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GIS局部放电在线监测技术及检测方法GIS（气体绝缘金属封闭开关设备）是一种高压电力设备，用于输电和配电系统中。
在长期运行过程中，由于设备老化或故障，可能会导致局部放电（Partial Discharge，PD）现象的产生。
局部放电是指在绝缘材料中局部发生的放电现象，具有不连续性和周期性。
如果不及时发现和处理，局部放电可能会发展成大面积放电，导致设备的损坏甚至故障，对电力系统的可靠性和稳定性产生不利影响。
因此，开展GIS局部放电在线监测技术和检测方法的研究具有重要意义。
GIS局部放电在线监测技术可以实时监测和识别发生在设备中的局部放电现象，通过监测数据分析和处理，可以提前发现故障迹象，采取相应的措施进行预防和维修，从而保障设备的可靠运行。
目前，常用的GIS局部放电在线监测技术包括电测法、超声波法、电磁法和红外热像法等。
电测法是一种常用的GIS局部放电在线监测技术。
它通过安装在设备的绝缘支持物上的电感式传感器或电容式传感器获取电压或电流信号，实时监测和记录设备的运行状态。
通过对电压和电流信号的分析，可以检测到设备中的局部放电现象。
该方法具有简单、可靠、实时性强的优点，但不易精确定位局部放电点。
超声波法是另一种常用的GIS局部放电在线监测技术。
它通过超声波传感器接收设备中产生的超声波信号，利用超声波在封闭的金属容器中的传播规律来判断设备是否存在局部放电现象。
超声波法可以实现对设备的精确定位监测，但对传感器的位置布置和信号处理要求高。
电磁法是一种主要用于GIS局部放电在线监测的无损检测技术。
它通过电磁感应原理，在设备周围布置多个传感器，通过监测设备的电磁信号变化来判断是否存在局部放电现象。
电磁法具有不受高压电力设备介质影响、设备无需停电运行等优点，但对传感器布置和信号处理的要求较高。
红外热像法是一种通过红外热像仪来监测设备表面温度变化的技术。
由于局部放电现象会产生热量，使设备表面温度升高，通过红外热像仪可以实时获取设备表面的温度分布图像，检测设备是否存在局部放电现象。
局部放电在线监测技术在讨论局部放电在线监测之前，先对局部放电产生的机理进行说明：1什么是局部放电在IEC270文献的第七条指明，局部放电为一种现象，仅使导体间的绝缘部分桥接产生的电气放电，称为局部放电，简称PD，单位为为微微库仑记为pC。
而导体周围气体放电则称为电晕。
22.局部放电测量的特点局部放电测量许多因数对它有较大的影响，因此有相对小的再现性，所以测量值与其它高压试验相比存在较大的误差，并且这个误差在不同的试验环境和不同的试验条件时其值也不尽相同。
3局部放电脉冲在设备内部的传输变压器、电抗器、电容器、GIS等设备的传输，对交流设备而言，局部放电脉冲沿电容传输，因为电力设备基本上可看成是由横向电容与纵向电容组成的一个电容等效。
而对于直流电力设备而言，局部放电脉冲有它的特点，对于放电量的大小并不十分重要，而其脉冲个数N则十分重要。
4局部放电脉冲在交流设备中，它有如下特点在工频的1、3象限产生的放电脉冲为绝缘放电（不包括过零及峰值处），在工频波形峰值±90°的±1ms 的相角内产生放电为电晕，在工频过零的±1ms 内产生的放电为接触噪音，当内部构件绝缘松散则产生的放电脉冲与工频并不同步，这些特点就成为识别变压器内部局部放电的专家系统的基础。
90°0° 180°0°270°90°180°0°—+—+CIV —+NXCIVCIVNXCIVφ25局部放电在线监测的难点因为设备内部产生小于1000pC的局部放电脉冲均在微伏级和毫伏级，而电力设备处于在线状态时，母线上的电晕及母线上的各种其它电气脉冲干扰都非常大，例如750kV母线在下雨时的电晕在高压套管末屏测得的大小为400mV峰峰值以上，而在晴天也有200mV左右。
这样大的干扰把设备内部产生的微伏到几个毫伏级的信号全给掩盖。
因此对母线上带来的电气干扰必须先采取措施进行消除，而只对内部放电脉冲进行放大。
