局放在线监测系统介绍(中文)

©DMSLtd-Page1采用在线监测的目的与意义©DMSLtd-Page2GIS有如下特点第一，设备整体金属封装，发生故障时定位非常困难；第二，封装屏蔽性高，运行时不易掌握其内部状况；第三，结构紧凑，元件多，一个设备的故障容易波及邻近设备，使故障扩大；第四，结构复杂，检修条件高，一旦出现故障维护困难。GIS的这些特点极为可能增大故障影响范围和延长停电维修时间，进而影响整个电力系统的正常运行。因此对GIS故障的早期预测，预报，预防就显得非常重要。而导致GIS绝缘事故的原因主要有：由于制造、运输、现场装配等多种原因造成的，异物残存，绝缘破坏，设备器件脱落，这些事故的发生在初期均会出现局部放电现象,。因此，对GIS进行局部放电监测可以发现绝缘的早期故障。©DMSLtd-Page3采用GIS局放在线监测的目的是采用有效的在线检测手段和分析诊断技术，监测和追踪发生在GIS设备中的局部放电(局放，局放)，及时预报该局放的发展趋势和预测相关设备的绝缘劣化程度，防止突发性的电气事故，为设备的状态检修和维护提供有效的数据依据。从而做到早期诊断，早期预报，避免突发性故障的发生，提高GIS运行的安全可靠性，确保GIS的安全可靠运行。©DMSLtd-Page4WhenshouldaPDMsystembeinstalled?•当安装的设备在系统中处于极其重要的位置,比如发电站和其他重要的商业和工业价值•当设施在极其严酷的操作环境下运行比如周期性的超负荷导致风险•当设备处于生命周期的后期或者需要延期使用的时候•当怀疑设备存在某种故障的风险的时候©DMSLtd-Page5GISfailureInsulationFailure57.3%MechanicalTrouble18.1%GasLeak12.4%Others12.3%CausesofMajorfailures故障机率:1.8CB/100CB-bay-year导致故障的原因:Insulationfailure57.3%©DMSLtd-Page6FailureRates失败的几率1.8/100CB-bay-yearServiceyear服役年限GISMajorFailuresGIS的主要故障机率在服役25年后快速增加©DMSLtd-Page7246701732271171742151661721892271211963421531943861392074771181903981072618221570200400600800100012001400故障数量0~37~913~1519~2125~服役年限其他维护导致的故障设备导致故障©DMSLtd-Page8超高频在线监测的价值能进行早期预警的系统防止早期故障动作可观降低成本减少检查和维修成本预防昂贵的灾难性故障提高质量和供电可靠性延长设备寿命©DMSLtd-Page9超高频技术的原理©DMSLtd-Page10TheUHFtechniqueGIS中的局部放电属于绝缘气体电气击穿，SF6气体的击穿导致导体中流过一个短时（ns级）的电流。电流流过GIS的特征阻抗，在导体上产生一个脉冲电压，从局放源传播开来。由于局放信号的上升时间很短（1ns）、频带很宽（1GHz），传播过程中在GIS腔体内引起电谐振，激发电磁波。发生局放后，离子气体通道急速膨胀，产生声音压力波，伴随产生的还有受激原子产生的光发射和化学击穿产物。因而，局放的影响是多方面的，有物理的、化学的和电气的。