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国网公司GIS带电检测甘肃赛区技能竞赛拉开帷幕
来源： 甘肃省电力公司
5月25日，国网公司GIS带电检测技能竞赛甘肃赛区在检修公司330千伏桃树村变电站拉开帷幕。
为了确保此次竞赛活动有序推进，检修公司积极配合此次竞赛工作，提前安排人员、车辆，细化到每个环节。现场检测阶段，提前做好现场安全措施。当天，甘肃电力检测一队在330千伏桃树村变电站开展第一轮现场检测竞赛，现场竞赛安全有序推进，现场检测项目按标准化作业实施，严格落实“两票三制”，认真执行现场查勘、安全交底、工器具检查、工作监护等各项要求，做好竞赛人员安全意识、安全防护和安全能力培训，从严从细落实防护措施。
此次竞赛将历时半年时间，分现场检测、技术成果和理论考试三部分。现场检测部分，将分两轮在各站开展GIS设备特高频局放检测、超声波局放检测、红外检漏、红外测温、SF6气体成分分析、SF6气体湿度共6项检测项目。技术成果部分以省公司为单位组织，结合现场检测工作，全部或选择编制GIS设备特高频局放检测作业指导书、异常判断手册、异常判断手册、培训视频6项技术成果，按照技术成果的数量和质量评分。理论考试将于10月份在国网技术学院举办，考试采取闭卷笔答形式，个人独立完成。此次甘肃省电力公司从各基层单位挑选12名参赛选手，组成两个代表队参与竞赛。
据了解，此次竞赛旨在加强国网公司带电检测队伍建设，提高一线作业人员技能素质，促进国网公司系统带电检测技术整体水平提升。届时，参赛人员通过对国网公司265座330千伏及以上变电站GIS设备两轮全面、精细带电检测，把设备隐患发现在萌芽状态。同时，交流经验、切磋技能，选拔一批优秀的技能人才，带动一线人员整体技能素质提高和制定一套GIS设备带电检测标准化作业、异常判断、典型案例分析技术成果为目的，强化设备管理。（关飞飞 俞耀元 ）
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局部放电带电检测技术简介
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你可能喜欢基于声电联合的GIS局部放电带电检测技术研究--《上海交通大学》2012年硕士论文
基于声电联合的GIS局部放电带电检测技术研究
【摘要】：GIS由于结构紧凑、占地面积小、噪声低、无火灾危险、检修周期长、可靠性高等特点，已经成为目前变电站内主流电气设备，由于GIS内的场强很高，当设备内部存在一些缺陷时，就会发生局部放电。局部放电是导致GIS设备绝缘劣化的主要原因之一。
本文提出了利用UHF信号快速定位局放源以及与超声信号配合实现声电联合精确定位局放源的方法：先采用UHF传感器对GIS进行定位分析，确定放电源的大致范围。然后同时采用UHF传感器和超声传感器进行二次定位分析，实现绝缘缺陷的准确定位，提高了效率。
进行了基于虚拟仪器的声电联合GIS局放检测和定位装置研究和开发。同时提取局放信号的UHF信息、高频电流信息和超声信息，通过对三种信号的对比分析，能更加有效地排除现场干扰，提高局部放电定位精度和缺陷类型识别的准确性。并利用项目研制的声电联合GIS局放测试装置在上海等地准确地检测和定位了几处运行中的GIS内部缺陷，通过及时消除缺陷隐患，预防和避免了GIS设备故障造成的设备损失和停电损失。
【关键词】：
【学位授予单位】：上海交通大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2012【分类号】：TM595;TM835【目录】：
摘要3-4ABSTRACT4-9第一章 绪论9-14 1.1 课题背景和意义9-10 1.2 国内外研究现状10-12
1.2.1 GIS 局部放电检测技术研究现状10-11
1.2.2 超声波检测方法研究现状11-12
