[发明专利]对气体绝缘封闭式组合电器局部放电的检测电路及装置

说明书

技术领域

本发明属于输电设备检测技术领域，具体涉及一种基于脉冲电流和超声检测的气体绝缘封闭式组合电器局部放电检测电路及装置。

背景技术

GIS设备(Gas Insulated Switchgear)即气体绝缘封闭式组合电器，是20世纪60年代出现的一种新型输电设备，它把变电站中除变压器之外的其他功能设备组合在一个一个的金属外壳中，并充以SF6气体，从而提高这些输电开关设备的安全性和可靠性。国内从20世纪80年代开始引入GIS设备，目前仍然在继续扩大应用当中。虽然GIS设备的设计就是为了实现安全性和可靠性，但其内部的局部放电现象也会造成故障甚至酿成事故。而一旦发生故障，只有对发生局部放电部位的相关部件进行更换，十分费时费力，对电力系统的正常运行造成很大影响。为使电力系统从故障中尽快恢复，首先要对局部放电的发生位置进行定位，然后才有可能开展迅速有效的维护。由此可见，GIS局部放电的定位检测对电力运营部门具有重要的现实意义。

此外，作为GIS设备的制造商或施工建设商而言，需要通过对局部放电的检测可以发现GIS绝缘制造工艺和安装过程中的缺陷、差错，提高制造和安装的“清洁度”，并确定这些缺陷的位置。因此，GIS局部放电检测定位设备是GIS制造过程中保障质量的有力手段。

随着GIS在电力系统中的重要性的提高，为保证GIS长期可靠运行，对其绝缘诊断也愈来愈得到重视。作为判断GIS绝缘状况的有效手段，GIS中局部放电的检测技术也迅速发展起来。局部放电测量的方法很多，简单介绍如下：

(1)脉冲电流法

又称为耦合电容法，它利用贴在GIS外壳上的电容电极耦合探测局部放电在导体芯上引起的电压变化。该方法结构简单，便于实现。但是在现场测试时，无法识别与多种噪声混杂在一起的局部放电信号，因此这种方法的使用推广受到了很大限制。

(2)特高频电磁波(UHF)检测法

英国Strathclyde大学提出的UHF法目前已经应用到GIS生产和运行中，它是一种利用超高频频率信号进行局部放电在线监测的方法。GIS一旦局部放电现象，就会产生脉冲电流，电流脉冲上升时间及持续时间仅为纳秒(nS)级。该电流脉冲将激发出高频电磁波，其主要频段为0.3-3GHz，该电磁波可以从GIS上的盘式绝缘子处泄露出来，采用超高频传感器(频段为0.3-3GHz)测量绝缘缝隙处的电磁波，然后根据接收的信号强度来分析局部放电的严重程度。

该方法可以带电测量，测量方法不改变设备的运行方式，并且可以实现在线连续监测。可通过滤波等方法对背景噪声进行有效抑制，因而具有较强的抗干扰能力。但该方法大多仅仅能确认故障的发生，不能对发生故障的点进行准确的定位。

(3)超声波法

GIS局部放电会产生声波，其类型包括纵波、横波和表面波。纵波通过气体传到外壳，横波则需要通过固体介质(比如绝缘子等)传到外壳。通过贴在GIS外壳表面的压电式声电传感器接收这些声波信号，以达到监测GIS局放的目的。因此可以用在腔体外壁上安装的超声波传感器来测量局部放电。

该方法的传感器也与GIS设备的电气回路无任何联系，不受电气方面的干扰。设备使用简便，技术相对比较成熟，现场应用经验比较丰富，可不改变设备的运行方式进行带电测量，由于测量的是超声波信号，因此对电磁干扰的抗干扰能力比较强，可以对缺陷进行定位。但是，该方法也有超声信号与放电脉冲电流信号无法区分、噪声较大、灵敏度较低、传感器需粘贴于GIS设备上而不便宜使用等缺点。

(4)光学监测法

光电倍增器可以监测到甚至一个光子的发射，但是由于射线被SF6气体和玻璃强烈地吸收，因此有“死角”出现，该方法对于已知放电源位置的监测比较有效，但不具备对故障的定位能力。并且由于GIS内壁光滑而引起的反射带来的影响，造成灵敏度不高。

总结上述方法的特点，我们可以得出以下结论。UHF法抗干扰能力强，灵敏度高，但检测电路为高频电路，技术难度较大。此外，该方法虽在原则上也可实现故障定位，但故障定位的算法十分复杂，同样不利于控制检测设备的成本。超声波检测法虽然能够实现定位，但因其灵敏度较低，不利于GIS中的微弱放电的检测，因此就不利于GIS故障的早期诊断。

从理论上分析，任何超声声电传感器均可以视为一个电容，因此它的作用完全同上述“脉冲电流法法”中的耦合电容的作用一样，会把局部放电直接产生的脉冲电流耦合进来。但是，作为超声法的声电传感器，我们要检测的是超声波在传感器上通过声电效应转换而得的电信号，上述耦合而得到的脉冲电流就成了噪声。

发明内容