基于EC4000的局部放電測(cè)量

周俊+戴湘

【摘 要】基于特高頻法的EC4000局部放電檢測(cè)系統(tǒng)，常用于GIL SF6氣體絕緣金屬封閉高壓輸電線路的局部放電測(cè)量，對(duì)預(yù)防GIL設(shè)備故障，發(fā)現(xiàn)潛在絕緣薄弱部位，提高運(yùn)行可靠性具有重要意義。本文對(duì)EC4000進(jìn)行原理介紹和結(jié)構(gòu)說(shuō)明，以供人員參考學(xué)習(xí)。

【關(guān)鍵詞】EC4000；局部放電；特高頻；GIL

0 引言

GIL（High-votage，gas insulated transmission lines GB標(biāo)準(zhǔn)）全稱：SF6氣體絕緣金屬封閉高壓輸電線路，由殼體、導(dǎo)體、接觸子組件、盆式絕緣子、O型環(huán)等部件組成，內(nèi)充高壓SF6氣體做為其絕緣介質(zhì)。GIL相比于架空及電纜線路，節(jié)能效果好，無(wú)電磁干擾，輻射低，不影響無(wú)線通訊，防護(hù)性能好，防火性能優(yōu)良，與周圍環(huán)境友好相處，在某些特定使用環(huán)境和條件下，更具有技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的優(yōu)越性。因而在變電站、核電站、發(fā)電廠等領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。

隨著GIL設(shè)備在各領(lǐng)域的應(yīng)用日漸廣泛，GIL設(shè)備的運(yùn)行安全問(wèn)題也顯得越來(lái)越重要，進(jìn)行GIL局部放電監(jiān)測(cè)與評(píng)估工作對(duì)于保證設(shè)備安全運(yùn)行具有十分重要的意義。EC4000作為一種測(cè)量GIL局部放電的軟件系統(tǒng)，通過(guò)局部放電測(cè)量，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)GIL的問(wèn)題并安排設(shè)備檢修，避免出現(xiàn)故障，造成損失。

1 特高頻法（UHF法）介紹

12GIL的絕緣強(qiáng)度和擊穿場(chǎng)強(qiáng)都很高，當(dāng)局部放電在很小范圍內(nèi)發(fā)生時(shí)，擊穿過(guò)程很快，將產(chǎn)生很陡的脈沖電流，其放電脈沖上升時(shí)間和持續(xù)時(shí)間都極短僅為幾個(gè)ns，其相對(duì)應(yīng)的頻域十分寬廣，該脈沖信號(hào)在GIL內(nèi)部傳播時(shí)會(huì)引起電諧振，激發(fā)出頻率高達(dá)300MHz ∽ 3GHz的電磁波。電磁波傳播時(shí)，不僅以橫向電磁波（TEM）形式傳播，而且還會(huì)建立高次橫向電波（TE）和橫向磁波（TM）。TEM為非色散波，可以以任何頻率在GIL張傳播，但衰減率與頻率成反比，頻率越高衰減越快。TE和TM則不同，它們具有各自的截止頻率fc，只有當(dāng)信號(hào)頻率f高于截止頻率fc（f>fc）時(shí)才能傳播。GIL的內(nèi)部結(jié)構(gòu)為同軸諧振腔，使得特高頻電磁波信號(hào)在傳播中衰減較小，因此可用特高頻傳感器對(duì)電磁波信號(hào)進(jìn)行接收。GIL上有很多盆式絕緣子置于法蘭之間，使得連接法蘭之間有幾厘米的絕緣縫隙，這讓電磁波信號(hào)可通過(guò)盆式絕緣子絕緣中隙輻射散出，特高頻法通過(guò)測(cè)量此高頻電磁波信號(hào)（>300MHz）達(dá)到對(duì)局部放電進(jìn)行檢測(cè)的目的。GIL盆式絕緣子一般為環(huán)氧樹脂材料，電磁波信號(hào)在其中傳播時(shí)衰減很小，這也保證了高頻電磁波信號(hào)的精度。由于GIL外殼具有良好屏蔽作用，外部干擾信號(hào)很難進(jìn)入GIL內(nèi)部，現(xiàn)場(chǎng)電暈干擾主要集中在300MHz以下頻段，因此特高頻法的顯著優(yōu)點(diǎn)為抗外界干擾能力強(qiáng)。特高頻法可帶電測(cè)量，不用改變GIL的運(yùn)行方式，并能實(shí)現(xiàn)在線連續(xù)監(jiān)測(cè)。缺點(diǎn)是無(wú)法給出局部放電的放電量大小。

2 基于EC4000的局部放電測(cè)量

2.1 GIL局部放電形式

GIL中局部放電的形式主要分為四種：

1）尖端電極（Protrusion Electrode），由于生產(chǎn)時(shí)的誤操作導(dǎo)致樹突狀的導(dǎo)電粒子保留在導(dǎo)體和外殼內(nèi)表面上形成的一種電暈放電；

