GIS特高频与超声波局部放电检测技术

GIS特高频与超声波局部放电检测技术主要内容特高频局放检测技术超声波局放检测技术DMS特高频局放检测仪器使用方法超声波局放检测仪器总结一、特高频局部放电检测技术主要内容一、特高频局部放电检测的原理二、特高频局部放电检测方法及注意事项三、特高频局部放电检测数据、图谱的分析及诊断四、特高频局部放电检测典型案例分析1、局部放电的基本概念2、特高频法检测原理一、特高频局部放电检测的原理1、局部放电的基本概念电力设备的绝缘系统中，只有部分区域发生放电，而没有贯穿施加电压的导体之间，即尚未击穿，这种现象称之为局部放电。它是由于局部电场畸变、局部场强集中，从而导致绝缘介质局部范围内的气体放电或击穿所造成的。它可能发生在导体边上，也可能发生在绝缘体的表面或内部。在绝缘体中的局部放电甚至会腐蚀绝缘材料，并最后导致绝缘击穿。局部放电是一种脉冲放电，它会在电力设备内部和周围空间产生一系列的光、声、电气和机械的振动等物理现象和化学变化。这些伴随局部放电而产生的各种物理和化学变化可以为监测电力设备内部绝缘状态提供检测信号。2、特高频局部放电检测原理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1ns，并激发频率高达数GHz的电磁波。局部放电检测特高频（Ultra-High-Frequency，简称UHF）法于20世纪80年代初期由英国中央电力局（CEGB）实验室提出，其基本原理是通过特高频传感器对电力设备中局部放电时产生的特高频电磁（300MHz≤f≤3GHz）信号进行检测，从而获得局部放电的相关信息，实现局部放电监测。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。UHF内置传感器UHF外置传感器导体绝缘子局部放电源UHF内置传感器法兰特高频检测法基本原理示意图2、特高频局部放电检测原理1、特高频局放检测仪的组成2、特高频局部放电检测的注意事项二、特高频局部放电检测方法及注意事项1、特高频局部检测仪的组成特高频传感器：耦合器，感应300M-1.5GHz的特高频无线电信号；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；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1、特高频局部检测仪的组成2.1安全注意事项2.2测试注意事项2、特高频局部放电检测法的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:1.检测时应勿碰勿动其它带电设备；2.防止传感器坠落到GIS管道上，避免发生事故；3.保证待测设备绝缘良好，以防止低压触电；4.在狭小空间中使用传感器时，应尽量避免身体触碰GIS管道；5.行走中注意脚下，避免踩踏设备管道；6.在进行检测时，要防止误碰误动GIS其它部件；7.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。2.1特高频局放检测的安全注意事项1.特高频局放检测仪适用于检测盆式绝缘子为非屏蔽状态的GIS设备，若GIS的盆式绝缘子为屏蔽状态则无法检测；2.检测中应将同轴电缆完全展开，避免同轴电缆外皮受到刮蹭损伤；3.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；4.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；2.2特高频局放检测的测试注意事项5.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；6.在检测过程中，必须要保证外接电源的频率为50Hz；7.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；8.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。2.2特高频局放检测的测试注意事项1.典型缺陷图谱分析与诊断2.常见噪声干扰谱图3.异常局放信号诊断注意事项三、特高频局部放电检测数据、图谱的分析与诊断通常在进行GIS特高频局放测量时，可能存在如下几种典型的缺陷局放信号：电晕放电，空穴放电，自由金属颗粒放电和悬浮电位放电，以及测试时现场常见的4种干扰信号谱图：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1、典型缺陷图谱分析与诊断类型PRPS谱图峰值检测谱图PRPD谱图电晕放电放电的极性效应非常明显，通常在工频相位的负半周或正半周出现，放电信号强度较弱且相位分布较宽，放电次数较多。但较高电压等级下另一个半周也可能出现放电信号，幅值更高且相位分布较窄，放电次数较少。1、典型缺陷图谱分析与诊断类型PRPS谱图峰值检测谱图PRPD谱图悬浮电位放电放电信号通常在工频相位的正、负半周均会出现，且具有一定对称性，放电信号幅值很大且相邻放电信号时间间隔基本一致，放电次数少，放电重复率较低。PRPS谱图具有“内八字”或“外八字”分布特征。1、典型缺陷图谱分析与诊断类型PRPS谱图峰值检测谱图PRPD谱图自由金属颗粒放电局放信号极性效应不明显，任意相位上均有分布，放电次数少，放电幅值无明显规律，放电信号时间间隔不稳定。提高电压等级放电幅值增大但放电间隔降低。1、典型缺陷图谱分析与诊断类型PRPS谱图峰值检测谱图PRPD谱图空穴放电放电信号通常在工频相位的正、负半周均会出现，且具有一定对称性，放电幅值较分散，且放电次数较少。