一种PD信号监测系统的制作方法

本实用新型涉及局部放电
技术领域：
，特别是一种PD信号监测系统。
背景技术：
：SF6气体由于其优良的绝缘和灭弧性能而广泛应用于气体绝缘设备中。然而，SF6气体绝缘设备(简称SF6电气设备，如气体绝缘组合电器GIS、气体绝缘断路器GCB、气体绝缘变压器GIT以及气体绝缘线路或管道GIL等)在制造、运输、安装、检修和运行等过程中，内部不可避免地会出现各种绝缘缺陷，如导体上的金属毛刺、部件松动或接触不良、导体与支撑绝缘子剥离形成的气隙、检修后的遗留物以及腔体内的金属微粒等，这些都会使SF6设备内部形成不同程度的绝缘缺陷，从而导致设备内部电场发生畸变，进而产生局部放电(PD)。当出现严重的PD时，一方面，PD会加快对设备内部绝缘的进一步破坏，最终导致绝缘故障造成停电事故，对运行中的SF6设备是一种潜在的隐患，有绝缘“肿瘤”之称；另一方面，PD又是有效表征绝缘状况的特征量，通过对SF6电气设备的PD进行检测并进行模式识别，可以在很大程度上发现SF6设备内部存在的绝缘缺陷及类型。因此，检测PD对保证SF6电气设备安全可靠运行具有重要的现实意义。技术实现要素：有鉴于现有技术的上述缺陷，本实用新型的目的就是提供一种PD(局部放电)信号监测系统，能够实现对PD的实时监测，并对PD量进行定量标定。本实用新型的目的是通过这样的技术方案实现的，一种PD信号监测系统，它包括有：调压器T，所述调压器T与外部交流电压AC连接，用于调节外部交流电压AC的输出电压；隔离滤波器，所述隔离滤波器用于对外部交流电压AC经过调节后的输出电压进行滤波处理，所述隔离滤波器还与绝缘缺陷放电模型连接；绝缘缺陷放电模型，用于模拟绝缘缺陷产生的PD脉冲电流信号；所述绝缘缺陷放电模型还利用耦合电容Ck将绝缘缺陷产生的PD脉冲电流信号耦合到无感检测阻抗Zm上，并通过无感检测阻抗Zm将产生的PD脉冲电流信号转换成相应的脉冲电压信号输出到示波器中显示。进一步，所述绝缘缺陷放电模型内部还设置有局部放电校准仪；所述局部放电校准仪采用IEC60270中的脉冲电流法对监测系统中的PD脉冲电流信号量进行校准。进一步，所述隔离滤波器包括有第一电容C1、第二电容C2和第一电阻R1；所述第一电容C1与第二电容C2串联后再与第一电阻R1并联。进一步，所述监测系统还包括有用于实时检测SF6分解气体的气相色谱-质谱联动仪GC/MS；所述气相色谱-质谱联动仪GC/MS与所述绝缘缺陷放电模型连接。进一步，所述绝缘缺陷包括有：绝缘子表面金属污秽缺陷、绝缘子气隙缺陷和高压导体突出物绝缘缺陷。由于采用了上述技术方案，本实用新型具有如下的优点：(1)本实用新型能模拟GIS内部典型缺陷产生的PD信号，并能定量检测放电电压和放电量，PD导致的SF6气体分解产物也可以通过色谱检测系统定量检测，通过数据关联分析，可为最终实现用SF6分解组分含量诊断GIS设备绝缘故障提供理论支持；(2)本实用新型能够实现对PD的实时监测，并对PD量进行定量标定，通过对SF6电气设备的PD进行检测并进行模式识别，可以发现SF6设备内部存在的绝缘缺陷及类型。本实用新型的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本实用新型的实践中得到教导。附图说明本实用新型的附图说明如下：图1为PD信号监测系统的连接示意图。图2为PD信号监测系统中校准电路示意图。图3为脉冲电流测量校准曲线图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。如图1所示；一种PD信号监测系统，它包括有：调压器T，调压器T与外部交流电压AC连接，用于调节外部交流电压AC的输出电压；隔离滤波器，隔离滤波器用于对外部交流电压AC经过调节后的输出电压进行滤波处理，隔离滤波器还与绝缘缺陷放电模型连接；隔离滤波器包括有第一电容C1、第二电容C2和第一电阻R1；第一电容C1与第二电容C2串联后再与第一电阻R1并联。绝缘缺陷放电模型，用于模拟绝缘缺陷产生的PD脉冲电流信号；绝缘缺陷放电模型还利用耦合电容Ck将绝缘缺陷产生的PD脉冲电流信号耦合到无感检测阻抗Zm上，并通过无感检测阻抗Zm将产生的PD脉冲电流信号转换成相应的脉冲电压信号输出到WavePro7100XL数字存储示波器(模拟频带1GHz，采样率20GHz，存储深度48MB)中显示，以实现对PD的实时监测，并对PD量进行定量标定。