2）懸浮電極（Floating Electrode），GIL的金屬連接處發(fā)生了松動(dòng)；

3）絕緣缺陷（Defective Insulator），絕緣件在生產(chǎn)或組裝過(guò)程中形成的一種比較常見的放電類型；

4）自由顆粒（Free Moving Particle），大量粉塵或金屬粒子被保留在氣室內(nèi)部形成的一種放電。

2.2 EC4000 GIL局部放電檢測(cè)系統(tǒng)測(cè)量原理

EC4000 GIL局部放電檢測(cè)系統(tǒng)采用的局部放電檢測(cè)方法屬于特高頻法，其測(cè)量原理為在GIL腔體內(nèi)安裝特高頻內(nèi)置傳感器，當(dāng)GIL因某種缺陷發(fā)生局部放電時(shí)，產(chǎn)生很陡的脈沖電流，其上升時(shí)間小于1ns，并激發(fā)特高頻電磁波，特高頻電磁波信號(hào)經(jīng)輻射、傳播、反射、衰減，被特高頻內(nèi)置傳感器檢測(cè)到，經(jīng)同軸電纜傳輸，將信號(hào)送至RTU數(shù)據(jù)處理單元，此時(shí)噪聲傳感器也檢測(cè)環(huán)境信號(hào)，一并送至RTU，所有信號(hào)經(jīng)計(jì)算后傳至后臺(tái)PDMS分析軟件，通過(guò)診斷系統(tǒng)進(jìn)行診斷分析，因不同類型絕緣缺陷的局部放電所產(chǎn)生的特高頻信號(hào)具有不同頻譜特征，因此可實(shí)現(xiàn)對(duì)局部放電類型的識(shí)別，實(shí)現(xiàn)絕緣缺陷類型診斷。

2.3 EC4000 GIL局部放電檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)說(shuō)明

EC4000 GIL局部放電檢測(cè)系統(tǒng)主要由特高頻內(nèi)置式傳感器、噪音傳感器、同軸電纜、便攜式數(shù)據(jù)采集單元、區(qū)域網(wǎng)絡(luò)電纜、PDM軟件等組成。

1）特高頻內(nèi)置式傳感器：局部放電引起的特高頻電磁波接收始端，在GIL生產(chǎn)制造時(shí)預(yù)先安裝于GIL腔體內(nèi)，靈敏度高，抗外界干擾能力強(qiáng)，能接收300∽2000MHz特高頻頻段信號(hào)，傳感器的信號(hào)連接線是一個(gè)衰減較少的N型連接器，通過(guò)同軸電纜連接至便攜式數(shù)據(jù)采集單元，GIL安裝時(shí)，采用統(tǒng)一類型的傳感器，以減少不同傳感器造成的靈敏度差異。

2）噪音傳感器：用于檢測(cè)GIL外部環(huán)境干擾信號(hào)，一般安置于GIL上方，噪音傳感器接收的信號(hào)通過(guò)同軸電纜接入便攜式數(shù)據(jù)采集單元，參與算法處理，以分析環(huán)境因素對(duì)局部放電產(chǎn)生的影響，在最終診斷圖譜中，以噪音干擾百分比顯示。

3）同軸電纜：用于特高頻內(nèi)置式傳感器及噪音傳感器與便攜式數(shù)據(jù)采集單元之間信號(hào)傳輸用，具有輻射損耗小，受外界干擾影響小等優(yōu)點(diǎn)。

4）便攜式數(shù)據(jù)采集單元（RTU）：通過(guò)硬件濾波電路，混頻放大，高速采樣及小波閾值濾波等多種抗干擾技術(shù)，提取傳感器傳輸?shù)挠行Ь植糠烹娦盘?hào)，經(jīng)過(guò)PRPS和PRPD算法處理后通過(guò)TCP/IP上傳至PDM處理單元。

5）區(qū)域網(wǎng)絡(luò)電纜：遵循TCP/IP協(xié)議，將便攜式數(shù)據(jù)采集單元計(jì)算處理后的局部放電信號(hào)傳至后臺(tái)PDM軟件。

6）PDM軟件：EC4000 GIL局部放電檢測(cè)系統(tǒng)的中央處理單元，由Engine和Client兩部分組成，Engine主要控制數(shù)據(jù)的接入和系統(tǒng)的運(yùn)行，Client主要用于客戶端的接入及顯示。

PDM軟件功能包括：①用戶登錄；②主圖功能：GIL布置圖、傳感器位置及報(bào)警信息；③配置功能：設(shè)備配置、通道配置、用戶配置、報(bào)警配置合實(shí)時(shí)配置；④通訊功能：每個(gè)RTU的通訊狀態(tài)和每個(gè)通道的通訊狀態(tài)；⑤實(shí)時(shí)功能：給每個(gè)通道配備有實(shí)時(shí)顯示窗口，提供二維/三維圖及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析；⑥周期功能：回放已保存的周期數(shù)據(jù)，提供二維/三維展示；⑦事件功能：提供最后一次事件顯示窗口，包含背景降噪、干擾屏蔽、數(shù)據(jù)保存設(shè)置等信息，分析和診斷保存的事件數(shù)據(jù)；⑧趨勢(shì)功能：保存的趨勢(shì)數(shù)據(jù)窗口，按設(shè)定時(shí)間（如日、月、年）保存；⑨程序庫(kù)功能：典型局部放電圖文說(shuō)明；⑩報(bào)告功能：以小時(shí)、日、周、月等為單位出具檢測(cè)報(bào)告。

3 結(jié)論

本文著重介紹了基于特高頻法開發(fā)的EC4000 GIL局部放電檢測(cè)系統(tǒng)，測(cè)量GIL局部放電對(duì)預(yù)防GIL設(shè)備故障，發(fā)現(xiàn)潛在絕緣薄弱部位，提高運(yùn)行可靠性具有重要意義。

【參考文獻(xiàn)】

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[責(zé)任編輯：田吉捷]