GIS 局部放电检测及典型图谱
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局部放电标准图谱附录一高频局部放电检测标准高频局部放电测试结果图谱特征放电幅值说明缺陷具有典型局部放电的检测图谱且放电幅值较大放电相位图谱具有明显180度特征,且幅值正负分明大于500mV,并参考放电频率。
缺陷应密切监视,观察其发展情况,必要时停电检修。
通常频率越低,缺陷越严重。
异常具有局部放电特征且放电幅值较小放电相位图谱180度分布特征不明显,幅值正负模糊小于500mV大于100mV,并参考放电频率。
异常情况缩短检测周期。
正常无典型放电图谱没有放电特征没有放电波形按正常周期进行附录二高频局部放电检测典型图谱放电类型图谱类型图谱特征电晕放电相位图谱分类图谱单个脉冲时域波形单个脉冲频域波形内部放电相位图谱分类图谱单个脉冲时域波形单个脉冲频域波形沿面放电相位图谱分类图谱附录三GIS超高频局部放电检测典型图谱定义:1、单周期检测数据:检测一个50Hz周期局部放电的峰值与相位角。
2、峰值检测数据:检测50Hz周期的相位角与局部放电信号的峰值和放电速率的关系。
3、PRPD检测数据获取局部放电信号峰值时,数据显示不同大小峰值的局部放电信号个数与50Hz周期相位角的关系。
GIS超高频局部放电典型图谱:电晕放电单周期检测图谱峰值检测图谱PRPD检测图谱自由金属颗粒放电单周期检测图谱峰值检测图谱PRPD检测图谱空隙(空穴、气隙)放电单周期检测图谱峰值检测图谱PRPD检测图谱移动电极局部放电(悬浮放电)单周期检测图谱峰值检测图谱PRPD检测图谱GIS超高频典型干扰图谱:雷达噪音单周期检测图谱峰值检测图谱PRPD检测图谱横轴是幅值,纵轴是相位马达噪音单周期检测图谱峰值检测图谱PRPD检测图谱闪光噪音单周期检测图谱峰值检测图谱PRPD检测图谱移动电话噪音单周期检测图谱峰值检测图谱PRPD检测图谱附录四高压电缆局部放电典型图谱及检测标准序号项目周期标准说明高压电缆局部放电电缆本体及接头局部放电试验1)2年2)必要时正常:无典型放电图谱。
附录一高频局部放电检测标准附录二高频局部放电检测典型图谱放电类型图谱类型图谱特征电晕放电相位图谱分类图谱单个脉冲时域波形单个脉冲频域波形内部放电相位图谱分类图谱单个脉冲时域波形单个脉冲频域波形相位图谱沿面放电分类图谱附录三GIS超高频局部放电检测典型图谱定义:1、单周期检测数据:检测一个50Hz周期局部放电的峰值与相位角。
2、峰值检测数据:检测50Hz周期的相位角与局部放电信号的峰值和放电速率的关系。
3、PRPD检测数据获取局部放电信号峰值时,数据显示不同大小峰值的局部放电信号个数与50Hz周期相位角的关系。
GIS超高频局部放电典型图谱:电晕放电单周期检测图谱峰值检测图谱PRPD检测图谱自由金属颗粒放电单周期检测图谱峰值检测图谱PRPD检测图谱空隙(空穴、气隙)放电单周期检测图谱峰值检测图谱PRPD检测图谱移动电极局部放电(悬浮放电)单周期检测图谱峰值检测图谱PRPD检测图谱GIS超高频典型干扰图谱:雷达噪音单周期检测图谱峰值检测图谱PRPD检测图谱横轴是幅值,纵轴是相位马达噪音单周期检测图谱峰值检测图谱PRPD检测图谱闪光噪音单周期检测图谱峰值检测图谱PRPD检测图谱移动电话噪音单周期检测图谱峰值检测图谱PRPD检测图谱附录四高压电缆局部放电典型图谱及检测标准序号项目周期标准说明高压电缆局部放电电缆本体及接头局部放电试验1)2年2)必要时正常:无典型放电图谱。
正常35kV Q<20pC110kV Q<10pC220kV Q<10pC异常:具有局部放电特征但放电量较小。
异常(I,II)35kV20pC<Q<100pCQ>100pC110kV10pC<Q<40pC40pC<Q<80pC1)曾经发生事故的电缆线路应密切关注,并适当缩短监测周期。
