特高频局部放电检测技术

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1、特 高 频 局 部 放 电 检 测 技 术 主要内容 特 高 频 局 部 放 电 检 测 的 原 理1 特 高 频 局 部 放 电 检 测 仪 器 及 工 具2 特 高 频 局 部 放 电 检 测 方 法 及 注 意 事 项3 数 据 、 图 谱 的 分 析 及 诊 断4 典 型 案 例 分 析5 一 、 特 高 频 局 部 放 电 检 测 的 原 理电 力 设 备 绝 缘 体 中 绝 缘 强 度 和 击 穿 场 强 都 很 高 ， 当 局 部 放 电在 很 小 的 范 围 内 发 生 时 ， 击 穿 过 程 很 快 ， 将 产 生 很 陡 的 脉 冲电 流 ， 其 上 升 时 间 小 于 1

2、ns， 并 激 发 频 率 高 达 数 GHz的 电 磁 波 。应 用 宽 带 高 频 天 线 （ 300MHz-1.5GHz传 感 器 ） 检 测 GIS内 部局 放 电 流 激 发 的 电 磁 波 信 号 ， 从 而 反 应 GIS内 部 局 部 放 电 的 类型 及 大 体 位 置 。 根 据 传 感 器 安 装 位 置 不 同 ， 该 方 法 分 为 内 置法 与 外 置 法 两 种 。由 于 现 场 的 晕 干 扰 主 要 集 中 在 300MHz频 段 以 下 ， 因 此 特 高 频法 能 有 效 地 避 开 现 场 的 电 晕 等 干 扰 ， 具 有 较 高 的 灵 敏 度 和

3、抗干 扰 能 力 ， 可 实 现 局 部 放 电 带 电 检 测 、 定 位 以 及 缺 陷 类 型 识别 等 优 点 。 内 置 式 特 高 频 传 感 器 外 置 式 特 高 频 传 感 器 UHF信 号 在 GIS中 的 传 播 衰 减GIS的 金 属 同 轴 结 构 可 视 为 一 个 良 好 的 电 磁 波 导 ，放 电 所 形 成 的 高 阶 电 磁 波 TE和 TM（ f300MHz） ，可 沿 波 导 方 向 无 衰 减 地 进 行 转 播 ；绝 缘 屏 障 会 造 成 2dB信 号 衰 减转 角 结 构 会 造 成 6dB信 号 分 散 (-6dB)(-2dB)0dB特 高

4、频 电 磁 波 传 输 与 衰 减 示 意 图 二 、 特 高 频 局 部 放 电 检 测 仪 器 及 工 具 特 高 频 局 部 检 测 仪 的 基 本 要 求 特 高 频 局 放 检 测 仪 的 组 成 特 高 频 局 放 检 测 其 它 常 用 工 具 GIS特 高 频 局 放 仪 常 用 谱 图 二 、 特 高 频 局 部 放 电 检 测 仪 的 基 本 要 求 能 够 有 效 抑 制 或 排 除 干 扰 ； 可 根 据 现 场 实 际 情 况 调 整 局 部 放 电 的 检 测 周 期 、 检 出 阈 值和 报 警 阈 值 等 参 数 ； 可 用 外 施 高 压 电 源 进 行 同

5、步 （ 外 同 步 ） ， 并 可 通 过 移 相 的方 式 ， 对 测 量 信 号 进 行 观 察 和 分 析 ； 测 试 线 长 度 满 足 要 求 ， 且 接 头 牢 固 不 易 损 坏 （ 最 好 N型 接头 ） 局 部 放 电 检 测 应 提 供 局 部 放 电 信 号 的 幅 值 、 相 位 、 放 电 频次 等 信 息 中 的 一 种 或 几 种 ， 并 可 采 用 PRPS、 PRPD等 常 用谱 图 进 行 展 示 。 二 、 特 高 频 局 部 放 电 检 测 仪 的 组 成特 高 频 传 感 器 ： 耦 合 器 ， 感 应 3 0 0 M-1 .5 GHz的 特 高 频

