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1、基于局部放电统计特性分析的GIS现场试验研究The research of GIS with live test based on the statistical property of the partial discharge摘要：基于局部放电超声信号统计特性，分析气体绝缘组合电器（Gas Insulated Switchgear，GIS）内部缺陷，通过深入现场GIS变电站，普测全站GIS，获取了大量局部放电超声信号，为进一步分析局部放电超声信号特性提供了基础，试验结果表明：进行数据统计分析例如信号幅值分布、飞行时间分布和相位分布，结合传统相位谱图法可以判断GIS内部缺陷。关键词：气体绝缘
2、组合电器 局部放电 超声ABSTRACT: Based on the statistical property of the supersonic signal in partial discharge，the internal defect of GIS was analyzed. In order to analyze the property of the supersonic signal in partial discharge further, a lot of signal of supersonic signal in partial discharge were receiv
3、ed through entering the station of GIS and measuring all GIS. The results show that the analyses like amplitude Characteristics, time Characteristics and phase Characteristics can judge the internal defect of GIS with phase spectral analysis.KEY WORDS: GIS; partial discharge; supersonic0 引言 气体绝缘组合电器
4、（GIS）首先由日本人发明，该装置利用了较强电介质强度的压缩SF6气体，相较于空气绝缘，具有很大绝缘强度这一优势。更重要的是，SF6具有很强的灭弧能力，而空气绝缘不具备这样的特性。由于其优异的绝缘性能以及压缩电气设备空间的优势，广泛应用于电力系统。 因而，GIS在电力传输中发挥重要作用，其安全稳定性对于电网稳定起到关键作用。目前，对于GIS绝缘监测和检测技术有很多，例如脉冲电流法、超声波法和超高频法，这些方法对于GIS检测具有不同优势，而应用广泛的是超声波法。超声法对于GIS内金属颗粒缺陷以及松动引起的振动具有较高的灵敏度，即使放电缺陷不发生放电，振动缺陷仍然可以通过超声法检测到。然而通过其它
5、方法就无法达到该方法的效果。并且超声法在现场应用中常常通过超声信号幅值来判断缺陷位置以及类型，但现场应用时往往忽略超声信号波形其它特征，而缺陷类型不能简单依靠单一样本进行判断，应当综合应用大量数据积累进行分析和研究。因而，本文采用超声法获取大量超声信号，基于局部放电超声信号分布特性分析研究现场GIS内部缺陷。1 试验测试仪器 本试验对象为某110kV室内GIS变电站，如图1所示。图中所示为GIS变电站一个间隔进线端。主要是通过普测，通过幅值大小变化定位GIS腔体。图1 某GIS变电站本试验所采用的仪器是AIA超声局放仪，其功能可以产生相位谱图以及连续模式下实时超声信号显示。其典型图谱如下图2所
6、示。图2 超声信号典型连续图2 某110kVGIS变电站现场状况对GIS变电站进行带电普测巡检，超声局放仪选择外接220V电源供电进行图谱同步。试验时注意关闭排风扇以及空压机。背景噪声水平如下图3所示。环境噪声维持在4mV以下。图3 背景噪声水平3 GIS变电站现场超声检测分析110kV线路电压互感器气室、110kV线路避雷器气室、110kV线路隔离开关气室、断路器接地开关、断路器CT气室测试谱图中超声信号幅值均低于4mV，因而可以判断这些气室并未发生发电或者振动现象，如图4所示。图中横轴代表相位（与供电电源相同步），纵轴为超声信号幅值。图4 断路器CT气室但巡检至图1所示间隔时，发现PT气室
7、附近具有明显的超声信号图谱，如图5所示。图5连续模式下显示超声信号幅值已经达到6mV，并且明显含有一次和二次频率成份。图5 连续模式超声信号如图6所示为超声信号相位谱图。从图谱中可以看到这个PT气室具有明显的相位关系，并且将超声传感器放置相邻气室没有类似现象。依据幅值与相位关系中180至270之间存在明显凸起，以及在0至90之间存在明显的凸起，因而可以通过该相位图谱初步判断为放电或者振动。图6横轴为相位关系，纵轴为超声信号幅值。图6 超声信号相位谱图为进一步分析大量超声信号统计关系，因而建立脉冲数量与超声幅值、飞行时间（相邻两个脉冲时间间隔）和脉冲数量与相位关系。图7所示，超声信号相位图谱。图
8、中显示超声信号幅值完全集中于与3-7mV之间，具有较高的稳定性，这说明GIS内部缺陷产生的超声信号具有稳定性，缺陷具有固有性，不是偶发性放电现象。图7 超声信号相位谱图 从图8中可以看出，超声信号飞行时间与脉冲数据呈现递减趋势，体现在脉冲数量主要集中于2.2ms至8.9ms之间，说明超声脉冲时间序列中，脉冲之间是具有一定时间间隔的，并且这些时间间隔并不是均匀的（不是相等的），通过脉冲数据量聚集程度分析，大部分放电能量主要集中于低能量区域，而高能量区域则较少。图8 超声信号飞行谱图如图9所示，超声信号相位分布图谱。从这个图中并没有明显发现超声脉冲数量比较均匀分布于相位关系中。图9 超声信号相位分
9、布谱图4 结论基于大量超声信号图谱分析以及统计图谱普测，可以明确判断GIS气室的确存在较为明显的缺陷，统计特性相对集中，尤其是在连续图谱模式、超声相位图谱以及脉冲数量与超声信号幅值关系中存在明显放电或者振动现象。试验结果还表明，单纯依靠幅值变化分析缺陷类型手段单一，应该依靠多源分析手段结合统计分布特性可综合判断GIS内部缺陷。参考文献1 B M Pryor. Review for partial discharge monitoring in gas Insulated substation A. Science, Education and Technology Division Collo
10、quium on Partial discharges in Gas Insulated Substations C, London, 1994.2 N Gupta, T S Ramu. Estimation of partial discharge parameters in GIS using acoustic emission techniques J. Journal of Sound and Vibration, 2001, 247(2):243-260.3 W. Ziomek, E. Kuffel. Activity of Moving Metallic Particles in
11、Prebreakdown States in GIS. IEEE Trans. DEI. 1997, 4(1): 39-43.4 Anon. Partial discharge Testing of Gas Insulated SubstationJ. IEEE Trans. On Power Delievery,1992, 7(2): 499-506.5 R Banmgartner. Partial DischargeX: PD in gas-insulated SubstationsMeasurement and Practical Consideration J. IEEE Electr
12、ical Insulation Magazine, 1992, 8(1):16-27.6 J S Pearson. Partial Discharge Diagnostics for Gas Insulated SubstationsJ. IEEE Trans. On Dielectrics and Electrical Insulatio, 1995,2(5): 893-905.7 N Gupta, T S Ramu. Estimation of Partial Discharge Parameters in GIS Using Acoustic Emission Techniques J. Journal of Sound and Vibration,2001,247(2):243-260.8 T Hoshino. Frequency Characteristics of Electromagnetic Wave Radiated from GIS Apertures J. IEEE Trans. On Power Delivery,2001,16(4):552-557.
