局部放电检测原理介绍

局部放电检测原理介绍超声波检测法GIS设备局部放电的超声波检测法是利用安装在GIS外壳上的超声波传感器接收局部放电产生的振动信号以达到检测内部局部放电的目的。在GIS中，除局部放电产生的声波外，还有微粒碰撞绝缘子或外壳、电磁振动、操作引起的机械振动等也会发出的声波。气体和液体中只传播纵波，固体中传播的声波除纵波外还有横波。故在GIS中沿SF6气体传播的声波和在变压器油中一样只有纵波，但其传播速度很慢，要比油中低10倍，衰减也大，且随频率的增加而增大。测量超声波信号的传感器主要有加速度和声发射两种。当采用加速度传感器时，要采用高通滤波器以消除较低频率的背景干扰；声发射传感器的原理是利用谐振方式，其频率特性中已经包含了高通特性，因此无需另外附加相应的滤波器件。由于声音的传播速度比电磁波慢很多，时间差更容易进行测量，定位更加准确，并且定位后还可通过敲击GIS外壳的方法进行验证，所以在放电定位方面，声学检测法比电学的方法更优越，加之超声波传感器与GIS设备的电气回路之间无任何联系，抗电磁干扰性较好，因此人们对超声法的研究较为深入，技术手段较为成熟。但是超声波检测法的灵敏度不仅取决于局部放电的能量，而且取决于超声波信号在传播路径上的衰减，在大多数情况下，超声传感器的灵敏度不是很高。近年来，由于声—电换能器效率的提高和电子放大技术的发展，超声波检测法的灵敏度有了较大的提高[66-77]，但是超声传感器的有效检测范围仍然较小，完成一个较大规模GIS变电站的检测通常需要数天的时间，检测效率不高。特高频法特高频法(UltraHighFrequency，简称UHF)是近年发展起来的一种新的GIS设备局部放电的检测技术。它是利用装设在GIS内部或外部的天线传感器接受局部放电辐射出的300～3000MHz频段的特高频电磁波信号进行局部放电的检测和分析[56~63]。运行中的GIS内部充有高气压SF6气体，其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，气体击穿过程很快，将产生很陡的脉冲电流，并向四周辐射出特高频电磁波。GIS设备的腔体结构相当于一个良好的同轴波导，非常有利于电磁波的传播。特高频传感器的安装方式目前应用较为广泛的主要有两种：外置式和介质窗口式。外置式传感器将传感器贴在GIS设备盆式或盘式绝缘子的外表面，依靠绝缘子表面电磁波的泄露进行UHF信号的检测，此方法可带电安装。介质窗口式传感器是将传感器安装在检修手孔或CT端子箱处，此方法需停电安装或在设备出厂时安装。UHF检测的特点使其在局部放电检测领域具有其他方法无法比拟的优点，因而在近年来得到了迅速的发展和广泛的应用。特高频法具有以下优点：①抗干扰性好：现场普遍存在的电晕放电的频率范围通常在300MHz以下，并且在空气中传播时衰减很快，特高频传感器接收UHF频段信号，避开了电网中主要电磁干扰的频率，具有良好的抗电磁干扰能力；②灵敏度高：GIS的同轴结构非常适合特高频电磁信号传播，能够实现良好的检测灵敏度；③可实现放电定位：根据电磁脉冲信号在GIS内部传播具有衰减的特点，利用传感器接收信号的时差，可以进行故障定位；④检测效率高：UHF传感器检测局部放电的有效检测范围较大，因此需要安装传感器的检测点较少，检测效率高。特高频法虽然有以上诸多优点，但是也存在一定的不足：①难以用特高频信号幅值表征局部放电严重程度：GIS设备局部放电脉冲电流信号辐射出的电磁波信号是宽频信号，越往低频能量越高。对于每种类型的放电，特高频段信号的能量在整个电磁波信号的能量中所占的比例难以确定，因此，特高频信号幅值与视在放电量或实际放电量之间的关系难以确定，难以依据特高频信号幅值来表征设备绝缘状况；②难以检测正在运行的罐式断路器内的局部放电故障：一般对于正在运行的GIS设备，可带电安装外置式传感器；但对于户外安装的罐式断路器，没有外露的绝缘子，只能将特高频传感器放置在套管底部进行测量，这就大大降低了检测的灵敏度与有效性；③无法实现视在放电量的标定：目前大多数工程人员已经习惯于通过视在放电量来反映局局部放电的严重程度，IEC规定的GIS产品出厂标准中，其局部放电的指标也是通过视在局放量的阈值来规定的。由于UHF法的测量机理与脉冲电流法不同，因此无法进行视在放电量的标定，即使在局放源到传感器之间的传播路径不变的情况下，脉冲电流法的视在放电量与特高频方法所测得的脉冲信号幅值之间也没有确定的对应关系[64-65]，这就更加大了应用该方法进行局部放电实际放电量预估的难度。高频电流法脉冲电流法是研究最早、应用最广泛的一种局部放电检测方法。其测量原理是：当局部放电发生时回造成电荷的移动，该移动电荷可在外围测量回路中产生脉冲电流，通过检测该脉冲电流便可实现对局部放电的测量。该方法一般是检测脉冲电流信号的低频部分，通常为数kHz至数百kHz（至多为数MHz）。常规局部放电通常在回路中串入检测阻抗来对信号取样。在线检测则常采用电流传感器获取被测脉冲电流信号。目前，脉冲电流法广泛用于变压器型式试验、预防和交接试验、变压器局部放电实验研究等，其特点是测量灵敏度高、放电量可以标定等[7,8]。但这种方法测量频率低，频带窄，包含信息量不足而且现场抗干扰能力差。因此采用超宽带高频电流传感器取代传统电流传感器来接受脉冲电流信号成为这种检测方法的发展趋势，高频电流法通过罗氏线圈来耦合电气设备接地线处的高频电流信号来实现局部放电的检测，检测频带为几十K到几十MHz。