其中，耦合电容设置在密闭的气体绝缘组合电器(GasInsulatedSwitchgear，GIS)气室内，保证在额定电压下，监测系统本身局部放电量PD小于2pC。如图2和图3所示，绝缘缺陷放电模型内部还设置有局部放电校准仪；局部放电校准仪采用IEC60270中的脉冲电流法对上述PD信号检测中的PD脉冲电流信号量进行校准。监测系统还包括有用于实时检测SF6分解气体的气相色谱-质谱联动仪GC/MS；气相色谱-质谱联动仪GC/MS与绝缘缺陷放电模型连接。放电强度和持续时间的影响：目前大量研究认为不管哪种类型的放电故障，SF6分解气体产物含量都大致与放电能量成比例。2009年中国电力科学研究院利用一个110kV1:1的GIS故障仿真设备，研究较强和较弱两种PD强度对气体分解产物的影响。两次试验均施加90kV电压，使PD量维持在相对稳定的水平，其中放电较强时为50～70pC，较弱时为30pC。这一结果表明气体分解产物含量正比于PD强度及放电持续时间、反比于放电气室内的气体总质量，PD强度Q可表示为：Q＝kmΔp/Δt；式中，Δp是气体分解产物在Δt时间内的浓度改变量；m为放电气室内的气体总质量；k为转换系数，取决于试验检测结果。由此可认为，在不考虑吸附剂影响的前提下，如果SF6绝缘设备内发现气体分解产物含量在增加且产气速率在加大时，可以推断存在PD活动，且PD强度在增大，气体分解产气速率每提高一倍，对应于PD强度增加50％。绝缘缺陷包括有：绝缘子表面金属污秽缺陷、绝缘子气隙缺陷和高压导体突出物绝缘缺陷。具体实施例1，高压导体突出物绝缘缺陷。高压导体突出物绝缘缺陷，简称N(Needle)类缺陷。指GIS在装配过程中留下的焊疤或较大的毛刺等，在净化试验中无法清除，便在气室内留下异常突起点。此类缺陷危害较大，在稳态交流电压下，其突出部位分布在电场中形成局部高场强区，当局部电场强度大于气体的绝缘强度时，就会引发PD。由于放电只是发生在局部区域而没有贯穿整个电极之间，因此这种电晕有时显得较为稳定。本实用新型采用的真型GIS金属突出物缺陷，将铜金属丝缠绕并固定在高压导电杆上，突出的部分用以模拟高压导体上的异常突起点，所有金属突出物缺陷下的实验中电极突出长度均为2cm。针尖端部经过打磨处理，曲率半径约为0.3mm。每组试验放电时间为96h，工频电压受每日用电负荷变化的影响，势必会引起缺陷模型外施电压的波动进而影响PD的产生及放电量的大小，因此在监测PD时要考虑到放电量随时段的变化特性；同时，由于数据存储空间及数据处理时间的限制，全天监测PD既不必要也不现实，因此结合每日用电负荷随时段的变化规律，制定PD信号监测方案描述如下：以每组试验正式开始起计，把一组试验平均划分为4天，保证每天至少采集2次PD数据，每次的采集时间至少间隔6小时。在每次PD信号的采集时，分别采集单次脉冲下及工频周期下的PD信号各100组，并对采集的信号进行统计分析处理。金属突出物缺陷下PD较为稳定，一般来说，PD的起始电压与击穿电压之间区间跨度较大，可以通过调节外施试验电压改变PD强度，从而获得不同数量等级的放电量。经测试，本实用新型在放置金属突出物缺陷下PD起始放电电压为24kV，分别选取试验电压为28.8kV、33.6kV、38.4kV、43.2kV以及48kV进行实验，选用放电量总量QTOTAl来反映PD放电强度，实验中每一电压所对应的放电量如表1所示。表1金属突出物缺陷下PD特征值实验组28.8kV33.6kV38.4kV43.2kV48kVQTOTAL/pC2342324559881347621236具体实施例2，绝缘子气隙缺陷。绝缘子气隙缺陷，简称G(Gap)类缺陷。由于金属电极和环氧树脂的热膨胀系数不同，绝缘子与电极之间有时会因剥离形成微小的气隙，这些气隙会对电场造成畸变，使气隙中产生局部高场强，同时由于气体的击穿场强小于固体绝缘子，从而导致气体局部击穿形成PD。由于绝缘子内部缺陷导致的PD不会引起SF6发生分解，因此项目主要研究绝缘子与高压导体之间气隙形成的缺陷。本实用新型采用的真型GIS绝缘子气隙缺陷，盆式绝缘子与高压导电杆之间存在厚度为0.5mm的气隙，弧度30°。