气体绝缘组合电器局部放电检测方法

摘要

本发明提供了一种气体绝缘组合电器局部放电检测方法，所述方法是通过超高频检测揉合声发射检测的综合检测方法，对GIS内局部放电进行监测及定位。所述GIS局部放电检测方法不仅对GIS局部放电的监测更加有效，而且获得的超高频特征数据及声发射特征数据能够相互比对分析，故更具有科学性，有助于对GIS局部放电的科学研究；经过超高频特征数据的初步定位后，在范围较小的放电区域内进行声发射检测定位，不仅有效解决了声发射检测效率低的问题，而且使得定位更加精确有效，还能够更快发现放电点的精确位置。

权利要求

1.一种气体绝缘组合电器的局部放电检测方法，其特征在于包括以下步骤：在所述气体绝缘组合电器相应位置设置超高频传感器，对所述超高频传感器监测到的超高频信号进行频谱分析，经过频率筛查后确定检测频带；

对所述检测频带内的超高频信号进行单频跟踪；

若单频跟踪过程中出现异常，则测量出现异常的超高频信号的相关超高频特征数据，并依据超高频特征数据进行初步定位，确定一放电区域，上述进行初步定位是依据所述超高频特征数据中时域波形的时间差分析计算而确定，设置两个超高频传感器，且这两个超高频传感器的高频响应特性、及信号电缆长度相同的前提条件下，设两超高频传感器的距离为S，而放电位置到其中一个超高频传感器的距离为x，两传感器接收到放电信号的时间8

差为Δt(可由波形得知)，超高频电磁波的传播速度为c(3×10m/s)，则放电位置可按下式计算：x＝(cΔt+s)/2；

在所述放电区域内设置声发射传感器，并对声发射信号进行监测；

测量监测到声发射信号的相关声发射特征数据，依据声发射特征数据完成对放电点的定位；

若在单频跟踪过程中未出现异常，则设置声发射检测点并进行声发射检测，将声发射信号转为可听声音，若可听声音出现异常，则对检测到的声发射信号进行声发射特征数据测量，依据声发射特征数据完成放电定位。

2.如权利要求1所述的气体绝缘组合电器的局部放电检测方法，其特征在于该方法还包括在进行单频跟踪前对所述气体绝缘组合电器内的气体成分进行检测并分析。

3.如权利要求1所述的气体绝缘组合电器的局部放电检测方法，其特征在于该方法还包括在完成对放电点的定位后，结合相关超高频特征数据及声发射特征数据进行综合比对和分析，并建立相关检测数据库。

4.如权利要求1所述的气体绝缘组合电器的局部放电检测方法，其特征在于：在上述进行声发射信号监测时，通过移动声发射传感器的位置来筛查信号最强点，并对信号最强点进行测量。

5.如权利要求1所述的气体绝缘组合电器的局部放电检测方法，其特征在于：在测量出现异常的超高频信号的相关超高频特征数据时，还包括测量外施电压的情况。

6.如权利要求1所述的气体绝缘组合电器的局部放电检测方法，其特征在于：所述超高频传感器是设于所述气体绝缘组合电器外壳金属体不连续的地方。

7.如权利要求1所述的气体绝缘组合电器的局部放电检测方法，其特征在于：所述单频跟踪是选择单一频率的超高频信号，对其信号的幅度进行连续跟踪。

8.如权利要求1所述的气体绝缘组合电器的局部放电检测方法，其特征在于：依据超高频特征数据中时域波形的时间差进行初步定位。

9.如权利要求1所述的气体绝缘组合电器的局部放电检测方法，其特征在于：依据声发射特征数据中各声发射传感器所在位置的声强进行放电点的定位。

说明书

气体绝缘组合电器局部放电检测方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种放电检测方法，特别涉及一种气体绝缘组合电器局部放电检测方法。

背景技术

[0002] 气体绝缘组合电器(Gas Insulated Switchgear，以下简述为GIS)因为其绝缘度高、结构紧凑、占地面积小、可靠性能高等特点，在电力系统的发电厂及变电站中得到广泛应用。但是在使用过程中会遇到一些问题，其中以绝缘问题为主。