6、无 线电 信 号 ；信 号 放 大 器 （ 可 选 ） ： 某 些 局 放 检 测 仪 会 包 含 信 号 放 大 器， 对 来 自 前 端 的 局 放 信 号 做 放 大 处 理 ；滤 波 器 （ 可 选 ） ： 如 果 现 场 检 测 在 某 一 频 段 存 在 较 强 干 扰， 可 使 用 特 定 的 滤 波 器 将 其 滤 掉 ， 从 而 达 到 抗 干 扰 目 的 ；检 测 仪 器 主 机 ： 接 收 、 处 理 耦 合 器 采 集 到 的 特 高 频 局 部 放电 信 号 ；分 析 主 机 （ 笔 记 本 电 脑 ） ： 运 行 局 放 分 析 软 件 ， 对 采 集 的数 据 进

7、 行 处 理 ， 识 别 放 电 类 型 ， 判 断 放 电 强 度 ； 特 高 频 局 放 测 试 仪 组 成 示 意 图 3、 特 高 频 局 放 检 测 其 它 常 用 工 具高 速 示 波 器 ： 一 般 2G以 上 采 样 速 率 ， 可 对 特 高 频 原 始 信号 进 行 观 察 ， 并 利 用 各 个 通 道 采 集 信 号 的 时 间 差 来 进 行定 位 ；频 谱 仪 ： 根 据 频 谱 特 性 进 一 步 确 认 是 放 电 还 是 干 扰 ， 如果 是 干 扰 可 分 析 干 扰 信 号 频 段 ， 通 过 使 用 滤 波 器 来 过 滤掉 干 扰 信 号 ；屏 蔽 带

8、 ： 屏 蔽 外 部 干 扰 最 基 本 的 工 具 ， 一 般 用 金 属 布 制成 ， 同 时 能 起 到 增 强 检 测 信 号 及 固 定 传 感 器 的 作 用 。 4、 GIS特 高 频 局 放 仪 两 种 常 用 谱 图PRPS（ 脉 冲 序 列 相 位 分 布 ） 谱 图 PRPD（ 局 部 放 电 相 位 分 解 ） 谱 图 3、 特 高 频 局 部 放 电 检 测 方 法及 注 意 事 项检 测 条 件 要 求检 测 周 期安 全 注 意 事 项检 测 接 线传 感 器 放 置 部 位 部 位 及 要 求 操 作 流 程常 见 注 意 事 项 1 、 检 测 条 件 要 求

9、 被 检 设 备 是 带 电 运 行 设 备 ， 绝 缘 盆 子 为 非 金 属 封 闭 或 内 置有 传 感 器 ； 设 备 为 额 定 气 体 压 力 ， 在 设 备 上 无 各 种 外 部作 业 ； 在 检 测 时 应 最 大 限 度 保 持 测 试 周 围 信 号 的 干 净 ， 尽 量 减 少人 为 制 造 出 的 干 扰 信 号 ， 例 如 ： 手 机 信 号 、 照 相 机 闪 光 灯信 号 、 照 明 灯 信 号 等 ； 进 行 室 外 检 测 避 免 雨 、 雪 、 雾 、 露 等 相 对 湿 度 大 于 8 0 的天 气 条 件 。 2 、 检 测 周 期 投 运 后 及

10、大 修 后 1 个 月 内 应 对 本 体 进 行 一 次 局 部 放 电 检 测； 正 常 情 况 下 ， 半 年 至 一 年 检 测 一 次 ； 检 测 到 GIS有 异 常 信 号 但 不 能 完 全 判 定 时 ， 可 根 据 GIS设 备的 运 行 工 况 ， 应 缩 短 检 测 周 期 ， 增 加 检 测 次 数 ， 应 并 分 析信 号 的 特 点 和 发 展 趋 势 ； 必 要 时 ， 对 重 要 部 件 （ 如 断 路 器 、 隔 离 开 关 、 母 线 等 ） 进行 局 部 放 电 重 点 检 测 ； 对 于 运 行 年 限 超 过 1 5 年 以 上 的 GIS设 备 ，

