一種適用于陡波侵入gis絕緣狀態(tài)在線監(jiān)測診斷裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種適用于陡波侵入GIS絕緣狀態(tài)在線監(jiān)測診斷裝置，包括超聲波傳感器、供電單元、前置放大器，窄帶電流傳感器、寬帶高頻電流傳感器、浪涌保護器和信號處理系統(tǒng)；所述窄帶電流傳感器和寬帶高頻電流傳感器穿套在GIS設(shè)備接地線上，用于接收接地電流信號，并將接地電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，電壓信號通過陡波過電壓侵入保護后端處理器的浪涌保護器輸出至信號處理系統(tǒng)；所述信號處理系統(tǒng)包括控制與處理單元、信號調(diào)理單元、信號預(yù)處理單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元和顯示單元。本實用新型采用聲電聯(lián)合方式在線監(jiān)測陡波電壓侵入GIS類設(shè)備絕緣狀態(tài)，實時監(jiān)測GIS類設(shè)備絕緣損傷，對提高電力系統(tǒng)運行的安全性和可靠性具有重用意義。
【專利說明】一種適用于陡波侵入GIS絕緣狀態(tài)在線監(jiān)測診斷裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及GIS絕緣狀態(tài)在線監(jiān)測領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種適用于陡波侵入GIS絕緣狀態(tài)在線監(jiān)測診斷裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]氣體絕緣金屬封閉式組合電器(Gas Insulated Switchgear,簡稱GIS)在實際運行和實驗中發(fā)現(xiàn)，GIS內(nèi)部的隔離開關(guān)在切合小容量負(fù)載時，由于觸頭運動速度慢、隔離開關(guān)滅弧能力弱等原因，觸頭間可能會發(fā)生重?fù)舸a(chǎn)生波頭很陡的行波，在GIS內(nèi)發(fā)生多次折反射，形成頻率高達(dá)MHz數(shù)量級的操作過電壓,稱之為快速暫態(tài)過電壓(very fasttransient over-voltage, VFTO)。VFTO含有三個主要的頻率分量:2MHz的基本振蕩頻率、1MHz的高頻分量和40MHz的快速暫態(tài)分量，其中40MHz的快速暫態(tài)分量是陡形侵入波在GIS中發(fā)展形成的，直接影響著GIS的絕緣。
[0003]在實際運行中多次發(fā)生由VFTO過電壓引發(fā)的事故，GIS中的支撐絕緣子通常是GIS絕緣中最薄弱的環(huán)節(jié)，GIS在制造和運行中都難免會產(chǎn)生由于導(dǎo)電微粒等原因所導(dǎo)致的電場集中，特別是GIS在加工、裝配過程中以及開關(guān)操作時的電弧燃燒都會產(chǎn)生一些導(dǎo)電微粒，導(dǎo)電微粒在電場作用下很容易附著在絕緣子表面，使絕緣子沿面閃絡(luò)電壓顯著降低。研究結(jié)果表明:當(dāng)GIS中的盆式絕緣子表面無導(dǎo)電微粒附著時，VFTO作用下的SF6氣隙擊穿電壓并不比其在雷電作用下的擊穿電壓低(在GIS設(shè)備選型時，就是以雷電沖擊過電壓為依據(jù)加以選擇的)。而當(dāng)絕緣子表面存在由金屬微?；虮砻骐姾杉鄣仍蛟斐傻木植侩妶黾袝r， 即使在實際應(yīng)用氣壓范圍(0.3-0.5MPa)內(nèi)，VFTO作用下的絕緣子沿面放電電壓也遠(yuǎn)低于雷電作用下的沿面放電電壓值。
[0004]無論是雷電沖擊電壓還是由GIS中的隔離開關(guān)分合母線電容電流時產(chǎn)生的快速暫態(tài)過電壓，均具有上升時間短及幅值高的特點，因此當(dāng)這些陡波侵入GIS中時，可能會在GIS的不同部位，如高壓開關(guān)本身、絕緣間隙、絕緣子、套管等出現(xiàn)故障，這不僅影響金屬封閉開關(guān)設(shè)備本身的可靠性，而且對其鄰近的電力變壓器絕緣結(jié)構(gòu)也造成很大危險。