2)与标准图谱(附录B 高频局部放电检测典型图谱)比较,确定局部放电及类型。
3)异常及缺陷应根据处理标准进行处理。
电缆线路局部放电缺陷检测典型案例(第一版)案例1:高频局放检测发现10kV电缆终端局部放电(1)案例经过2010年5月6日,利用大尺径钳形高频电流传感器配Techimp公司PDchenk 局放仪,在某分界小室内的10kV电缆终端进行了普测,发现1-1路电缆终端存在局部放电信号,随后对不同检测位置所得结果进行对比分析,初步判断不同位置所得信号属于同一处放电产生的局放信号,判断为电缆终端存在局放信号。
2010年6月1日通过与相关部门协调对其电缆终端进行更换,更换后复测异常局放信号消失。
更换下来的电缆终端经解体分析发现其制作工艺不良,是造成局放的主要原因。
(2)检测分析方法测试系统主机和软件采用局放在线检测系统,采用电磁耦合方法作为大尺径高频传感器的后台。
信号采集单元主要有高频检测通道、同步输入及通信接口。
高频检测通道共有3个,同时接收三相接地线或交叉互联线上采集的局部放电信号,采样频率为100 MHz,带宽为16 kHz~30 MHz,满足局部放电测试要求。
同步输入端口接收从电缆本体上采集的参考相位信号,通过光纤、光电转换器与电脑的RS232串口通信,将主机中的数据传送至电脑中,从而对信号进行分离、分类及放电模式识别。
利用局部放电测试系统,在实验电缆中心导体处注入图1-1的脉冲信号,此传感器可直接套在电缆屏蔽层外提取泄漏出来的电磁波信号,在电缆中心导体处注入脉冲信号,耦合到的信号如图1-2所示。
图1-1 输入5 ns脉冲信号图1-2输入5 ns脉冲信号响应信号将传感器放置不同距离时耦合的脉冲信号如图1-3所示。
距电缆终端不同距离耦合的脉冲信号随其距离的增长而减小(见图1-4),这样就可以判断放电是来自开关柜内还是线路侧。
a)距电缆终端0.1 m b)距电缆终端1.5 m图1-3 局部放电系统的耦合信号图1-4 不同位置耦合的脉冲信号2010年5月6日,在某分界小室内的10kV电缆终端进行了普测,在距离1-1路进线电缆0.5 m和1.0 m处分别发现局放信号,测试结果如图1-5及图1-6所示。
GIS超高频局部放电典型图谱:电晕放电单周期检测图谱峰值检测图谱PRPD检测图谱金属颗粒放电单周期检测图谱峰值检测图谱PRPD检测图谱空隙放电单周期检测图谱峰值检测图谱PRPD检测图谱移动电极局部放电单周期检测图谱峰值检测图谱PRPD检测图谱雷达噪音单周期检测图谱峰值检测图谱PRPD检测图谱马达噪音单周期检测图谱峰值检测图谱PRPD检测图谱闪光噪音单周期检测图谱峰值检测图谱PRPD检测图谱移动噪音单周期检测图谱峰值检测图谱PRPD检测图谱1毛刺放电1. 1 根本特征接地体和带电体局部上的突起(毛刺放电)的特征表现为:•局部场强增加•由于电晕球的保护作用,工频耐压水平不受影响•雷电冲击电压水平会大幅度下降•毛刺如果大于1-2 mm 就认为是有害的导体上的毛刺与壳体上的毛刺放电图谱是一样的,但导体上的毛刺位于气室中心,其产生的压力波会呈扇形在整个气室传递,在壳体外能在较广的围接收到信号,而壳体上的毛刺信号较集中,在放电处信号最强。
也可以根据SF6气体对高频信号的衰减特性,调整带通滤波器的上限频率,如果信号明显降低,说明是壳体上的毛刺放电,如果信号变化不大,说明是导体上的毛刺放电。
一般导体上的毛刺放电更具危险性。
1.2 典型图谱毛刺放电的典型图谱如下:毛刺放电故障连续模式下有效值和峰值都会增大,信号稳定,而50HZ相关性明显,100HZ相关性较弱。
在相位模式下,一个周期会有一簇较集中的信号聚集点。
1.3经历判据根据现有经历,毛刺一般在壳体上,但导体上的毛刺更危险。
如果毛刺放电发生在母线壳体上,信号的峰值Vpeak < 2mV, 认为不是很危险,可继续运行。