1.2.3 超高频（UHF）检测方法研究现状12 1.3 本文的主要研究工作12-14第二章 GIS 局部放电检测和定位相关理论及方法研究14-31 2.1 典型 GIS 局部放电机理及特征14-19
2.1.1 SF6 中的气体放电机理14-16
2.1.2 GIS 典型绝缘缺陷的局部放电机理研究16-19 2.2 GIS 局部放电定位方法研究19-30
2.2.1 GIS 局部放电电磁波传播路径19-22
2.2.2 基于 UHF 电磁波传播路径的定位方法22-23
2.2.3 GIS 局放超声信号的传播特性23-26
2.2.4 基于多组超声信号时差的定位方法26-29
2.2.5 超声波与 UHF 信号配合的声电联合定位方法29-30 2.3 本章小结30-31第三章 基于声电联合的 GIS 局部放电带电检测系统研制31-46 3.1 基于声电联合的 GIS 局部放电带电检测原理和方法31-32 3.2 检测系统硬件设计和实现32-36
3.2.1 检测系统组成和结构32
3.2.2 超高频传感电路32-33
3.2.3 超声传感电路33
3.2.4 高频电流传感电路33-34
3.2.5 工频信号采集单元34-35
3.2.6 超高速同步采集系统35
3.2.7 同步低速采集系统35-36
3.2.8 控制及数据分析系统36 3.3 系统软件设计和实现36-38 3.4 检测系统应用的局放数据信号处理和分析方法38-44
3.4.1 超高速分段采集存储技术38-39
3.4.2 同步采集技术39-40
3.4.3 同步相位计算方法40-42
3.4.4 基于时频特征分析的多源局放分离技术42-44
3.4.6 局部放电定位44 3.5 系统功能特点和技术指标44-45
3.5.1 检测步骤44
3.5.2 系统功能特点44-45
3.5.3 技术指标45 3.6 本章小结45-46第四章 现场应用及分析46-65 4.1 现场测试情况46 4.2 现场测试案例及分析46-65
4.2.1 测试案例 1-恒丰站 35kV GIS 通管支撑绝缘子局部放电缺陷46-48
4.2.2 测试案例 2-220kV 浦东站开关柜内部套管放电缺陷48-51
4.2.3 测试案例 3-220kV 浦建站 GIS 局放疑似信号检测和排除51-53
4.2.4 测试实例 4-220kV 华山站 110kVGIS 绝缘拉杆内部爬电53-55
4.2.5 测试实例 5-220kV 瑞金站流变内部低电位浮电位放电55-58
4.2.6 测试实例 6-220kV 天山站 GIS 压变家族性放电缺陷58-65第五章 结论与展望65-66 5.1 结论65 5.2 展望65-66参考文献66-70致谢70-71攻读硕士期间发表的学术论文71-74附件74
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基于声电联合的便携式GIS局部放电带电检测系统
《电工技术》
编辑/作者：
发布时间：
赵崇娟1,2，郑文栋3，钱勇3
(1.华北电力大学电气与电子工程学院，北京.湖州电力局，浙江 湖州 313000)
（3．上海交通大学电气工程系，上海 200240）
【摘要】GIS设备内部出现绝缘缺陷时，就会在日常运行中产生局部放电。为了检测和分析GIS设备的绝缘状态和发展趋势，研发出运用超高频法和超声法联合检测技术实时检测GIS内部局部放电信号的系统。
关键词 GIS 局部放电 超高频法 超声法
