周俊+戴湘
【摘 要】基于特高頻法的EC4000局部放電檢測系統(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量,對預(yù)防GIL設(shè)備故障,發(fā)現(xiàn)潛在絕緣薄弱部位,提高運行可靠性具有重要意義。本文對EC4000進行原理介紹和結(jié)構(gòu)說明,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標準)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,無電磁干擾,輻射低,不影響無線通訊,防護性能好,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)備的運行安全問題也顯得越來越重要,進行GIL局部放電監(jiān)測與評估工作對于保證設(shè)備安全運行具有十分重要的意義。EC4000作為一種測量GIL局部放電的軟件系統(tǒng),通過局部放電測量,可及時發(fā)現(xiàn)GIL的問題并安排設(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的絕緣強度和擊穿場強都很高,當(dāng)局部放電在很小范圍內(nèi)發(fā)生時,擊穿過程很快,將產(chǎn)生很陡的脈沖電流,其放電脈沖上升時間和持續(xù)時間都極短僅為幾個ns,其相對應(yīng)的頻域十分寬廣,該脈沖信號在GIL內(nèi)部傳播時會引起電諧振,激發(fā)出頻率高達300MHz ∽ 3GHz的電磁波。電磁波傳播時,不僅以橫向電磁波(TEM)形式傳播,而且還會建立高次橫向電波(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)信號頻率f高于截止頻率fc(f>fc)時才能傳播。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在傳播中衰減較小,因此可用特高頻傳感器對電磁波信號進行接收。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,這讓電磁波信號可通過盆式絕緣子絕緣中隙輻射散出,特高頻法通過測量此高頻電磁波信號(>300MHz)達到對局部放電進行檢測的目的。GIL盆式絕緣子一般為環(huán)氧樹脂材料,電磁波信號在其中傳播時衰減很小,這也保證了高頻電磁波信號的精度。由于GIL外殼具有良好屏蔽作用,外部干擾信號很難進入GIL內(nèi)部,現(xiàn)場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)點為抗外界干擾能力強。特高頻法可帶電測量,不用改變GIL的運行方式,并能實現(xiàn)在線連續(xù)監(jiān)測。缺點是無法給出局部放電的放電量大小。
2 基于EC4000的局部放電測量
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;
3)絕緣缺陷(Defective Insulator),絕緣件在生產(chǎn)或組裝過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局部放電檢測系統(tǒng)測量原理
EC4000 GIL局部放電檢測系統(tǒng)采用的局部放電檢測方法屬于特高頻法,其測量原理為在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,產(chǎn)生很陡的脈沖電流,其上升時間小于1ns,并激發(fā)特高頻電磁波,特高頻電磁波信號經(jīng)輻射、傳播、反射、衰減,被特高頻內(nèi)置傳感器檢測到,經(jīng)同軸電纜傳輸,將信號送至RTU數(shù)據(jù)處理單元,此時噪聲傳感器也檢測環(huán)境信號,一并送至RTU,所有信號經(jīng)計算后傳至后臺PDMS分析軟件,通過診斷系統(tǒng)進行診斷分析,因不同類型絕緣缺陷的局部放電所產(chǎn)生的特高頻信號具有不同頻譜特征,因此可實現(xiàn)對局部放電類型的識別,實現(xiàn)絕緣缺陷類型診斷。
2.3 EC4000 GIL局部放電檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)說明
EC4000 GIL局部放電檢測系統(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)制造時預(yù)先安裝于GIL腔體內(nèi),靈敏度高,抗外界干擾能力強,能接收300∽2000MHz特高頻頻段信號,傳感器的信號連接線是一個衰減較少的N型連接器,通過同軸電纜連接至便攜式數(shù)據(jù)采集單元,GIL安裝時,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GIL外部環(huán)境干擾信號,一般安置于GIL上方,噪音傳感器接收的信號通過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)采集單元之間信號傳輸用,具有輻射損耗小,受外界干擾影響小等優(yōu)點。
4)便攜式數(shù)據(jù)采集單元(RTU):通過硬件濾波電路,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?,?jīng)過PRPS和PRPD算法處理后通過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)采集單元計算處理后的局部放電信號傳至后臺PDM軟件。
6)PDM軟件:EC4000 GIL局部放電檢測系統(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、傳感器位置及報警信息;③配置功能:設(shè)備配置、通道配置、用戶配置、報警配置合實時配置;④通訊功能:每個RTU的通訊狀態(tài)和每個通道的通訊狀態(tài);⑤實時功能:給每個通道配備有實時顯示窗口,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趨勢功能:保存的趨勢數(shù)據(jù)窗口,按設(shè)定時間(如日、月、年)保存;⑨程序庫功能:典型局部放電圖文說明;⑩報告功能:以小時、日、周、月等為單位出具檢測報告。
3 結(jié)論
本文著重介紹了基于特高頻法開發(fā)的EC4000 GIL局部放電檢測系統(tǒng),測量GIL局部放電對預(yù)防GIL設(shè)備故障,發(fā)現(xiàn)潛在絕緣薄弱部位,提高運行可靠性具有重要意義。
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[責(zé)任編輯:田吉捷]