11、 宜 考 虑 缩 短 检 测周 期 ， 迎 峰 度 夏 （ 冬 ） 、 重 大 保 电 活 动 前 应 增 加 检 测 次 数。 3 、 安 全 注 意 事 项为 确 保 安 全 生 产 ， 特 别 是 确 保 人 身 安 全 ， 除 严 格 执 行 电 力相 关 安 全 标 准 和 安 全 规 定 之 外 , 还 应 注 意 以 下 几 点 : 检 测 时 应 勿 碰 勿 动 其 它 带 电 设 备 ； 防 止 传 感 器 坠 落 到 GIS管 道 上 ， 避 免 发 生 事 故 ； 保 证 待 测 设 备 绝 缘 良 好 ， 以 防 止 低 压 触 电 ； 在 狭 小 空 间 中 使 用

12、传 感 器 时 ， 应 尽 量 避 免 身 体 触 碰 GIS管道 ； 行 走 中 注 意 脚 下 ， 避 免 踩 踏 设 备 管 道 ； 在 进 行 检 测 时 ， 要 防 止 误 碰 误 动 GIS其 它 部 件 ； 在 使 用 传 感 器 进 行 检 测 时 ， 应 戴 绝 缘 手 套 ， 避 免 手 部 直 接接 触 传 感 器 金 属 部 件 。 4 、 检 查 接 线 在 采 用 特 高 频 法 检 测 局 部 放 电 的 过 程 中 ， 应 按照 所 使 用 的 特 高 频 局 放 检 测 仪 操 作 说 明 ， 连 接 好传 感 器 、 信 号 放 大 器 、 检 测 仪 器

13、主 机 等 各 部 件 ，通 过 绑 带 （ 或 人 工 ） 将 传 感 器 固 定 在 盆 式 绝 缘 子上 ， 必 要 的 情 况 下 ， 可 以 接 入 信 号 放 大 器 。 特 高 频 局 放 检 测 仪 连 接 示 意 图 5、 传 感 器 放 置 部 位 部 位 及 要 求GIS内 部 局 部 放 电 产 生 的 特 高 频 信 号 在 GIS腔 体 内 以 横 向 电磁 波 方 式 传 播 ， 只 有 在 GIS壳 的 金 属 非 连 续 部 位 才 能 泄 漏 出来 。 在 GIS上 只 有 无 金 属 法 兰 的 绝 缘 子 、 观 察 窗 、 接 地 开 关的 外 露 绝

14、 缘 件 、 内 置 式 CT、 PT二 次 接 线 盒 等 部 位 才 能 测 量到 信 号 ， 特 高 频 传 感 器 需 安 置 在 这 些 部 位 ；传 感 器 应 与 盆 式 绝 缘 子 紧 密 接 触 ， 且 应 放 置 于 两 根 禁 锢 盆 式绝 缘 子 螺 栓 的 中 间 ， 以 减 少 螺 栓 对 内 部 电 磁 波 的 屏 蔽 及 传 感器 与 螺 栓 产 生 的 外 部 静 电 干 扰 ；在 测 量 时 应 尽 可 能 保 证 传 感 器 与 盆 式 绝 缘 子 的 接 触 ， 不 要 因为 传 感 器 移 动 引 起 的 信 号 而 干 扰 正 确 判 断 ； 6、

15、特 高 频 局 部 放 电 检 测 操 作 流 程在 采 用 特 高 频 法 检 测 局 部 放 电 时 ， 典 型 的 操 作 流 程 如 下 ：1） 设 备 连 接 ： 按 照 设 备 接 线 图 连 接 测 试 仪 各 部 件 ， 将 传感 器 固 定 在 盆 式 绝 缘 子 上 ， 将 检 测 仪 主 机 及 传 感 器 正 确 接 地 ，电 脑 、 检 测 仪 主 机 连 接 电 源 ， 开 机 。2） 工 况 检 查 ： 开 机 后 ， 运 行 检 测 软 件 ， 检 查 主 机 与 电 脑通 信 状 况 、 同 步 状 态 、 相 位 偏 移 等 参 数 ； 进 行 系 统 自