©DMSLtd-Page11UHFcoupleroutputwaveform100ns密封金属容箱,1m3气体(freespace)柱状高压套管(r=5.5)HV导线E+E-PDpulse0.5nsPhysicsofUHFPDDetection©DMSLtd-Page12PhysicsofUHFPDDetectionUHF判断局部放电要求局部放电发生在密封的金属仓室PD脉冲信号包含的复杂的频率共振态UHF信号被PDM系统收集分析©DMSLtd-Page13局部放电-PD©DMSLtd-Page14局放脉冲pulsecurrent,mA0246810ns024©DMSLtd-Page15超高频信号(频率范围)07501500amplitudefrequency,MHz©DMSLtd-Page16一个局放信号的传输PropagationCoupling©DMSLtd-Page17超高频原理来自缺陷激励共振的电流脉冲UHFsignal©DMSLtd-Page18propagation0dB(-2dB)(-6dB)-8dBplusdispersion&attenuationoverlongerlengths©DMSLtd-Page19缺陷（自由粒子等）在设备损坏前产生局部放电局放是一种非常快的时间上升的电流脉冲脉冲电流能量辐射到GIS中GIS内激发超高频共振©DMSLtd-Page20GIS局放在线监测的种类（1）电测法（a）耦合电容法，又称脉冲电流法，该法结构简单，便于实现。但现场测试时，外壳上的电容电极耦合探测局放无法识别，该信号与多种噪声混杂在一起，因此此方法的使用推广受到限制。（b）超高频法，其主要优点是灵敏度高，并通过放电源到不同传感器的时间差对放电源精确定位。但对传感器的要求很高，此法成本昂贵。©DMSLtd-Page21（2）非电测法非电测法监测GIS局放信号的优势为可避免电气干扰，但实用方面也有不足。（a）超声波监测法。由于GIS内部产生局放时会产生冲击振动及声音，因此可用腔体外壁上安装的超声波传感器测量局放量Q。它是目前除UHF法外最成熟的PD监测方法,抗电磁干扰性能好,但由于声音信号在SF6气体中的传输速率很低（约140m/s），信号通过不同物质时传播速率不同，不同材料的边界处还会产生反射,因此信号模式很复杂，且其高频部分衰减很快。它要求操作人员须有丰富经验或受过良好的培训，另外，长期监测时需要的传感器较多，现场使用很不方便。©DMSLtd-Page22（b）化学监测法。通过分析GIS中局放所引起的气体生成物的含量变化来确定局放的程度，但GIS中的吸附剂和干燥剂会影响化学方法的测量；断路器正常开断时产生的电弧的气体生成物也会产生影响；脉冲放电产生的分解物被大量SF6气体稀释，因此用化学方法监测PD的灵敏度很差。另外，该方法不能作为长期监测的方法来使用。（c）光学监测法。内置的光电倍增器可监测到甚至一个光子的发射，但由于射线被SF6气体和玻璃强烈地吸收，因此可能有“死角”出现。该法监测已知位置的放电源较有效，不具备完全定位故障能力，且由于GIS内壁光滑而引起反射带来的影响使灵敏度不高。©DMSLtd-Page23GIS中局放5中监测方法性能比较监测方法耦合电容法超高频法超声波法化学法光学法一般优点简单；灵敏度高灵敏度高；可用于运行中的设备灵敏度高；抗电磁干扰能力强不受电磁干扰不受电磁干扰一般缺点运行设备不能使用；信噪比低造价较高结构复杂；需有经验的人员操作灵敏度差；不能长期监测灵敏度差；需多个传感器可达精度5pC0.5~0.8pC2pC不能定量不能定量适用监测的放电源固定微粒；悬浮物；气隙和裂纹各种缺陷类型都适用自由移动的微粒；悬浮物放电情况严重时的缺陷固定微粒；针状突出物能否故障定位不能精确定位0.1m苛刻条件；需传感器多能判断放电气室能粗略定位故障类型判断能能能不能不能应用情况早期较多广泛广泛未应用未应用©DMSLtd-Page24©DMSLtd-Page25脉冲电流法测试的对象是高频脉冲电流超高频法测试的对象是电磁波而超声波法测试的对象则是刚体振动的声波©DMSLtd-Page26三种测试方法的对比测试方法测试参数脉冲电流法超高频法超声波法测定方法传感器电容耦合检测器高频CT电磁波探头超声波探头取信号位置GIS电缆终端中间接头部GIS法兰绝缘盘表面中间接头部GIS各金属管表面GIS终端法兰部特征波形种类脉冲波衰减振动波衰减振动波测试频率0～100MHz0～1.5GHz10～300KHz监测范围GIS1~3间隔2～5m1~2m传播速度160-180m/us300m/us2~5mm/us信号检出精度数pC数pC数十pC~数百pC位置标定精度约50cm1~2m约5cm综合评价操作较简单，监测范围大,灵敏度高,定位准。