[0003] GIS在制造及安装过程中容易引入缺陷，如灰尘、导电微粒、应力过高、金属尖端、内装松动等，随着GIS运行年限的增加，缺陷会逐渐发展严重，在过电压或操作过程等外界诱因下，就会引发击穿或闪络现象。在发生这些绝缘故障前，常伴有局部放电的现象。局部放电的出现往往说明GIS存在安装、制造、甚至设计方面的缺陷。

[0004] 上述局部放电现象会激发达数千兆赫兹(GHz)的电磁波，GIS内部局部放电持续发展容易引发绝缘击穿故障，因而出现停电事故，给国民经济造成损失，所以对GIS的局部放电进行监测及定位就显得尤为重要。

[0005] 现有GIS的局部放电检测方法，如中国专利公告号为100363747的“气体绝缘组合电器局部放电超高频检测装置及方法”，公开了一种利用超高频检测的方法对GIS局部的放电进行检测，虽避开了空气中电晕放电的干扰，检测效率高，但对天线性能和数据采样率的要求很高，且精确度不是很高，另外，该方法仅凭借超高频的检测方法对局部放电进行监测，并未对局部放电的位置进行较为精确的定位。

[0006] 又如中国专利公告号为100363748的“气体绝缘组合电器局部放电在线检测定位装置及定位方法”，虽公开了对GIS局部放电的定位方法，但是其仍仅依靠超高频检测的方法进行定位，定位不够精确。而无论上述专利及相关现有技术，都不同程度上存在定位不够精确，获得放电信号的特征数据也同样不够精确的弊端，从而影响检修及分析的科学性。

[0007] 另外，还可利用声发射(Acoustic Emission，以下简述为AE)，有时也称为应力波发射，其常应用在对材料的结构形变及裂纹扩展等方面的检测。但是，若利用声发射技术对GIS局部放电进行检测，又会使得检测效率低，而且受GIS固有振动影响。

[0008] 有鉴于此，如何提供一种气体绝缘组合电器局部放电检测方法，来减少上述弊端已成为业界亟待解决的技术问题。

发明内容

[0009] 本发明所解决的技术问题在于提供一种气体绝缘组合电器局部放电检测方法，以提高检测效率，获得准确的特征数据，提高定位速度及准确度。

[0010] 为解决上述技术问题，本发明提供了一种气体绝缘组合电器(GIS)局部放电检测方法，其包括以下步骤：首先在所述气体绝缘组合电器相应位置设置超高频传感器，对所述超高频传感器监测到的超高频信号进行频谱分析，经过频率筛查后确定检测频带；接着对所述检测频带内的超高频信号进行单频跟踪；在单频跟踪过程中出现异常时，测量出现异常的超高频信号的相关超高频特征数据，并依据超高频特征数据进行初步定位，确定一放电区域；然后在所述放电区域内设置声发射传感器，并对声发射信号进行监测；最后测量监测到声发射信号的相关声发射特征数据，依据声发射特征数据完成放电点的定位。

[0011] 所述GIS局部放电检测方法还包括在进行单频跟踪前对所述GIS内的气体成分进行检测并分析，以助于排除干扰，确定检测频带。

[0012] 所述GIS局部放电检测方法还包括：若在单频跟踪过程中未出现异常，则设置声发射检测点并进行声发射检测，将声发射信号转为可听声音，若可听声音出现异常，则测量监测到声发射信号的相关声发射特征数据，依据声发射特征数据完成对放电点的定位。

[0013] 所述GIS局部放电检测方法还包括：在完成对放电点的定位后，结合相关超高频特征数据及声发射特征数据进行综合比对和分析，并建立相关检测数据库。

[0014] 在上述进行声发射信号监测时，通过移动声发射传感器的位置来筛查信号最强点，并对信号最强点进行测量。而在测量出现异常的超高频信号的相关超高频特征数据时，还包括测量外施电压的情况。