[0005]當(dāng)運行工況下GIS遭遇陡波電壓侵入時，可能使本來不發(fā)生局部放電的GIS類設(shè)備發(fā)生局部放電。假定當(dāng)兩種電壓疊加時，陡波與交流的放電機理相互沒有影響，當(dāng)沖擊電壓的幅值足夠高時，使得總的電壓幅值達(dá)到主放電的電壓Ucb時，出現(xiàn)放電。這次放電建立起很高的反向電壓，隨著陡波沖擊電壓下降，就會在幾十μ s內(nèi)出現(xiàn)幾次放電，這過程與沖擊電壓下的局部放電過程相同。在沖擊電壓消失后，氣隙上經(jīng)過幾次放電會留下一定的殘余反向電壓Up，這個電壓疊加在交流電壓上，隨著交流電壓瞬時值Uc，的升高，一旦達(dá)到氣隙的交流擊穿電壓Uc^時，又出現(xiàn)放電，如圖1(a)表示只發(fā)生一次放電，以后就不會再出現(xiàn)放電；圖1(b)表示不僅在第一個半周出現(xiàn)放電，而且在以后各個半周期內(nèi)都會持續(xù)出現(xiàn)放電，顯然后者對絕緣的破壞嚴(yán)重得多。是否會出現(xiàn)這種情況，決定于交流電壓的幅值、沖擊放電的剩余電壓幅值、沖擊電壓作用在交流電壓上的相位以及缺陷的放電電壓等。絕緣劣化缺陷在沖擊電壓下產(chǎn)生放電后，絕緣缺陷的擊穿電壓會降低，再加上剩余電壓的疊加影響，總是會加劇局部放電，因此，實時在線監(jiān)測陡波侵入GIS絕緣狀態(tài)變化，對于GIS類設(shè)備安全運行具有重要的實際意義。因此陡波侵入GIS絕緣狀態(tài)在線監(jiān)測診斷方法具有重要的工程應(yīng)用價值。
實用新型內(nèi)容
[0006]本實用新型要解決的技術(shù)問題在于，提供一種適用于陡波侵入GIS絕緣狀態(tài)在線監(jiān)測診斷裝置，可實時監(jiān)測陡波電壓侵入前后GIS絕緣狀態(tài)變化，提供陡波侵入電壓類型、GIS局部放電類型及擊芽定位結(jié)果。
[0007]本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:構(gòu)造一種適用于陡波侵入GIS絕緣狀態(tài)在線監(jiān)測診斷裝置，包括超聲波傳感器、供電單元、前置放大器，窄帶電流傳感器、寬帶高頻電流傳感器、浪涌保護器和信號處理系統(tǒng)，
[0008]所述超聲波傳感器分別布置在GIS設(shè)備各氣室支撐絕緣子旁，所述超聲波傳感器接收GIS局部放電或擊穿時產(chǎn)生的超聲波信號，經(jīng)供電單元和前置放大單元輸出至信號處理系統(tǒng)；
[0009]所述窄帶電流傳感器和寬帶高頻電流傳感器穿套在GIS設(shè)備接地線上，用于接收接地電流信號，并將接地電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，電壓信號通過陡波過電壓侵入保護后端處理器的浪涌保護器輸出至信號處理系統(tǒng)；
[0010]所述信號處理系統(tǒng)包括控制與處理單元、信號調(diào)理單元、信號預(yù)處理單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元和顯示單元，所述前置放大單元和浪涌保護器輸出的信號通過信號調(diào)理單元、信號預(yù)處理單元和模數(shù)轉(zhuǎn)換單元后，在顯示系統(tǒng)上實時顯示監(jiān)測數(shù)據(jù)圖譜，所述控制與處理單元分別控制所述信號調(diào)理單元、信號預(yù)處理單元和模數(shù)轉(zhuǎn)換單元。
[0011 ] 按上述方案，所述信號處理系統(tǒng)為服務(wù)器接口監(jiān)測平臺。
[0012]按上述方案，所述超聲波傳感器的接收器采用壓電陶瓷制作，接收頻率范圍為60kHz-400kHz ο