GIS局部放电在线检测技术的应用研究
GIS局部放电在线监测技术是电力系统中非常重要的一项技术，它可以实时监测GIS
中的局部放电情况，及时发现问题并采取相应的措施，从而保证GIS的安全稳定运行。
GIS是一种高压电器设备，由于其结构的特殊性，使得其在运行过程中容易产生局部
放电现象。
若能有效地监测和诊断GIS局部放电问题，能够提高GIS的使用寿命和可靠性，减少故障率，为电力系统的安全稳定运行作出贡献。
下面，将对GIS局部放电在线检测技
术的应用进行研究。
GIS局部放电在线监测技术的原理是利用检测传感器将GIS设备内部的局部放电信号
转化为电信号，然后经过放大、处理、分析、判断等环节，检测出GIS设备内部的局部放
电信号情况。
传感器是GIS局部放电在线监测技术的关键组成部分，它是利用特定的物理效应或材
料特性，将GIS设备内部的局部放电信号转化为电信号。
当前广泛应用的传感器有电磁传
感器、光纤传感器、电容传感器等。
其中，电磁传感器是最常用的GIS局部放电在线监测
传感器，其工作原理是通过测量磁场强度来检测GIS局部放电信号。
1、GIS设备的诊断
通过GIS局部放电在线检测技术，可以实时监测GIS设备内部的局部放电信号情况，
发现潜在故障点，对GIS设备进行诊断，并及时进行相应的维护保养工作。
GIS设备的性能评估需要考虑其工作状态和寿命等因素，局部放电在线监测技术可以
实时监测GIS设备的运行状况，根据检测结果评估GIS设备的性能。
3、GIS设备的运行状态监测
三、总结。
局部放电测试仪使用手册武汉四维恒通科技有限公司目录安全注意事项 (3)警告 (3)操作注意事项 (4)一、非侵入式局部放电活动检测 (5)二、技术参数 (7)三、结构布局 (9)四、使用操作 (11)4.1 主界面 (11)4.2 超声波测量程序 (12)4.3 TEV测量程序 (13)4.4 历史数据查看 (14)五、TEV读数说明 (16)六、使用条件 (25)七、符合声明 (25)8.1 保修 (26)8.2 范围 (26)九、售后服务 (27)安全注意事项本仪器用来检测中高压(MV/HV)设备中的局部放电源。
如果没有检测到放电，并不意味着中高压设备无放电活动。
放电源往往具有潜伏期，且绝缘性能也可能会由于局部放电以外的其它原因而失效。
如果检测到与中高压电力系统相连的设备中有相当大的放电，应该立即通知设备维护部门。
警告●本产品仅可用在地电位上使用。
●测试过程中，在启用探头之前应该确保电气仪器金属外壳接地。
●随时确保高压部分与仪器、探头和操作员之间的安全距离。
●严格遵守电力系统安全规则。
●闪电时切勿使用本产品。
●请勿在开机后立即进行测量。
●如环境改变，请通过重启来去除环境背景值●切勿对设备及探头进行机械撞击、振动、高温加热等操作。
●切勿在易爆环境中操作本产品。
●使用中如有不正常现象或使用上的疑问，切勿开启仪器，请直接联系厂家或代理商处理。
操作注意事项在使用TEV型产品时，必须遵守以下几点：1、从手机、RF 发射机、视频显示器以及无屏蔽的电子设备所产生的直流至1 GHz 频率范围内的强烈电磁干扰会影响读数。
将本产品放在离开任何导体表面至少1米处自由空间即可测量本地电磁场值。
2、在空间窄小的角落中使用时必须小心谨慎，因为临近其它的接地平面可以影响读数的精度。
尽可能在离金属体30cm 以上的距离(垂直距离)使用。
一、非侵入式局部放电活动检测1.1 概论局部放电不会使电极完全短路的电气放电。
这种放电的幅值通常都很小。
GIS局部放电在线监测技术及检测方法GIS（Gas Insulated Switchgear）局部放电是一种常见的设备故障形式，其程度和严重程度通常会引起设备损坏或停电。
为了及时发现和处理局部放电故障，保证电网的安全稳定运行，GIS局部放电在线监测技术和检测方法应运而生。
一、传感器传感器是GIS局部放电在线监测技术的核心部分，选择合适的传感器能够准确地检测出局部放电现象。
常见的传感器有电场传感器、电流传感器、超声传感器等。