如果毛刺放电发生在导体上,信号的峰值Vpeak > 3 mV, 建议停电处理或密切监测。
对于不同的电压等级,如110KV/220KV, 可参照上述标准执行。
对于330KV/500KV/750KV,由于母线筒直径大,信号有衰减,并且设备重要性提高,应更严格要求,建议标准提高一些。
GIS局部放电检测技术1、局部放电的检测方法局部放电:指绝缘结构中由于电场分布不均匀、局部电场过高而导致的绝缘介质中局部范围内的放电或击穿现象。
存在的范围:它可能产生在固体绝缘孔隙中、液体绝缘气泡中或不同介质特性的绝缘层间。
如果电场强度高于介质所具有的特定值,也可能发生在液体或固体绝缘中。
局部放电的检测都是以局部放电所产生的各种现象为依据,通过能表述该现象的物理量来表征局部放电的状态及特性。
局部放电过程中会产生电脉冲、电磁辐射、超声波、光以及一些新的生成物,并引起局部过热。
因此,相应地出现了脉冲电流检测法、UHF方法、超声波检测法、光测法、化学检测法、红外检测法等多种检测方法。
不同检测方法的优缺点如下:脉冲电流检测法:测量频率低,不能避开空气电晕干扰,不适合在线监测,是目前唯一具有标准的检测方法;超声波检测法:难以定量,且不易区分运行中设备干扰信号;光测法:尚未成熟;红外检测法:适用检测设备外部接线端等过热现象,不易监测运行中设备内部状况;化学检测法:在线监测结果可靠性高,但对突发性故障反应较慢;UHF方法:检测频带高,可避开电晕干扰;能反映放电的强度,对突发性故障也能及时反应,适合在线监测。
总的来说,根据现场经验,目前对于特高频法和超声波法比较认可,也是现场常用的两种检测方法。
2、特高频检测方法UHF信号的产生:在绝缘强度很高的介质中(如SF6气体、油纸绝缘等),如果发生了一个微小放电,则会产生一个前沿很陡的电流脉冲,从而辐射出高频电磁波信号,信号频率可达到上GHz。
特高频法的抗干扰性能好,特别是对变电站的电晕干扰具有良好的抑制能力。
对于特高频法,目前尚未有专门的标准,IEC42478(高电压试验技术-局部放电的电磁波和超声波检测)是有IECTC42工作组制定的一个与特高频检测相关的草案,目前还在制定过程中,还未正式发布。
该草案对定义了电磁波和超声波检测的频带范围(UHF:300MHz——3GHz),给出了相关物理定义,简单给出了灵敏度校验过程。
局部放电是指绝缘结构中由于电场分布不均匀、局部场强过高而导致的绝缘介质中局部范围内的放电或击穿现象,是造成绝缘劣化的主要原因,也是劣化的重要征兆和表现形式,与绝缘材料的劣化和击穿密切相关。
因此,对局部放电的有效检测对电力设备的安全稳定运行具有重要意义。
局部放电的检测是以局部放电所产生的各种现象为依据,通过能表述该现象的物理量来表征局部放电的状态及特性。
由于局部放电的过程中会产生电脉冲、电磁辐射、超声波、光以及一些化学生成物,并引起局部过热,相应地出现了脉冲电流法、超高频(UHF)法、超声波法、光测法、化学检测法、红外检测法等多种检测方法。
传统的局部放电检测方法,其测量信号的响应频率一般不超过 1 MHz,易受外界干扰的影响,很难用于电力设备的现场检测。
同传统的检测方法相比,超高频检测技术具有检测频率高、抗干扰性强和灵敏度高等优点,更适合局部放电在线监测,它通过接收电力变压器局部放电产生的超高频电磁波,实现局部放电的检测。
局部放电测量还有助于发现以SF6气体作为绝缘介质的气体绝缘金属封闭开关设备(以下简称GIS,包括HGIS和罐式断路器等)内部的多种绝缘缺陷,是诊断GIS健康状态的重要手段。
在GIS制造、安装、运行和检修的各个环节,凡是具备条件的,都应该进行局部放电检测。
检测原理电气设备在使用过程中,由于某些原因逐步产生缺陷,在局部出现的微小放电的物理状况。
检测局部放电是诊断电力设备绝缘状态的重要办法。