[0013]按上述方案，所述窄帶電流傳感器采用羅氏線圈電流傳感器，頻率范圍是20kHz-3MHz。
[0014]按上述方案，所述寬帶高頻電流傳感器采用羅氏線圈電流傳感器，頻率范圍是1ΜΗζ-50ΜΗζο
[0015]按上述方案，所述浪涌保護器標(biāo)稱放電電流10kA，限制電壓〈120V，頻率范圍>10MHz O
[0016]實施本實用新型的適用于陡波侵入GIS絕緣狀態(tài)在線監(jiān)測診斷裝置，具有以下有益效果:
[0017]1、本實用新型采用聲電聯(lián)合方式在線監(jiān)測陡波電壓侵入GIS類設(shè)備絕緣狀態(tài)，實時監(jiān)測GIS類設(shè)備絕緣損傷，對提高電力系統(tǒng)運行的安全性和可靠性具有重用意義；
[0018]2、本實用新型采用非電連接方式提取陡波侵入電壓波形信息，采用兩個不同頻帶的電流傳感器采集陡波基本振蕩頻率信號和高頻快速暫態(tài)信號，建立絕緣預(yù)損傷報警模式，提高GIS類設(shè)備絕緣安全管理水平；
[0019]3、本實用新型通過提取陡波侵入GIS類設(shè)備引起超聲波局部放電特征參量，提出標(biāo)定絕緣損傷缺陷類型方法，并建立絕緣損傷程度判別方法，對超/特高壓GIS類設(shè)備絕緣狀態(tài)管理和系統(tǒng)的穩(wěn)定運行都有重大意義。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]下面將結(jié)合附圖及實施例對本實用新型作進一步說明，附圖中:
[0021]圖1 (a)、圖1 (b)為陡波電壓侵入運行工況GIS類設(shè)備后GIS絕緣劣化嚴(yán)重程度的局部放電表征。
[0022]圖2 (a)、圖2 (b)為典型雷電沖擊電壓侵入波和快速暫態(tài)過電壓侵入波；
[0023]圖3為本實用新型適用于陡波侵入GIS絕緣狀態(tài)在線監(jiān)測診斷裝置的結(jié)構(gòu)框圖；
[0024]圖4 (a)、圖4 (b)為本實用新型寬帶高頻電流傳感器監(jiān)測典型陡波侵入電壓信號及其頻率特性；
[0025]圖5為本實用新型中寬帶高頻電流傳感器監(jiān)測典型陡波侵入GIS類設(shè)備引起局部放電信號；
[0026]圖6為本實用新型中超聲波傳感器監(jiān)測典型陡波侵入GIS類設(shè)備引起局部放電信號;
[0027]圖7為本實用新型中超聲波傳感器監(jiān)測典型陡波侵入GIS類設(shè)備引起擊穿的信號;
[0028]圖8為本實用新型中依據(jù)超聲波局部放電特征參量對陡波侵入GIS類設(shè)備引起絕緣缺陷類型的評判標(biāo)準(zhǔn)。

【具體實施方式】
[0029]為了對本實用新型的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對照附圖詳細(xì)說明本實用新型的【具體實施方式】。
[0030]如圖3所示，本實用新型提供了一種適用于陡波侵入GIS絕緣狀態(tài)在線監(jiān)測診斷裝置，包括超聲波傳感器2、供電單元3、前置放大器4，窄帶電流傳感器5、寬帶高頻電流傳感器6、浪涌保護器7和信號處理系統(tǒng)8。
[0031]超聲波傳感器2分別布置在GIS設(shè)備I各氣室支撐絕緣子旁，超聲波傳感器2接收GIS局部放電或擊穿時產(chǎn)生的超聲波信號，經(jīng)供電單元3和前置放大單元輸出至信號處理系統(tǒng)8。優(yōu)選的，超聲波傳感器2的接收器采用壓電陶瓷制作，接收頻率范圍為60kHz-400kHz 0接收器接收超聲波產(chǎn)生機械振動，將其變換成電能量，經(jīng)供電單元3和前置放大器4產(chǎn)生放大的超聲波電信號輸出，并使用雙層屏蔽同軸電纜將電壓信號傳輸至后信號處理系統(tǒng)8。供電單元3輸出電壓24V，輸出電流1.5八，額定功率50胃。