电场传感器用于检测电压异常，电流传感器用于检测电流异常，超声传感器用于检测声波异常。
这些传感器可以将异常信号转换成电信号，并传输到信号处理系统进行处理。
二、信号处理信号处理是GIS局部放电在线监测技术的重要环节，将从传感器中得到的电信号经过放大、滤波等处理，得到更加清晰和准确的局部放电信号。
信号处理的目的是提高信号质量，减少噪声干扰，使得异常信号能够更好地被分析和判定。
三、数据传输数据传输是GIS局部放电在线监测技术的关键环节，选择合适的数据传输方式能够准确地将处理后的局部放电信号传输到相应的数据分析与判定系统。
常见的数据传输方式有有线传输和无线传输两种。
有线传输稳定可靠，但受到布线和距离限制；无线传输则无限制，但受到信号干扰等问题。
根据实际需要选择合适的数据传输方式。
四、数据分析与判定数据分析与判定是GIS局部放电在线监测技术的最后一步，通过对传输过来的局部放电信号进行分析和判定，可以判断局部放电的位置、程度和严重性，从而采取相应的措施进行处理。
数据分析与判定需要建立相应的模型和算法，通过分析局部放电信号的频率、幅值和波形等特征参数来判断局部放电情况。
除了以上所述的GIS局部放电在线监测技术，还有一些其他的检测方法可以应用于GIS局部放电的检测。
一、超声波检测超声波检测是一种非接触的检测方法，通过检测GIS局部放电所产生的声波来识别局部放电的位置和严重程度。
超声波检测方法有较高的精度和可靠性，可以实时监测局部放电，但也会受到其他噪声的干扰。
IRIS局部放电在线监测系统测量原理与技术北京华科同安监控技术有限公司目录第一章局部放电基础理论 (2)1.1局部放电定义 (2)1.2局部放电和绝缘故障 (2)1.3局部放电产生原因 (2)1.4物理特性 (3)1.4.1脉冲特性 (3)1.4.2信号传输途径 (4)1.4.3局部放电极性 (4)第二章局部放电监测技术 (5)2.1系统构成 (5)2.2电容传感器 (5)2.2.1电容传感器工作原理 (5)2.2.2电容传感器电参数 (6)2.3测量仪HydroTrac、BusTrac (7)2.4定向测量技术 (7)2.5定时测量技术 (8)3.1二维图 (9)3.2术语 (9)3.3局部放电与定子绝缘故障对应关系 (10)3.4趋势分析 (11)3.5同类机组数据比较 (11)3.6影响局部放电的因素 (11)3.6.1定子电压 (11)3.6.2负荷影响 (12)3.6.3温度影响 (12)3.6.4氢压影响 (12)3.6.5湿度影响 (12)第一章局部放电基础理论1.1局部放电定义局部放电是绝缘介质在足够强的电场作用下局部范围内发生的放电。
局部放电可能发生在固体绝缘的空穴中、液体绝缘的气泡中、具有不同特性的绝缘层之间，以及金属（或半导电）电极的尖锐边缘处。
由于气体的击穿场强比固体介质低得多，气体中的电场又比固体介质中高，因此往往在气隙的部位产生局部放电。
1.2局部放电和绝缘故障发电机定子绝缘的受多种故障因素作用，如电气因素、热因素、机械因素、环境因素。
这些故障都和局部放电有密切关系。
通过监测局部放电可以有效地掌握定子的绝缘状况。
局部放电会造成局部的环氧(树脂)损害。
由于绝缘中有云母存在，它对绝缘的破坏是一个缓慢的过程。
1.3局部放电产生原因局部放电产生的条件之一是电压，第二是有充满空气的气隙或者气泡。
当气隙中的电场强度达到电击穿强度时，气体被电离，从而有电流通过，造成局部导通。
发电机定子线棒的局部放电主要发生在绝缘内部、绝缘与铜接触部分或者线棒表面。
图1线棒模型图图1右半部分是线棒剖面示意图，左半部分是等效电路图。
当气泡中电场强度达到击穿强度时，气泡中气体被电离，有电流通过，气泡两端电压下降。
当定子线棒电压下降，气泡中电场强度低于击穿强度，气泡中没有电流通过，两端电压和绝缘电压恢复一致。
气泡两端电压周期如图2所示。
图2气隙两端电压周期图1.4物理特性1.4.1脉冲特性局部放电是上升时间很短的小电流脉冲信号。
在放电原点处，信号的上升时间大约只有1到5纳秒。