操作简单，监测范围小,灵敏度高,定位精度以一节GIS长度。操作复杂，监测范围小,灵敏度低，定位准。©DMSLtd-Page27由上表可见超高频局放检测技术是目前国际上对GIS类设备普遍采用的状态检测技术。检测仪器主要由超高频传感器、高速数据采集单元、分析诊断软件三部分组成。©DMSLtd-Page28超高频传感器负责收集由局部放电脉冲激发并能透过绝缘介质向外传播的超高频电磁波信号，并将该信号转换成可以通过高速数据采集单元进行采集的电信号©DMSLtd-Page29高速数据采集单元负责将传感器收集并转换后的电信号变成数字信号存储到计算机中；分析诊断软件利用自带的且能够不断学习扩充的谱图库对存储的数字信号进行分析诊断，评价局放类型和严重程度。©DMSLtd-Page301-导线上的突出物(fixedparticle)2-外壳上的突出物(fixedparticle)3-漂浮物(badgalvaniccontact)4-绝缘子上的自由部分5-在屏和绝缘子之间的孔洞(离层)6-绝缘体上的孔洞和不规则金属淀积导致GIS局部放电的原因PhysicsofUHFPDDetection©DMSLtd-Page31PhysicsofUHFPDDetectionUHF能够固有的排除外部的空气放电干扰(HFandVHF)这是因为SF6或者Oil局部放电产生的强烈信号的频率比通常的空气放电干扰要高©DMSLtd-Page32DMS超高频局放监测系统©DMSLtd-Page33DMS公司是英国一家为电力系统输配电设备提供在线或离线诊断监测设备和服务的高科技公司。DMS公司用于电力系统在线监测的设备从类别分有GIS在线监测、变压器在线监测、充油或纸质电流互感器或套管在线监测、高压输电线的表面漏电和变电站的绝缘情况在线监测等。从形式分有辐射型(即多点测量集中分析)、智能型、便捷型。©DMSLtd-Page34DMS公司超高频局部放电在线监测设备的优缺点DMS公司采用超高频方法的在线局部放电监测设备的缺点是价格相对较贵，但如果用于设备较多的情况价格就不算太贵。例如一台变压器的监测耦合器（装4个），价格低于一台油气分析装置，若多台变压器公用一套综合分析系统，平摊下来，每台变压器在线监测设备的性价比就会很高。©DMSLtd-Page35DMS公司超高频局部放电在线监测设备的优缺点DMS公司统计了自1996年－2004年的9年里，在79个电压等级为230KV至800KV的GIS上安装的局部放电诊断监测（PDM）系统，5千1百多个耦合器的运行状况。通过统计分析它们的间隔/年数据。发现在1250个GIS间隔/年中，一共消除了55个重大缺陷，最终避免了这些原来注定会发生完全击穿的故障。下表是对这一段时间运行情况的总结：设备运行间隔/年设备击穿性故障次数监测发现并消除的重大缺陷100间隔/年避免击穿故障次数100耦合器/年避免击穿故障的次数12502554.41.47©DMSLtd-Page36DMS在线诊断监测系统的优缺点©DMSLtd-Page37DMS公司超高频局部放电在线监测设备的优缺点DMS公司采用超高频方法的在线局部放电监测设备具有灵敏度高；适用于运行设备的各种类型缺陷的在线监测；而且能精确定位的优点。DMS公司的局部放电监测系统，不仅有如上优点，而且有很强的抗干扰能力，它的抗干扰能力主要是通过三种方式达到。一是通过屏蔽，二是通过滤波器，三是通过专家系统进行识别。即一般的干扰信号通过屏蔽去掉，如仍有很大的干扰不能屏蔽掉，就采用公司生产的专用滤波器把大的背景干扰信号滤掉。其他干扰信号，可以通过专家系统