[0032]窄帶電流傳感器5和寬帶高頻電流傳感器6穿套在GIS設(shè)備I接地線上，用于接收接地電流信號，并將接地電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，電壓信號通過陡波過電壓侵入保護后端處理器的浪涌保護器7并使用雙層屏蔽同軸電纜輸出至信號處理系統(tǒng)8。本實施例中，窄帶電流傳感器5采用羅氏線圈電流傳感器，頻率范圍是20kHz-3MHz。寬帶高頻電流傳感器6采用羅氏線圈電流傳感器，頻率范圍是1ΜΗζ-50ΜΗζ。浪涌保護器7標(biāo)稱放電電流10kA，限制電壓〈120V，頻率范圍>100MHz。
[0033]信號處理系統(tǒng)8包括控制與處理單元805、信號調(diào)理單元801、信號預(yù)處理單元802、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元803和顯示單元804，前置放大單元和浪涌保護器7輸出的信號通過信號調(diào)理單元801、信號預(yù)處理單元802和模數(shù)轉(zhuǎn)換單元803后，在顯示系統(tǒng)上實時顯示監(jiān)測數(shù)據(jù)圖譜，控制與處理單元805分別控制信號調(diào)理單元801、信號預(yù)處理單元802和模數(shù)轉(zhuǎn)換單元803。本實施例中，信號處理系統(tǒng)8為服務(wù)器接口監(jiān)測平臺?？刂婆c處理單元805還可以根據(jù)前述的適用于陡波侵入GIS絕緣狀態(tài)在線監(jiān)測診斷方法，對輸入的信號進行處理，實現(xiàn)報警和診斷的功能。
[0034]本實用新型還提供了適用于陡波侵入GIS絕緣狀態(tài)在線監(jiān)測診斷方法，具體包括以下步驟:
[0035]S1、首先采用窄帶電流傳感器和寬帶高頻電流傳感器穿套在GIS設(shè)備接地線上，用于接收接地電流信號，接地電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，電壓信號通過陡波過電壓侵入保護后端處理器的浪涌保護器，然后進入后端處理器，如圖3所示。窄帶電流傳感器和寬帶高頻電流傳感器可以采用羅氏線圈電流傳感器。
[0036]S2、將超聲波傳感器分別布置在各氣室支撐絕緣子旁，并布置相應(yīng)供電單元和前置放大器，陡波侵入運行工況GIS類設(shè)備，超聲波將接收到相應(yīng)超聲波信號，進入后端處理器；
[0037]S3、GIS設(shè)備在運行工況下出現(xiàn)陡波侵入時，窄帶電流傳感器將接收頻率范圍在20kHz-3MHz內(nèi)的陡波基本振蕩頻率信號，記時刻Tl，最大幅值記為Al，寬帶高頻電流傳感器將接收頻率范圍在1ΜΗζ-50ΜΗζ的陡波高頻振蕩頻率信號，記時刻T2，最大幅值記為A2 ；記Α=Α1-Α2，Τ=(Τ1+Τ2)/2 ;圖4為典型陡波侵入電壓信號及其頻率特性。
[0038]S4、若Α>0，則表示該陡波侵入信號主分量為基本振蕩頻率信號，對GIS絕緣損傷較小，可繼續(xù)執(zhí)行監(jiān)測。
[0039]S5、若Α〈0，則表示陡波侵入信號主分量為高頻振蕩頻率信號，須報警，查看大于(Τ+60)秒的局部放電信號波形圖譜，圖5為寬帶高頻脈沖電流信號，圖6為典型超聲波局部放電圖譜，圖7為典型GIS擊穿時超聲波信號圖譜，記在(Τ+60)秒到(Τ+1800)秒內(nèi)脈沖電流信號幅值為(X1, X2, X3,......，Xn)，超聲波局部放電信號幅值為(ap a2, a3,......，an)。
[0040]陡波侵入后，GIS絕緣產(chǎn)生缺陷，提取局部放電高頻脈沖電流信號和超聲局部放電信號特征參量，包括放電平均幅值、幅值分散性、周期性和信號波形對自由粒子、電暈、懸浮電極、絕緣子顆粒和沿面，缺陷類型評判標(biāo)準(zhǔn)如圖8所示。
[0041]特征參量的判斷參照以下方法:
[0042]A、在加裝監(jiān)測設(shè)備時需采用標(biāo)準(zhǔn)方波校準(zhǔn)發(fā)生器對寬帶高頻脈沖電流傳感器進行校準(zhǔn)，標(biāo)定500pC視在放電量，特征參量之一局部放電平均幅值>500pC，即記為高，局部放電平均幅值<500pC，即記為低；
