G01R31/12
• 分類號: G01R31/12;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 天津盛理知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司12209
• 代理人: 韓曉梅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電力設備技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種GIS聲電聯(lián)合局部放電仿真檢測系統(tǒng)及其檢測方法。

背景技術(shù)

局部放電(Partial Discharge，PD)是指發(fā)生在電極之間但未貫穿電極的放電現(xiàn)象。局部放電的累積效應將使絕緣物質(zhì)的介電性能不斷劣化，最終導致絕緣擊穿事故的發(fā)生。氣體絕緣組合電器(Gas Insulated Substation，GIS)是電力系統(tǒng)中輸送電能的重要設備，具有很高的供電可靠性，目前已廣泛應用于110kV和220kV變電設備中。但在實際運行中GIS局部放電問題卻一直比較突出。而造成局部放電的主要因素是設備內(nèi)部的自由金屬微粒、電極表面的毛刺突起、螺絲松動或接觸不良造成的懸浮電位、絕緣件缺陷以及安裝過程中的遺留物等因素。這些因素不斷劣化GIS內(nèi)部絕緣介質(zhì)及絕緣部件的性能，腐蝕導電部件，導致GIS絕緣事故發(fā)生。長期的局部放電會導致設備絕緣劣化局部擴大，甚至引起組合電器絕緣擊穿或沿面閃絡，嚴重影響電網(wǎng)運行的安全與穩(wěn)定。目前局部放電檢測方法很多，如特高頻法、超聲波法、氣相色譜法、震蕩波法等，但單一方法檢測效果比較有限，現(xiàn)在利用多種方法互補性的聯(lián)合檢測法成為目前發(fā)展的主要趨勢。

GIS局部放電檢測方法中最成熟的檢測法是超聲波局放檢測法。局放源發(fā)出的超聲波信號，抗干擾能力強，不受外界噪聲影響，通過超聲傳感器即可捕獲信號，實現(xiàn)放電源的定位，但是超聲波信號在固體盆式絕緣子內(nèi)部傳播時衰減較大，對于絕緣子內(nèi)部以及表面放電靈敏度不夠，無法完成全部檢測任務。超聲波法在局部放電檢測定位中的工作原理如圖1所示。

超聲波檢測法利用同一信號到達不同傳感器的時間差、振幅變化，根據(jù)超聲波傳播速度，即可以求出放電源距多個傳感器的距離。但是在實際應用中，受環(huán)境、噪聲、速度、距離等多個因素影響，同時信號在GIS內(nèi)部傳輸過程中衰減較快，相應的精確捕獲的時間差非常困難，這些都增加了信號采集及濾波分析的難度。

針對電力線纜的局部放電檢測中，特高頻電流法是目前最常用的檢測方法，當電纜發(fā)生局部放電時，會有部分電流流入大地。因此通過在外屏蔽層套接高頻電流傳感器，感應接地線上的電流，激發(fā)數(shù)GHz的電磁波，脈沖電流上升很快，即可用實現(xiàn)局部放電的判斷。但該法無法準確定位故障點，檢測原理如圖2所示。

與超聲波局放檢測法的缺點類似，超高頻檢測方法采用傳感器接收放電源信號，利用同一信號到達不同傳感器的時間差、振幅變化，根據(jù)電磁波傳播速度，即可以求出放電源距多個傳感器的距離。但是在實際應用中，受環(huán)境、噪聲、速度、距離等多個因素影響，同時信號在GIS內(nèi)部傳輸過程中衰減較快，相應的精確捕獲的時間差非常困難，這些都增加了信號采集及濾波分析的難度。

TDOA(Time Difference of Arrival，到達時間差)定位是一種利用同一放電源到達不同傳感器時間差進行放電源定位的應用方法。通過不同的傳感器捕獲信號的時間，利用速度(光速)、路程間的關(guān)系即可確定信號源距離每個傳感器的直線距離。以監(jiān)測站為中心，直線距離為半徑作圓，就可以確定信號源位置。繪制圖形如圖3所示。

假定GIS內(nèi)有n個傳感器，局部放電源的空間坐標為(x，y，z)，傳感器的空間坐標為(x_i，y_i，z_i)，其中i＝0，1，…，n-1。如果在t₀時刻某個特高頻傳感器捕獲到局放電磁波信號，假設其坐標為(x₀，y₀，z₀)。則各個超聲探頭傳感器捕獲的超聲信號時刻t_n與t₀均存在不同的時間差，放電源與各傳感器之間的直線距離r_i表示；放電源信號到達第i個傳感器與特高頻傳感器探頭的時差用t_i表示；聲波傳播速度用v表示，則根據(jù)路程、時間、速度三者關(guān)系，則有：

r_i＝v*t i＝1，2，…n–1(1)

根據(jù)空間距離表示方法，可建立n-1個方程。

以基準點(0，0，0)為坐標原點，以1個特高頻傳感器和6個超聲傳感器對應為例進行聯(lián)合定位，預計得到C₆³個定位坐標，利用數(shù)據(jù)融合技術(shù)從而得到局放源的(x，y，z)坐標。