16、检 ， 确认 各 检 测 通 道 工 作 正 常 。3） 设 置 检 测 参 数 ： 设 置 变 电 站 名 称 、 检 测 位 置 并 做 好 标注 。 根 据 现 场 噪 声 水 平 设 定 各 通 道 信 号 检 测 阈 值 。4） 信 号 检 测 ： 打 开 连 接 传 感 器 的 检 测 通 道 ， 观 察 检 测 到的 信 号 。 如 果 发 现 信 号 无 异 常 ， 保 存 少 量 数 据 ， 退 出 并 改 变检 测 位 置 继 续 下 一 点 检 测 ； 如 果 发 现 信 号 异 常 ， 则 延 长 检 测 时 间 并 记 录 多 组 数 据 ， 进 入 异 常 诊 断

17、流 程 。 必 要 的 情 况 下 ，可 以 接 入 信 号 放 大 器 。 7、 常 见 注 意 事 项1、 在 检 测 过 程 中 ， 必 须 保 证 电 源 零 线 火 线 的 正 确 性 。 通 常 要 求插 座 为 左 侧 零 线 ， 右 侧 火 线 ；2、 使 用 内 同 步 时 ， 必 须 要 从 现 场 检 修 电 源 箱 或 室 内 墙 上 插 座 去电 ， 不 能 使 用 逆 变 电 源 或 发 电 机 供 电 ；3、 对 每 个 GIS间 隔 进 行 检 测 时 ， 在 无 异 常 局 放 信 号 的 情 况 下 只 需存 储 断 路 器 仓 盆 式 绝 缘 子 的 三

18、维 信 号 ， 其 它 盆 式 绝 缘 子 必 须检 测 但 可 不 用 存 储 数 据 。 在 检 测 到 异 常 信 号 时 ， 必 须 对 该 间隔 每 个 绝 缘 盆 子 进 行 检 测 并 存 储 相 应 的 数 据 ；4、 在 开 始 检 测 时 ， 不 需 要 加 装 放 大 器 进 行 测 量 。 若 发 现 有 微 弱的 异 常 信 号 时 ， 可 接 入 放 大 器 将 信 号 放 大 以 方 便 判 断 。5、 绝 缘 缺 陷 并 非 一 定 导 致 局 部 放 电 或 持 续 的 局 部 放 电 。 局 部 放电 经 常 是 断 续 发 生 的 。 投 运 前 和 检

19、修 后 的 GIS交 接 试 验 中 进 行局 部 放 电 带 电 检 测 时 ， 建 议 用 橡 胶 锤 敲 击 GIS壳 体 ， 激 发 悬 浮 电 位 局 部 放 电 以 增 加 检 测 的 有 效 性 。6、 局 部 放 电 类 型 识 别 的 准 确 程 度 取 决 于 经 验 和 数 据 的 不 断 积 累 ，检 测 结 果 和 检 修 结 果 确 定 以 后 ， 应 保 留 波 形 和 谱 图 数 据 ， 作为 今 后 局 部 放 电 类 型 识 别 的 依 据 。 识 别 并 排 除 干 扰 对 放 电 类 型 进 行 识 别 对 放 电 源 进 行 定 位 对 放 电 信 号

20、 危 险 性 评 估 ， 制 定 检 修 策 略四 、 数 据 、 图 谱 的 分 析 与 诊 断 1、 识 别 并 排 除 干 扰 的 方 法1） 排 除 法 ： 在 开 始 测 试 前 ， 尽 可 能 排 除 干 扰 源 的 存 在 ，比 如 关 闭 荧 光 灯 和 关 闭 手 机 ， 检 查 周 围 有 无 悬 浮 放 电的 金 属 部 件 ； 2） 屏 蔽 带 法 抗 干 扰 ；3） 信 号 识 别 抗 干 扰 ： 现 场 最 常 见 的 干 扰 信 号 雷 达 噪 声 ，移 动 电 话 噪 声 ， 荧 光 噪 声 和 马 达 噪 声 。 下 面 简 明 列 举了 上 述 几 种 信

21、号 的 典 型 谱 图 4) 背 景 测 量 抗 干 扰 背 景 传 感 器设 备 传 感 器测 量 设 备 5) 定 位 测 量 抗 干 扰 -平 面 分 法P 传 感 器 A 传 感 器 B传 感 器 B 传 感 器 A传 感 器 A P 6） 利 检 测 频 段 选 择 和 滤 波 抗 干 扰 ： 针 对 固 定 存 在 信 号 较强 的 干 扰 ， 可 通 过 频 谱 仪 分 析 干 扰 存 在 的 频 段 ， 使 用滤 波 器 将 其 过 滤 掉 达 到 抗 干 扰 目 的 2、 放 电 类 型 识 别 排 除 掉 干 扰 ， 确 定 为 内 部 放 电 后 ， 需 要 对 放 电