将绝缘缺陷模型置入放电室内，用真空泵和尽量短的橡胶管(长度将影响抽气时间)对腔体抽真空，并通入SF6新气反复冲洗腔体，以保证腔体内的湿气气化扩散出气室和气室内的空气充分排出。再一次抽取真空后充入0.4MPa高纯SF6绝缘气体，稳定数小时，使SF6扩散均匀，气体处于稳定状态，并确定装置气密性良好。用逐步升压法对缺陷模型施加试验电压，使缺陷在允许的电压阈值内(即外施电压小于固有缺陷起始放电电压)产生稳定的PD，否则需要调整模型参数，重新进行加压试验。通过脉冲电流检测单元和数字存储示波器监测绝缘缺陷模型的PD信号，以确保绝缘缺陷产生有效、稳定的PD。调整电压值可得到不同放电量值(本项目实验起始放电电压U0为15kV，采用1.2U0，1.4U0和1.6U0三个电压等级，即18kV、21kV和24kV进行实验)，探索在3个不同的放电量等级下SF6分解特性，表2所示为3个不同实验电压下的总的放电量。表2气隙缺陷下PD特征值样品体采集与检测。在对绝缘缺陷进行了96hPD试验中，用专用采样袋每12小时采集一次放电气体，单次采气量约为100mL。利用气相色谱仪，气相色谱-质谱联动仪和傅里叶红外测量仪对放电气体进行实时检测，对分解气体进行定性定量分析。具体实施例3，绝缘子表面金属污秽缺陷。绝缘子金属污染绝缘缺陷，简称M(Metal)类缺陷，是指GIS气室内不可避免残留的金属微粒受静电力作用吸附于盆式绝缘子上，使盆式绝缘子表面电场发生畸变，从而引起PD。绝缘子表面吸附的固体金属微粒，在某些情况下会长期地固定在绝缘子表面，作用类似于金属突起物，但具有以下几个不同特征：(1)绝缘子上有些金属微粒可能起初并不危险，但在机械振动和静电力作用下会有轻微的运动，并最终朝着危险的方向发展；(2)绝缘子表面的金属微粒会形成表面电荷聚集，从而加大了故障的可能性；(3)微粒放电会导致绝缘子表面损伤，在工频场下产生表面树痕，一旦形成放电通道，即会引发严重的绝缘事故。本实用新型针对实际检修时发现的盆式绝缘子表面金属污染的特征，并考虑试验的稳定性和规律性，采用盆式绝缘子表面径向粘贴一定尺寸长方形(5×10mm)的铝箔模拟M类绝缘缺陷，铝箔与高压导电杆的距离为1cm。将绝缘子表面污秽缺陷模型置入放电室内，用真空泵和尽量短的橡胶管(长度将影响抽气时间)对腔体抽真空，并通入SF6新气反复冲洗腔体，以保证腔体内的湿气气化扩散出气室和气室内的空气充分排出。再一次抽取真空后充入0.4MPa高纯SF6绝缘气体，稳定数小时，使SF6扩散均匀，气体处于稳定状态，并确定装置气密性良好。用逐步升压法对缺陷模型施加试验电压，使缺陷在允许的电压阈值内(即外施电压小于固有缺陷起始放电电压)产生稳定的PD，否则需要调整模型参数，重新进行加压试验。PD监测。通过脉冲电流检测单元和数字存储示波器监测金属污秽缺陷模型的PD信号，以确保绝缘缺陷产生有效、稳定的PD。调整电压值可得到不同放电量值(本项目实验起始放电电压U0为21.6kV，采用1.2U0，1.5U0和1.8U0三个电压等级，即25.9kV、32.4kV和38.9kV进行实验)，探索在3个不同的放电量等级下SF6分解特性，表3所示为3个不同实验电压下的总的放电量。表3绝缘子表面污秽缺陷下PD特征值实验组25.9kV32.4kV38.9kVQTOTAL/pC5228761894样品体采集与检测。在对绝缘子表面污秽缺陷进行了96hPD试验中，用专用采样袋每12小时采集一次放电气体，单次采气量约为100mL。利用气相色谱仪，气相色谱-质谱联动仪和傅里叶红外测量仪对放电气体进行实时检测，对分解气体进行定性定量分析。通过上述技术方案，本实用新型具有的有益效果如下：(1)PD强度对SF6分解产物的形成具有促进作用，但是对各分解组分的促进规律有所差异。(2)绝缘子表面污秽缺陷PD模拟实验表明：该种缺陷对电气设备内SF6有明显影响，特别是在高PD放电过程中会造成大量SF6分解，应尽力避免。(3)绝缘子表面污秽缺陷PD作用下，各特征分解组分的有效产气速率与放电量同样存在着一定的正相关性，可以将各特征分解组分的有效产气速率作为刻画故障严重程度的特征量。在对故障进行诊断时，对故障进行定性或者定量评判。最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求保护范围之内。当前第1页1 2 3