[0015] 其中，所述单频跟踪是选择单一频率的超高频信号，对其信号的幅度进行连续跟踪；所述超高频传感器是设于所述气体绝缘组合电器外壳金属体不连续的地方。

[0016] 另外，进行初步定位是依据超高频特征数据中时域波形的时间差；而对放电点的定位是依据声发射特征数据中各声发射传感器所在位置的声强。

[0017] 本发明的气体绝缘组合电器局部放电检测方法，是通过超高频检测揉合声发射检测的综合检测方法，对GIS内局部放电进行监测及定位，其中，先进行超高频检测方法对局部放电信号进行监测，并在监测到放电信号时对其进行超高频特征数据的测量，进而初步定位，确定一放电区域；随后，利用声发射检测方法在上述放电区域内进行检测，从而获得声发射特征数据以及最终对放电点的确定。上述方法不仅对GIS局部放电的监测更加有效，而且获得的超高频特征数据及声发射特征数据能够相互比对分析，故更具有科学性，有助于对GIS局部放电的科学研究；且经过超高频特征数据的初步定位后，在范围较小的放电区域内进行声发射检测定位，不仅有效解决了声发射检测效率低的问题，而且使得定位更加精确有效，还能够更快发现放电点的精确位置。

附图说明

[0018] 图1为本发明一较佳实施例的气体绝缘组合电器局部放电检测方法的流程示意图。

具体实施方式

[0019] 以下通过较佳的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明也可通过其他不同的具体实例加以实施或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。

[0020] 本发明中所述气体绝缘组合电器(Gas Insulated Switchgear，以下简述为GIS)局部放电检测方法，可应用于电力系统的发电厂及变电站的GIS内部局部放电的监测、定位及研究。

[0021] 参见图1，本发明的一较佳实施例的气体绝缘组合电器局部放电检测方法流程，包括以下步骤：

[0022] 首先，执行步骤S11，在所述气体绝缘组合电器相应位置设置超高频传感器，对所述超高频传感器监测到的超高频信号进行频谱分析，经过频率筛查后确定检测频带，需要说明的是，原则上，所述超高频传感器可设于所述GIS外壳金属体不连续的地方，于本实施例中例如设置于GIS中的无金属法兰盆式绝缘子、绝缘子浇注孔、接地开关处绝缘子等位置，而选用的超高频传感器为外置式，检测频率为300MHz至1.1GHz，且超高频传感器的外壳其中五面都有金属屏蔽，仅一面不屏蔽以定向耦合超高频电磁波信号。

[0023] 另外，于本实施例中，进行频谱分析是由相应的频谱分析仪实现，启动频谱分析仪的全频段扫描，可测量由超高频传感器监测到的所有现场背景频率，有助于排除因背景干扰而产生的误判，排除电磁干扰。而对于检测频带的确定还需注意：对于超高频体内测量，频带选择主要取决于GIS筒体内径，以110kV GIS为例，一般管道直径为30cm，检测频率下限需大于300MHz。对于超高频体外测量，由于只能在无屏蔽的绝缘子盆上测量，绝缘子盆的厚度决定了频带选择，同时还需考虑外界干扰的频带，从抗干扰和灵敏度两方面考虑，采用体外测量时，通常外界背景干扰在250～750MHz范围。因此在体外法测量时超高频传感器的频带范围应选择在700～1300MHz之间。考虑到频率选择性和抗干扰因素，高端频率还应更高，因此测量频率可选择700～1500MHz之间。

[0024] 另外在步骤S12中，对所述GIS内的气体成分进行检测并分析，同样有助于排除干扰，确定检测频带。

[0025] 接着，进行步骤S13，是对根据步骤S11及步骤S12确定检测频带内的超高频信号进行单频跟踪，所述单频跟踪是选择单一频率的超高频信号，并对该频率的信号幅度进行连续跟踪，从而完全躲开干扰频带，信噪比大大提高。

[0026] 步骤S14，判断上述单频跟踪的超高频信号是否异常，即判断上述单一频率的超高频信号幅度是否出现异常。

[0027] 若上述步骤S14中出现异常，则进行步骤S15，测量出现异常的超高频信号的相关超高频特征数据，并依据超高频特征数据进行初步定位，确定一放电区域。需要说明的是，上述超高频特征数据包括例如：波形数据、频谱数据、相位数据等等，且可借由宽带高速示波器及频谱分析仪获得，另外，在测量出现异常的超高频信号的相关超高频特征数据时，还包括测量外施电压的情况，因为局部放电信号的强弱及特征与外施电压有直接的因果关系，外施电压的相位是研究放电特征的重要信息，因此应该尽量保证电压相位准确。