局部放电是导致GIS设备绝缘劣化的主要原因之一，也是描述GIS绝缘老化的重要特征，通过检测和分析局部放电信号就能判断GIS内部是否存在绝缘隐患。局部放电的传统检测方法是基于IEC 60270标准的脉冲电流法，但受其检测原理的限制，这种检测方法不能对局部放电源进行定位，并且只能进行GIS局部放电离线检测。目前，以超高频法[1,2]和超声法[3]为代表的局部放电检测手段已在现场广泛应用。便携式GIS局部放电检测系统就是运用超高频和超声传感器联合检测技术实时检测GIS内部的局部放电信号，再通过基于专家数据库的数据分析软件和智能诊断系统实时分析和处理信号，并根据历史趋势和特征评估GIS的绝缘状态，以判断缺陷类型。便携式GIS局部放电检测系统通过超高频和超声联合定位的方法还可计算出绝缘缺陷的位置，对设备的维护和检修提出建议。
1 便携式GIS局部放电检测系统结构
便携式GIS局部放电检测系统主要由超高频信号部分、超声信号部分、数据采集部分以及后台专家数据库等组成。信号放大部分、数据采集部分和后台专家数据库集成在装有拉杆和滑轮的便携式系统箱中，外置传感器和线缆放置在独立的配件箱中，结构紧凑减小了系统的体积和重量，便于在现场使用。
检测时可选择通道的输入信号为超高频或超声信号，因此可根据现场的检测情况灵活配置检测方案。
2 系统软硬件构架
2.1超高频信号部分
超高频传感器放置在配件箱中，动态范围为－64～－10dBm，检测带宽为500MHz～1.5GHz，检测灵敏度小于1pc。超高频放大器分为2组，输入信号均为经高频同轴屏蔽电缆传输的局部放电信号。一组经70dB对数放大，检波并脉冲展宽后的输出信号再经单端转差分后由7芯同轴电缆输至前端采集部分；另一组经线性放大输出的超高频信号，再经高频线输出至示波器，用于定位局部放电信号。
2.2超声信号部分
超声传感器为压电陶瓷型声发射传感器，检测带宽为20～300kHz，检测灵敏度为10pc。超声放大器为低噪声（小于10mV）放大器，放大倍数100/1000倍可选，输出信号经差分转换后由同轴电缆输至前端采集部分。
2.3数据采集部分
&&& 数据采集部分由信号分配接口模块、A/D采集模块、DSP信号处理模块组成。
&&& 信号分配接口模块把前端传感器的信号（最多可支持4路信号）输入A/D采集模块；提供以太网/光纤接口，连接工控机专家系统；对输入的220V交流电源进行EMI滤波后输出至电源变压器。
&&& A/D采集模块为前端采样主控制器，主控芯片选用高速、双通道、13位的A/D转换芯片。A/D采样模块配置DSP信号处理模块后可使其工作在20、10、5M等频率。A/D采样模块的存储空间为8Mbytes SRAM。
&&& DSP信号处理模块为前端处理部分的主控制器，主控芯片选用TI公司C6000系列高性能浮点芯片。通过TCP/UDP协议，DSP信号处理模块可经以太网/光纤与工控机连接，接收工控机后台软件指令，控制前端各设备运行状态，包括调整A/D采集模块的采样频率、采样深度、采样间隔；数据传输采用原始数据或特征值数据格式。
2.4后台专家数据库
&&& 后台专家数据库使用SQL数据库平台，采用Client/Server结构，通过以太网/光纤网络相连，提高了系统的抗干扰能力，使局部放电检测结论可信度更高；可远程监控本系统的运行情况。
&&& 带有专家数据库的工业计算机安装在便携式系统箱中，配置有控制分析软件、数据采集控制模块、干扰抑制模块、特征提取模块、智能分析模块、历史数据库管理模块。
3 局部放电信号的定位和检测
GIS中的金属突起、浮动电极、金属自由颗粒和绝缘子缺陷都会引起GIS内部场强发生变化。当局部场强超过击穿场强时，就会发生局部放电。局部放电时的气体击穿过程很快，激发频率超过1GHz的电磁波在GIS腔体中传播。
同轴波导中传播的电磁场E和H满足齐次矢量亥姆霍兹方程：
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& （1）
GIS设备的同轴结构使得电磁波信号在其内部传播时衰减较小，使用超高频传感器在GIS盆式绝缘子的外壳处可以检测到沿GIS腔体传播的UHF信号。首次到达波的时间为电磁波从局部放电点出发沿传播路径至超高频传感器处的传播时间[4]。