1、典型缺陷图谱分析与诊断通常在进行GIS特高频局放测量时，可能存在如下几种常见的干扰信号谱图：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：2、常见噪声干扰谱图类型PRPS谱图峰值检测谱图PRPD谱图荧光干扰干扰信号幅值较分散，一般情况下工频相关性弱。2、常见噪声干扰谱图类型PRPS谱图峰值检测谱图PRPD谱图移动电话干扰干扰信号工频相关性弱，有特定的重复频率，幅值有规律变化。2、常见噪声干扰谱图类型PRPS谱图峰值检测谱图PRPD谱图马达干扰干扰信号无工频相关性，幅值分布较为分散，重复率低。2、常见噪声干扰谱图类型PRPS谱图峰值检测谱图PRPD谱图雷达干扰干扰信号有规律重复产生但无工频相关性，幅值有规律变化。2、常见噪声干扰谱图现场进行局部放电检测时，可利用下述原则进行异常情况的判断。1.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；2.当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；3.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，则该间隔的异常信号可能为内部信号；3、异常局放信号诊断注意事项4.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；5.检测出异常信号时，查看检测出的三维图谱与典型放电图谱是否相似；6.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。3、异常局放信号诊断注意事项二、超声波局部放电检测技术一、超声波局部放电检测的原理二、超声波局部放电检测方法及注意事项三、超声波局部放电检测图谱的分析与诊断主要内容电力设备内部产生局部放电信号的时候，会产生冲击的振动及声音。超声波法（AE，又称声发射法）通过在设备腔体外壁上安装超声波传感器来测量局部放电信号。该方法的特点是传感器与电力设备的电气回路无任何联系，不受电气方面的干扰，但在现场使用时易受周围环境噪声或设备机械振动的影响。由于超声信号在电力设备常用绝缘材料中的衰减较大，超声波检测法的检测范围有限，但具有定位准确度高的优点。声波是一种机械振动波。当发生局部放电时，在放电的区域中，分子间产生剧烈的撞击，这种撞击在宏观上表现为一种压力。由于局部放电是一连串的脉冲形式，所以由此产生的压力波也是脉冲形式的，即产生了声波。声音频率超过20kHz范围的称为超声波。由于局部放电区域很小，局放源通常可看成点声源。一、超声波局部放电检测的原理超声波检测局部放电基本原理图一、超声波局部放电检测的原理二、超声波局部放电检测方法及注意事项1.典型仪器的组成2.超声波局部放电检测的注意事项局部放电超声波检测仪主要包括声发射传感器及主机。其中声发射传感器用于将局部放电激发的超声波信号转换成电信号，主机用于局部放电电信号的采集、分析、诊断及显示。此外，根据现场检测需要，不同厂商还供应有前置放大器、绝缘支撑杆、耳机等配件。其中：1、前置放大器，当被测设备与检测仪之间距离较远（大于3m）时，为防止信号衰减，需在靠近传感器的位置安装前置放大器。2、绝缘支撑杆，当开展电缆终端等设备局放检测时，为保障检测人员安全，需应用绝缘支撑杆将声发射传感器固定在被测设备表面。3、耳机，部分超声波检测仪可将超声波信号转换成可听声信号，通过耳机可直观监测设备内部放电情况。1、典型仪器的组成（一）安全措施局部放电检测过程中应加强安全防护，重点做好如下工作：1）强电场下工作时，应给仪器外壳假装接地线，防止检测人员应用传感器接触设备外壳时产生感应电。2）登高作业时，应正确使用安全带，防止低挂高用。安全带应在有效期内。3）在设备耐压过程中，严禁人员靠近被试设备开展局部放电超声波检测，防止设备击穿造成人身伤害。4）在对电缆终端等设备进行检测时，应使用绝缘支撑杆，严禁检测人员手持传感器直接接触被测设备。（二）抗干扰措施1）检测之前，应加强背景检测，背景测量位置应尽量选择被测设备附近金属构架。2）检测过程中，应避免敲打被测设备，防止外界振动信号对检测结果造成影响。2、超声波局部放电检测的注意事项（三）提高检测效率及质量措施1）应使用合格的耦合剂，可采用工业凡士林等，耦合剂应保持洁净，不含固体杂质。2）检测过程中，耦合剂用量用适中，应保证涂抹耦合剂的传感器可不需要外力即可固定在设备外壳上。3）在条件具备时，可使用耳机监听被测设备内部放电现象。4）由于超声波衰减较快，因此在开展局部放电超声波检测时，两个检测点之间的距离不应大于1m。以对GIS检测为例，检测过程中应包含所有气室5）进行局部放电超声波检测时，应重点检测设备安装部位两端，以便检测安装过程中产生的潜在缺陷。2、超声波局部放电检测的注意事项1.电力设备缺陷分类2.缺陷判据3.典型缺陷谱图分析与诊断三、超声波局部放电检测图谱的分析与诊断局部放电超声波检测技术主要应用于组合电器、电缆终端（中间接头）、变压器等设备。根据设备缺陷的不同，局部放电超声波检测技术在进行缺陷分析与诊断时，将设备缺陷分为局放缺陷、电晕缺陷、自由金属微粒缺陷：（1）局放缺陷该类缺陷主要由设备内部部件松动引起的悬浮电极（既不接地又不接高压的金属材料）、绝缘内部气隙、绝缘表面污秽等引起的设备内部非贯穿性放电现象，该类缺陷与工频电场具有明显的相关性，是引起设备绝缘击穿的主要威胁，应重点进行检测。（2）电晕缺陷该类缺陷主要由设备内部导体毛刺、外壳毛刺等引起，主要表现为导体对周围介质（如SF6）的一种单极放电现象，该类缺陷对设备的危害较小，但在过电压作用下仍旧会存在设备击穿隐患，应根信号据幅值