由于局放脉冲衰减得很快，一般都测量第一个脉冲所在的频段，以获得较高的信号幅值。
应用公式f=1/T=1/(4x t)，f是频率，t是上升时间，对于上升时间范围1-5ns，频率的对应范围是50-250MHz。
1.4.2信号传输途径沿线棒和母线传播、电容感应、辐射1.4.3局部放电极性气隙两端的放电在击穿点时，电流方向和相对地电流方向相反，如图2所示，因此在相对地正半周时气隙内发生的放电称为负放电，负半周内发生的放电称为正放电。
第二章局部放电监测技术2.1系统构成局部放电监测系统由传感器、信号电缆、监测仪器、上位机计算机等构成。
2.2电容传感器2.2.1电容传感器工作原理电容传感器相当于一个80PF的电容器，局放产生高频信号很容易通过它，而50Hz交流电很难通过。
根据容抗公式X C=1/2πf C，80PF电容对于50HZ 的交流信号容抗约为40MΩ，而对于高频局放信号（假设频率83MHz）的容抗约24Ω，因此可以看出80PF电容器相当于高通、低阻滤波器，它极大的抑制了50Hz等低频信号，增强了抗干扰能力。
由于定子线圈有一定的感抗，根据感抗公式X L=2πf L，定子对于局放信号(假设频率83MHz)的感抗是50Hz交流电的1,660,000倍，因此局放信号在定子线圈内传输距离不远，传输不到中性点。
另外定子线圈高压部分会发生局部放电，而靠近中性点部分由于电压太低，不会发生局部放电，因此电容传感器安装一般都在定子线棒的高压侧部分汇流环或者母线上（感抗小，信号衰减少），靠近局部放电容易发生的部位。
图3电容传感器根据研究，工业现场的电噪声频率大都分布在20MHz以下，而局放的频率范围在50～250MHz之间，电容传感器的频率范围在40～350MHz，因此采用电容传感器监测局放信号可获得较高的信噪比。
图4电容传感器频响与噪声2.2.2电容传感器电参数电容传感器分4个工作电压等级，具体参数见下表：额定电压28KV25KV16KV 6.9KV耐压(KV)70654020高度(mm)20620612792直径(mm)90909090重量（Kg） 2.3 2.3 1.6 1.1电容大小80pF80pF80pF80pF工作温度-55℃～125℃-55℃～125℃-55℃～125℃-55℃～125℃注：耐压是指传感器安装后，做耐压试验时最大耐压值，非额定工作电压。
试验电压按发电机或者母线耐压标准做。
2.3测量仪BusTrac、HydroTrac局部放电信号经传感器、信号电缆连接到仪器的信号输入端。
仪器受上位机计算机控制，在发电机定子带电压情况下进行测量。
它统计单位时间内局部放电信号的脉冲数量、放电强度，并根据脉冲在交流周期内的相位判别是正局放还是负局放。
测量仪通过RS485通讯方式与上位机计算机连接。
上位机可设定报警值，当局部放电强度超过设定值时，仪器可输出报警信号，控制继电器动作。
2.4定向噪声分离技术定向噪声分离技术应用于汽轮发电机局部放电测量，特点是传感器都安装在母线上。
每相安装两个传感器，一个尽量靠近发电机，目的是为了获得较强的局放信号（最小衰减），另一个距离前一个传感器2.5米以上(2.5~4米最佳)。
局部放电信号经母线先到达第一个传感器C1，然后到达仪器输入端M，同时局放信号经过一段延迟后经第二个传感器C2到达仪器输入端S。
C1和C2到仪器输入端M和S的距离L相等，这样信号时间差就是母线上延迟段传输时间T，时间关系T S-T M=T。
反之，从外部来的信号先到达S，后到达M，时间关系T M-T S=T。
仪器有高精度时间分辨率，最小可达6ns。
仪器可根据信号到达仪器输入端先后关系判断信号是来自发电机还是外部，如果时间差小于T，说明信号来自两个传感器之间的母线上，也就是延迟部分。
图5定向测量技术2.5定时噪声分离技术定时测量技术主要应用于水轮发电机局放测量，特点是传感器安装在定子上。
由于水轮发电机空间较大，因此容易安装在离局放发生最近的位置，以获得较强的局放信号。
如图6所示长度B1+L1=B2+L2，这样外部来的噪声型号经两个路径(B1-L1，B2-L2)同时到达仪器输入端1和2。