局部放电引起声音以机械波的形式在GIS中的气体和固体介质中传播，造成介质的压缩和膨胀。压力的局部变化会造成介质密度的局部变化和分子的位移，此过程被称为粒子位移。
在物理学中，对于声波运动的描述为：
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& （2）
GIS内部产生局部放电信号时，会出现20kHz以上的超声波（横波、纵波）。由于气体中分子间隔大，相互作用力弱，因此只有纵波能在气体中传播，SF6中的超声波纵波的波速约为140m/s。而在固体中除了纵波还有横波以及沿介面传输的表面波。
3.1局部放电定位
为确定绝缘缺陷的具体位置，以便进行设备安全维护，需对局部放电进行定位分析。由于电磁波信号传播速度近似光速，远超超声波在SF6中约为140m/s、在铝平面中约为6000m/s的传播速度。因此在系统检测的局部放电信号中，可使用示波器记录超高频信号与超声信号间的时差来定位局部放电点。
超声波在GIS腔体中经过反射、折射后沿着外壳体传播的速度远大于在SF6中传播的速度，因此现场测试中使用一个或一组超声传感器以时间差为判据，可大致得到故障点与传感器的距离。然而，声波传播路径具有复杂性，因此若从时间间隔上判别局部放电点的位置，就须以首次到达波为准[5]，如图1中的。
图1 超高频、超声检测信号
使用能量算法[6]计算图1中声发射法信号的首次到达波时间。
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& （2）
&&&&&&&&&&&&&&&&&&& （3）
式中，局部放电能量是所有个时间序列的累加和，是样本的信号，并引入了负偏参数。
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& （4）
式中，是整个信号长度；是所有信号的能量和；引入因数是为了减少能量求和造成的系统延时。的起始取值在2～200间，以保证最小时延和避免错误挑选。
取N=10时，计算得到首次波起始沿时间为0.2625ms，如图2所示。
图2 超声检测信号首次波到达时间
计算得到绝缘缺陷点离超声传感器的范围为12.25mm，实际的缺陷类型和位置与判断结论吻合。
3.2 局部放电检测
由于各种局部放电源和介质的特性存在差异，因此各种类型的局部放电在工频周期内的相位分布也不同，所以可根据局部放电的相位图谱判断出部分局部放点放电类型和绝缘的劣化状态。
局部放电信号的特征图谱包括：最大放电量相位分布、平均放电量相位分布、放电次数相位分布、放电幅值分布、放电能量分布和三维-Q-N图谱，如图3所示。
（1）最大放电量相位分布：表示各相位区间的最大放电量。
（2）平均放电量相位分布：表示各相位区间的平均放电量。
（3）放电次数相位分布：表示各相位区间的放电次数。
（4）放电幅值分布：表示对不同幅值的放电次数的统计。
（5）放电能量分布：表示对不同幅值的放电能量的统计。
（6）三维-Q-N图谱：全面反映了放电量、放电次数和放电相位间的关系。
图3 相位图谱和特征图谱
采用便携式GIS局部放电检测系统对山东电力公司的二十多个35、110、220kV GIS变电站进行了检测，准确地判断出GIS设备存在局部放电，并对放电源进行了定位。
便携式GIS局部放电检测系统采用便携化的结构设计，使得检测设备结构紧凑；采用面板化的操作方式，使得现场接线更简捷。现场应用情况表明，便携式GIS局部放电检测系统能有效发现运行中GIS的绝缘缺陷，评估GIS的绝缘状态，并判断出缺陷类型和位置，为设备安全运行提供了有力保障。
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关键词： GIS，局部放电，超高频法，超声法
来源：中国电工网
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