[0028] 另外，上述进行初步定位是依据所述超高频特征数据中时域波形的时间差分析计算而确定，例如：设置两个超高频传感器，且这两个超高频传感器的高频响应特性、及信号电缆长度相同的前提条件下，设两超高频传感器的距离为S，而放电位置到其中一个超高频传感器的距离为x，两传感器接收到放电信号的时间差为Δt(可由波形得知)，超高频电磁8
波的传播速度为c(3×10m/s)，则放电位置可按下式计算:x＝(cΔt+s)/2；而根据超高频原始波形的前几个脉冲的时间差，并考虑固有误差，精度可达1m，其中，要求示波器的采样
9
率不能低于10Sa/s，带宽不低于1GHz。

[0029] 经过步骤S15的初步定位，然后进行步骤S17，在所述放电区域内设置声发射传感器，并对声发射信号进行监测。需要说明的是：在进行声发射检测过程中(包括监测及测量)可借助声发射传感器、外置放大器、主放大器和检波器、声音输出、量值计算和显示等部件。其中，声发射传感器的谐振频率为30kHz，测量频率为10kHz至500kHz；而声发射信号可送入宽带高速示波器存储，也可转为可听声音，便于检测人员判断可听声音是否异常。

[0030] 接着在步骤S18中，测量监测到声发射信号的相关声发射特征数据，依据声发射特征数据完成放电点的定位，而这里对放电点的定位是依据声发特征数据中各声发射传感器所在位置的声强，例如根据声发射信号在GIS外壳四周的强度分布、沿着GIS外壳轴向传播情况、经过盆式绝缘子的衰减情况的研究，可知声发射信号的衰减较快，而进行定点定位时可根据声强等高线图完成；在上述进行声发射信号监测时，通过移动声发射传感器的位置来筛查信号最强点，并对信号最强点进行测量，而以强度最大点定位，精度可达10cm。

[0031] 若在步骤S14中若未出现异常，则进行步骤S16，设置声发射传感器并进行声发射检测，将声发射信号转为可听声音，判断可听声音是否异常，若出现异常则进行步骤S18。

[0032] 最后，进行步骤S19，在完成对放电点的定位后，结合相关超高频特征数据及声发射特征数据进行综合比对和分析，并建立相关检测数据库。例如：以脉冲序列波形、单脉冲波形、单频率跟踪波形、相位分布图、频率分布图等图谱显示GIS局部放电，而这些典型的图谱和放电特征，可为现场实测结果的分析与判断提供参考和借鉴。另外，于本实施例中，在研究上述检测数据库反应的GIS常见放电性缺陷的基础上，以110kV GIS间隔为基础构建了六大类放电模型，包括绝缘子上的金属颗粒、外壳内壁的金属颗粒、表面有闪络痕迹的绝缘子、外壳内壁的非金属遗留物、高压导体金属尖端、悬浮颗粒放电模型。通过改变颗粒的轻重和大小、尖端的锐度、非金属遗留物的种类、闪络痕迹的宽窄等，可以模拟不同的放电严重程度。而通过上述GIS局部放电的大量模型试验、出厂检测、现场检测，积累了近千个典型放电数据。其中，涉及的GIS设备额定电压可从110kV至550kV，而工作状况包括运行中、交接耐压、启动带电等。因此，上述建立的相关检测数据库由于更具有科学性，所以有助于对GIS局部放电的排查及科学研究。

[0033] 综上所述，本发明的气体绝缘组合电器局部放电检测方法不仅对GIS局部放电的监测更加有效，而且获得的超高频特征数据及声发射特征数据能够相互比对分析，故更具有科学性，有助于对GIS局部放电的科学研究；且经过超高频特征数据的初步定位后，在范围较小的放电区域内进行声发射检测定位，不仅有效解决了声发射检测效率低的问题，而且使得定位更加精确有效，且能够更快发现放电点的精确位置。

[0034] 上述实施例仅为例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与变化。因此，本发明的权利保护范围，应以权利要求书的范围为依据。