22、类型 进 行 识 别 。 GIS内 部 放 电 主 要 有 4类 ： 电 晕 放 电 ， 空穴 放 电 和 悬 浮 电 位 放 电 ， 自 由 金 属 颗 粒 放 电 ， 以 及 绝缘 沿 面 放 电 。 下 面 简 明 列 举 了 上 述 几 种 信 号 的 典 型 谱图 ， 包 括 各 类 信 号 的 PRPS图 谱 、 PRPD图 谱 和 峰 值 检测 图 谱 3、 放 电 源 定 位 幅 值 定 位 ， 依 靠 各 个 检 测 部 位 检 测 信 号 大 小 定 位 ， 是 最 常用 定 位 方 法 ， 但 只 能 大 概 确 定 某 一 气 室 或 区 域 ， 且 有 时 几个 检

23、测 部 位 信 号 幅 值 差 别 很 小 无 法 判 断 ， 甚 至 某 些 情 况 会出 现 离 信 号 远 的 部 位 幅 值 比 离 信 号 源 近 的 部 位 还 要 大 。 时 差 定 位 ， 通 过 可 分 辨 纳 秒 高 速 示 波 器 比 较 两 个 检 测 部 位检 测 信 号 的 时 间 差 来 对 信 号 进 行 定 位 ， 如 分 辨 率 能 达 到 1纳 秒 ， 则 定 位 精 度 可 达 30cm， 定 位 可 靠 ， 需 要 好 的 仪 器及 经 验 x L-xS1,t1 S2,t2 L2xct t2 t1 Lct2x 时 差 定 位 原 理L优 点 ： 原 理

24、 简 单 、 运 用 方 便 、 定 位 较 为 准 确 。缺 点 ： 信 号 的 时 差 在 ns量 级 ， 因 此 不 仅 需 要 测 量 设 备 具 有 很高 的 采 样 率 和 频 宽 ， 还 要 求 被 测 信 号 的 起 始 脉 冲 清 晰 ， 以 读取 信 号 的 起 始 时 间 。 4、 信 号 危 险 性 评 估 及 检 修 策 略当 前 无 相 关 的 标 准 依 据 ， 特 高 频 无 法 简 单 通 过 信 号 大 小 来判 断 危 害 性 。 根 据 信 号 幅 值 、 放 电 源 位 置 、 放 电 类 型 初 步评 估 危 害 性 ， 观 察 信 号 变 化 趋

25、势 ， 并 可 采 取 其 它 手 段 辅 助分 析 。 从 检 修 结 果 到 指 导 检 修 策 略 目 前 仍 有 较 大 鸿 沟 ；在 局 部 放 电 带 电 检 测 中 ， 如 果 检 测 到 放 电 信 号 ， 同 时 定 位结 果 位 于 重 要 设 备 如 断 路 器 、 电 压 互 感 器 、 隔 离 开 关 、 接地 刀 闸 或 盆 式 绝 缘 子 处 ， 则 应 尽 快 安 排 停 电 检 修 。 如 果 放电 源 位 于 非 关 键 部 位 ， 则 应 缩 短 检 测 周 期 ， 关 注 放 电 信 号的 强 度 和 放 电 模 式 的 变 化 。检 测 到 信 号 为

26、 绝 缘 内 部 放 电 或 绝 缘 表 面 放 电 ， 则 应 尽 快 安排 停 电 检 修 ， 刀 闸 屏 蔽 罩 悬 浮 放 电 可 通 过 操 作 后 观 察 信 号趋 势 来 决 定 是 否 检 修 ； 细 小 的 尖 刺 放 电 可 通 过 跟 踪 检 测 ，关 注 信 号 强 度 变 化 来 决 定 是 否 检 修 5、 异 常 局 放 信 号 诊 断 注 意 事 项 当 在 空 气 中 也 能 检 测 到 异 常 信 号 时 ， 首 先 要 观 察 分 析 坏 境 中 可 能 的 干扰 源 。 能 去 除 的 应 先 去 除 干 扰 后 在 进 行 检 测 、 分 析 ； 当