电力变压器内的油纸绝缘,由于自身老化或生产工艺,会导致绝缘缺陷。
绝缘缺陷的存在会造成电场不均匀而产生局部放电,使绝缘介质逐步受到侵蚀和损伤,最终导致变压器出现绝缘性故障,造成巨大的经济损失以及人身伤害。
所以局部放电的检测对电力变压器有着十分重要的意义。
变压器内部的典型局部放电形式有四种,他们分别是油中气隙放电、油纸隔板结构放电、悬浮电极放电和针板电极放电这四种。
我们利用超高频法检测变压器内部的局部放电。
局部放电是指绝缘结构中由于电场分布不均匀、局部场强过高而导致的绝缘介质中局部范围内的放电或击穿现象,是造成绝缘劣化的主要原因,也是劣化的重要征兆和表现形式,与绝缘材料的劣化和击穿密切相关。
因此,对局部放电的有效检测对电力设备的安全稳定运行具有重要意义。
局部放电的检测是以局部放电所产生的各种现象为依据,通过能表述该现象的物理量来表征局部放电的状态及特性。
由于局部放电的过程中会产生电脉冲、电磁辐射、超声波、光以及一些化学生成物,并引起局部过热,相应地出现了脉冲电流法、超高频(UHF)法、超声波法、光测法、化学检测法、红外检测法等多种检测方法。
传统的局部放电检测方法,其测量信号的响应频率一般不超过 1 MHz,易受外界干扰的影响,很难用于电力设备的现场检测。
同传统的检测方法相比,超高频检测技术具有检测频率高、抗干扰性强和灵敏度高等优点,更适合局部放电在线监测,它通过接收电力变压器局部放电产生的超高频电磁波,实现局部放电的检测。
局部放电测量还有助于发现以SF6气体作为绝缘介质的气体绝缘金属封闭开关设备(以下简称GIS,包括HGIS和罐式断路器等)内部的多种绝缘缺陷,是诊断GIS健康状态的重要手段。
在GIS制造、安装、运行和检修的各个环节,凡是具备条件的,都应该进行局部放电检测。
检测原理
电气设备在使用过程中,由于某些原因逐步产生缺陷,在局部出现的微小放电的物理状况。
检测局部放电是诊断电力设备绝缘状态的重要办法。
电力变压器内的油纸绝缘,由于自身老化或生产工艺,会导致绝缘缺陷。
绝缘缺陷的存在会造成电场不均匀而产生局部放电,使绝缘介质逐步受到侵蚀和损伤,最终导致变压器出现绝缘性故障,造成巨大的经济损失以及人身伤害。
所以局部放电的检测对电力变压器有着十分重要的意义。
变压器内部的典型局部放电形式有四种,他们分别是油中气隙放电、油纸隔板结构放电、悬浮电极放电和针板电极放电这四种。
我们利用超高频法检测变压器内部的局部放电。
变压器内部局部放电的超高频信号变压器内部局部放电频谱分布图由上述两个图谱可以看出用超高频测量变压器内部的局部放电是比较有效的。
1、变压器内部油中气体放电的典型图谱:
2、变压器内部悬浮电极放电的典型图谱:
3、变压器内部油纸隔板结构放电
4、变压器内部针板电极放电
对于GIS局部放电的起因有如下几种:
1.导体上的毛刺或颗粒 4. 自由移动的带电颗粒
2.壳体上的毛刺或颗粒 5. 盆式绝缘子上的颗粒
3.悬浮屏蔽(接触不良) 6. 盆式绝缘子内部缺陷
从能量的角度来看,放电是能量的一个瞬时的爆发,是电能以声能、光能、热能、电磁能,气体形式(臭氧、一氧化二氮)等形式释放出去的一个过程,可采用多种手段进行测量。
目前局部放电的检测手段主要有如下4种:
传统检测法(实验室常用,不适合在线)
超高频(UHF)检测法(检测灵敏度高,适合现场)
超声波(AE)检测法(检测灵敏度高,适合现场)
气体分析法(检测灵敏度低,反应速度慢)
UHF检测法和AE检测法适合现场检测应用,可以相互补充。
在变电站现场,由于受电磁环境、检测设备和试验电源等条件的限制,通常难以对GIS进行常规的脉冲电流法检测。
实践经验表明,局部放电超高频检测方法具有检测灵敏高和抗干扰能力强的特点,适用于发电厂和变电站现场条件下的变压器及GIS局部放电测量。
目前电力行业内已经认可此方法,并且有相应的技术规范。