[0043]B、記錄特征參量之一幅值分散性，幅度波動率超過80%記為變化，否則為穩(wěn)定，極限波動值設(shè)為300pC，即下述S>80%為變化，S〈80%即為穩(wěn)定。通過以下程序可以實現(xiàn):
[0044]S=O ; %幅度波動比例
[0045]N=O ; %幅度波動超過極限值

【權(quán)利要求】
1.一種適用于陡波侵入Gis絕緣狀態(tài)在線監(jiān)測診斷裝置，其特征在于，包括超聲波傳感器、供電單元、前置放大器，窄帶電流傳感器、寬帶高頻電流傳感器、浪涌保護器和信號處理系統(tǒng)； 所述超聲波傳感器分別布置在GIS設(shè)備各氣室支撐絕緣子旁，所述超聲波傳感器接收GIS局部放電或擊穿時產(chǎn)生的超聲波信號，經(jīng)供電單元和前置放大單元輸出至信號處理系統(tǒng)； 所述窄帶電流傳感器和寬帶高頻電流傳感器穿套在GIS設(shè)備接地線上，用于接收接地電流信號，并將接地電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，電壓信號通過陡波過電壓侵入保護后端處理器的浪涌保護器輸出至信號處理系統(tǒng)； 所述信號處理系統(tǒng)包括控制與處理單元、信號調(diào)理單元、信號預(yù)處理單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元和顯示單元，所述前置放大單元和浪涌保護器輸出的信號通過信號調(diào)理單元、信號預(yù)處理單元和模數(shù)轉(zhuǎn)換單元后，在顯示系統(tǒng)上實時顯示監(jiān)測數(shù)據(jù)圖譜，所述控制與處理單元分別控制所述信號調(diào)理單元、信號預(yù)處理單元和模數(shù)轉(zhuǎn)換單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于陡波侵入GIS絕緣狀態(tài)在線監(jiān)測診斷裝置，其特征在于，所述信號處理系統(tǒng)為服務(wù)器接口監(jiān)測平臺。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于陡波侵入GIS絕緣狀態(tài)在線監(jiān)測診斷裝置，其特征在于，所述超聲波傳感器的接收器采用壓電陶瓷制作，接收頻率范圍為60kHz-400kHz。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于陡波侵入GIS絕緣狀態(tài)在線監(jiān)測診斷裝置，其特征在于，所述窄帶電流傳感器采用羅氏線圈電流傳感器，頻率范圍是20kHz-3MHz。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于陡波侵入GIS絕緣狀態(tài)在線監(jiān)測診斷裝置，其特征在于，所述寬帶高頻電流傳感器采用羅氏線圈電流傳感器，頻率范圍是1ΜΗζ-50ΜΗζ。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于陡波侵入GIS絕緣狀態(tài)在線監(jiān)測診斷裝置，其特征在于，所述浪涌保護器標(biāo)稱放電電流10kA，限制電壓〈120V，頻率范圍>100MHz。
【文檔編號】G01R31/12GK203858325SQ201420031083
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年1月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月17日
【發(fā)明者】伍志榮, 聶德鑫, 鄧建鋼, 張連星, 饒文峰, 劉詣, 鄢陽, 全江華, 陳凱, 馬躍 申請人:國家電網(wǎng)公司, 南京南瑞集團公司, 國網(wǎng)電力科學(xué)研究院武漢南瑞有限責(zé)任公司, 國家電網(wǎng)公司交流建設(shè)分公司