27、传 感 器 放 置 于 盆 式 绝 缘 子 后 检 测 出 异 常 信 号 ， 此 时 拿 开 传 感 器 再 查看 在 空 气 中 检 测 到 的 图 谱 是 否 与 置 于 盆 式 绝 缘 子 上 检 测 到 的 图 谱 是 否一 致 。 若 一 致 并 且 信 号 更 大 ， 则 基 本 可 判 断 为 外 部 干 扰 ； 若 不 一 样 或变 小 ， 则 需 进 一 步 检 测 判 断 ； 当 该 间 隔 检 测 出 异 常 信 号 时 ， 可 检 测 该 间 隔 相 邻 间 隔 的 信 号 。 看 是 否也 存 在 相 近 的 异 常 信 号 ， 若 没 有 异 常 信 号 存 在

28、， 则 该 间 隔 的 异 常 信 号可 能 为 内 部 信 号 ； 检 测 出 异 常 信 号 时 ， 查 看 人 工 智 能 分 析 软 件 给 出 的 结 论 是 否 为 放 电 ，但 不 能 完 全 依 赖 软 件 自 动 分 析 结 果 ； 当 检 测 出 异 常 信 号 时 ， 必 要 时 可 使 用 工 具 把 传 感 器 绑 置 于 盆 式 绝 缘 子处 进 行 长 时 间 检 测 。 时 间 至 少 长 于 15分 钟 ， 可 通 过 分 析 峰 值 监 测 图 谱、 放 电 重 复 率 图 谱 等 局 放 图 谱 来 进 行 判 断 。 2010年 3月 22日 ， 江 苏

29、 省 电 力 试 验 研 究 院 使 用 特 高频 法 、 超 声 波 法 和 SF6气 体 成 分 检 测 法 在 对 某 220kVGIS带 电 检 测 时 ， 在 某 间 隔 B相 出 线 的 三 个 盆 式 绝 缘 子 处 均测 量 到 较 强 的 特 高 频 局 放 信 号 ， 超 声 波 法 和 SF6气 体 成分 分 析 法 均 为 测 量 到 可 疑 信 号 。 随 着 信 号 的 逐 步 变 大 ， 对 存 在 疑 似 信 号 的 绝 缘 子进 行 了 解 体 更 换 处 理 。 由 于 处 理 及 时 准 确 ， 避 免 了 重大 事 故 的 发 生 。1、 特 高 频 检

30、 测 GIS盆 式 绝 缘 子 内 部 气 隙 缺 陷案 件 经 过 特 高 频 法 测 量 到 的 信 号 如 图 通 过 对 局 放 信 号 传 播 衰 减 比 较 法 进 行 初 步 判 断 ， 结 果 表 明 ， 位置 G处 的 异 常 信 号 幅 值 最 大 ， 如 图 ： 然 后 在 存 在 疑 似 信 号 的 绝 缘 子 处 安 装 了 局 部 放 电 特 高 频 在 线 监测 系 统 ， 进 行 24小 时 监 控 。 一 直 持 续 到 6月 份 ， 发 现 信 号 在 逐 步 增 大 ，随 即 决 定 解 体 更 换 存 在 疑 似 信 号 部 位 的 F、 G、 H的 盆 式 绝 缘 子 。 对 更 换 后 的 F、 G、 H进 行 X光 探 伤 、 耐 压 、 局 部 放 电试 验 ， 结 果 表 明 F、 H盆 子 通 过 X光 探 伤 、 耐 压 、 局 部 放 电 试验 ， 而 G号 盆 子 仅 通 过 了 耐 压 试 验 ， 在 其 内 部 发 现 浇 口 下 部发 现 一 条 长 约 150mm、 直 径 约 为 2mm的 气 泡 ， 其 局 部 放 电量 为 2.37nC， 如 图 所 示 。 对 其 进 行 解 体 后 可 见 明 显 的 气 泡 ， 如 图 所 示 ：