对于局放信号，假设发生在支路1，那么局放信号经两条路径（L1,B1-B2-L2）分别到达仪器。
由于L1<B1＋B2+L2，所以信号先到达仪器输入端1，后到达2。
同理，如果局放发生在支路2，那么信号先到达输入端2，后到达1。
根据这个原理仪器能够区分出来局放信号和外部噪声信号，同时仪器还能根据时间先后判别局放是发生在哪一个支路上。
图6定时测量技术第三章数据分析3.1二维图二维图是数据分析中最常用的一种手段。
测量仪将上位机计算机设定的量程划分成16段，每一段测量若干时间，统计在该段内的放电次数，然后将这16个统计数据点连成曲线。
坐标系的横坐标单位是mV，表示放电强度；纵坐标的单位是每秒放电次数(pps)，表示放电发生的多少。
图7二维图3.2术语为了定量局部放电状况，系统定义了两个指标Qm和NQN。
Qm可以理解为放电强度，它代表局部放电能量大小，也体现对绝缘破坏作用的大小。
Qm是纵坐标10pps(每秒放电10次)的直线与曲线交叉点的最大横坐标值。
根据正、负放电，Qm值分为+Qm(正放电曲线的Qm值)，-Qm(负放电曲线的Qm值)。
NQN是曲线和两坐标轴围城的阴影部分面积，它体现了局部放电数量的多少，也可以理解为绝缘系统中有多少气隙。
由图8可以看出当定子绝缘状况变差时，Qm值随之增大(局放强度变大)；同时，NQN值也随之增大(单位时间内局部放电次数增多)，曲线向右上角偏移。
根据正、负放电，NQN值分为+NQN(正放电曲线的NQN值)，-NQN(负放电曲线的NQN值)。
图8局部放电变大3.3局部放电与定子绝缘故障对应关系定子绝缘很多种故障都和局部放电有密切联系，因此通过监测定子局部放电也可以了解定子的绝缘状况。
下表是局部放电可以反映的故障类型及其局放特征。
故障类型故障表现局部放电特性绕组松动线棒松动，绝缘表面半导体涂层被磨损，严重时主绝缘被磨损或线棒脱离槽隙。
正局放占优势定子槽内放电线棒固定较好，但表面涂层失效。
正局放占优势热退化绝缘长期受高温作用，主绝缘分层，产生大量空隙，造成放电机会正负局放相当防晕层失效线棒端部防晕层失效，造成绝缘表面电位差过大，形成放电正局放占优势浸渍不良线棒生产过程中缺陷过多，长时间运行局部放电会破坏主绝缘，导致故障正负局放相当间距不合理相间距离过短或者相间有异物，造成相与相之间放电正负局放相当表面污染线棒表面受油、污垢等附着造成绝缘不良而产生放电。
正局放占优势不同的故障对应不同的局放特性，通过试验手段（变电压，变负荷）可以分析出不同故障。
3.4趋势分析观察局部放电趋势发展是判别定子是否出现问题的一个有效手段。
如果局放强度值Qm每半年大致增长1倍且高于报警值，说明定子绝缘出现较严重问题。
局部放电可以对绝缘故障起预警作用，它可以在绝缘发生损坏之前有明显表现，根据电压等级不同可以预警1到3、4年时间，电压等级越高预警时间越长。
图9发电机局放趋势图3.5同类机组数据比较判断发电机定子绝缘的另外一个方法是和同类型的发电机局放值进行比较。
通过比较可以对发电机绝缘的状况做出评价。
Iris公司已在全世界上万台发电机安装了局部放电监测装置，收集了大量数据，并存入数据库中。
Iris公司每年都在增加新的数据，进行新的统计。
3.6影响局部放电的因素发电机定子电压、负荷、定子温度、氢压、环境湿度等因素都可以影响局部放电，从而影响测量结果。
3.6.1定子电压局放随着电压上升而增大，但由于发电机正常情况下定子电压处于额定稳定状态，因此对局部放电几乎没有影响，分析数据时可忽略该因素。
3.6.2负荷影响正常情况下，负荷不会对局放产生影响。
但是当线棒松动时，局放会随负荷增加而增加。
根据左手定律，F m∝I2，有电流通过的线棒在发电机磁场当中受作用力，负荷增加意味着电流的增加，因此线棒受力随负荷增加。
如果正局放占优势（明显比负局放大），且跟负荷有直接对应关系（随负荷增大而增大），说明定子有线棒松动现象。
如果正局放占优势，不和负荷有直接关系，说明线棒没有松动，只是槽内放电。