放电类型识别
在测量过程中,系统对测量的数据实时分析并进行智能判断,并将判断结果自动
分类,类别如下:
1--悬浮电位放电
2--绝缘子内部气隙放电
3--绝缘子沿面放电
4--尖端毛刺放电
5--自由颗粒放电
6—外部干扰
7--没有明显放电特征
5.5抗干扰
现场干扰将降低局部放电检测的灵敏度,甚至导致误报警和诊断错误。
因此,局部放电检测装置应能将干扰抑制到可以接受的水平。
5.5.1 主要干扰类型
GIS局部放电特高频检测中主要存在以下几类干扰形式:
1)移动通讯和雷达等无线电干扰;
2)变电站架空线上尖端放电干扰;
3)变电站高电压环境中存在的浮电位体放电干扰;
4)照明、风机等电气设备中存在的电气接触不良产生的放电干扰;
5)开关操作产生的短时放电干扰。
在局部放电带电检测中,如果检测到放电信号,并确定为GIS内部的局部放电,则可以把所测波形和图谱与典型放电波形和图谱进行比较,确定其局部放电的类型。
局部放电类型识别的准确程度取决于经验和数据的不断积累,目前尚未达到完善的程度。
在实际检测中,当检测结果和检修结果确定以后,应保留波形和图谱数据,作为今后局部放电类型识别的依据。
在局部放电带电检测中,如果检测到放电信号,同时定位结果位于重要设备如断路器、电压互感器、隔离开关、接地刀闸或盆式绝缘子处,则应尽快安排停电检修。
如果放电源位于非关键部位,则应缩短检测周期,关注放电信号的强度和放电模式的变化。
在带电测量过程中,在GIS的高电压位置,如GIS的变压器和线路出线套管,请注意保持传感器及其电缆线和裸露的高压部件的安全绝缘距离,否则可能危及
管道、人身安全。
测试人员及测试设备在移动过程中,应注意对GIS设备的SF
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阀门及二次走线管道等的防护。
如果GIS发生绝缘击穿,GIS外壳可能出现危及人身安全的暂态电压。
测试人员应注意防护。
在GIS现场交接试验中,宜在GIS通过工频耐压试验后进行局部放电检测。
绝缘缺陷并非一定导致局部放电或持续的局部放电。
局部放电经常是断续发生的。
投运前和检修后的GIS交接试验中进行局部放电带电测量时,建议用橡胶锤敲击GIS壳体,激发浮电位局部放电以增加检测的有效性。
超高频传感对金属颗粒、浮电位部件的局部放电最为敏感,对尖端放电等长间隙放电相对不敏感。
附录A GIS 局部放电的典型图谱
附录B 干扰信号的典型图谱
附录C 检测数据的要求
附录D 术语和定义
GIS局部放电 GIS partial discharge
GIS局部放电是指发生在GIS绝缘结构中局部区域内的放电现象,包括:自由金属颗粒放电、悬浮电位体放电、沿面放电、绝缘件内部气隙放电、金属尖端放电放电等。
超高频 ultra high frequency(UHF)
指频率为300MHz~3GHz的电磁波频段。
局部放电超高频检测 UHF detection of partial discharge
采用内置或外置的传感器检测GIS中局部放电在特高频频段(300MHz~3GHz)范围内所产生的电磁波信号。
带电测量 on-line detection
特指在GIS运行状态下,采用便携式仪器或示波器,通过内置、外置或可活动的UHF传感器,由专业人员对局部放电进行检测。
背景噪声background noise
背景噪声是指在局部放电检测过程中测量到的非被检测设备所产生的信号,背景噪声包括检测装置中的白噪声、广播通讯信号、雷达信号以及其他的连续或脉冲干扰信号。
最小可测放电量q min minimum level of detectable PD
局部放电检测装置在检定条件下所能检出的最小放电量q min(pC)。
为了得到明确的测量结果,q min的测量幅值至少应为背景噪声幅值的2倍。