專(zhuān)利名稱(chēng)：罐式斷路器局部放電檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力傳輸設(shè)備檢測(cè)方法，進(jìn)一步講涉及罐式斷路器局 部放電的檢測(cè)方法。
背景技術(shù)：
對(duì)局部放電進(jìn)行運(yùn)行監(jiān)測(cè)的主要困難在于消除各種干擾的影響， 如何從強(qiáng)大的電磁干擾中提取微弱的放電脈沖信號(hào)。國(guó)內(nèi)外己經(jīng)提出 了許多方法。 1、外復(fù)電極法
SF6斷路器為金屬外殼，接地點(diǎn)多，不宜從接地線上提取局部放 電脈沖電信號(hào)。外復(fù)電極是提取局部放電脈沖信號(hào)的方法之一。在 SF6斷路器外殼上敷上絕緣膜與金屬箔電極，外殼與金屬箔電極形成 小電容，局部放電引起的脈沖信號(hào)通過(guò)該小電容耦合到檢測(cè)阻抗上， 即可進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
由于外復(fù)電極法提取局部放電脈沖信號(hào)的效果比不上內(nèi)置電極法的 效果，為此可采取內(nèi)置電極以提取局部放電的脈沖信號(hào)。例如在盆式 絕緣子內(nèi)靠近接地端預(yù)先埋設(shè)電極以提取信號(hào)。也可將斷路器法蘭稍 加改造，在法蘭內(nèi)部加裝金屬電極，與外殼形成電容，提取信號(hào)。內(nèi) 置電極法的監(jiān)測(cè)效果好，但需對(duì)斷路器本體進(jìn)行改造，這往往是不易 實(shí)現(xiàn)的。
2、 超高頻檢測(cè)法
SF6設(shè)備采用高壓力SF6氣體絕緣，耐電強(qiáng)度高，放電引起的脈 沖電信號(hào)的上升沿極陡，約在0.35-3ns之間，頻譜中高頻分量可達(dá) 吉赫數(shù)量級(jí)，因此可選擇超高頻段(數(shù)百兆赫至數(shù)吉赫)進(jìn)行局部放電 的檢測(cè)。超高頻檢測(cè)法具有以下顯著優(yōu)點(diǎn)1)由于各種電磁干擾的 輻射頻率低，選擇適當(dāng)?shù)某哳l段可以顯著提高信噪比；2)斷路器 以外的超高頻電磁干擾信號(hào)很微弱，傳播時(shí)衰減很快，故對(duì)斷路器現(xiàn) 場(chǎng)測(cè)試的干擾影響較小，而斷路器的金屬同軸結(jié)構(gòu)構(gòu)成良好的波導(dǎo)， 其內(nèi)部放電產(chǎn)生的超高頻信號(hào)則可有效傳播，這也有利于提高信噪 比。超高頻檢測(cè)時(shí)一般是采用內(nèi)部電極或外部電極作為耦合器來(lái)提取 放電信號(hào)。由于內(nèi)部電極設(shè)置上有困難，因此多采用體外檢測(cè)方式。 斷路器多處裝有盆式絕緣子，于是外殼存在絕緣縫隙，當(dāng)電磁波沿?cái)?路器的金屬筒傳播時(shí)，部分電磁波可以從這里輻射出來(lái)。采用無(wú)線式 傳感器，放置在斷路器盆式絕緣子外緣，就能從外部測(cè)得內(nèi)部放電的 信號(hào)。為消除空間干擾的影響，但傳感器需采取適當(dāng)?shù)钠帘未胧?，?前此技術(shù)還不成熟。
3、 機(jī)械振動(dòng)法
局部放電會(huì)產(chǎn)生聲波。因此，在斷路器殼體外表面裝設(shè)振動(dòng)傳感 器，可以監(jiān)測(cè)內(nèi)部的放電。由于氣體和鋼板聲阻匹配不好，界面衰減 較大，因此從斷路器外殼上測(cè)得的聲波，往往是沿固體材料以最短的 距離傳到殼體后，以橫波的形式傳播到傳感器的。局部放電產(chǎn)生的聲 波頻譜分布很廣，但斷路器中高頻分量在傳播過(guò)程中嚴(yán)重衰減，所以
機(jī)械振動(dòng)法檢測(cè)到的主要是聲波中的低頻分量。
總之，當(dāng)前雖有一些斷路器局部放電監(jiān)測(cè)診斷儀已投入運(yùn)行，卻 遠(yuǎn)未推廣， 一是價(jià)格昂貴，二是故障診斷技術(shù)本身尚需完善提高，從 而使此項(xiàng)研究開(kāi)發(fā)工作仍在繼續(xù)開(kāi)展并形成熱點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種超高頻罐式斷路器局部放 電的檢測(cè)方法。
在斷路器局部放電運(yùn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，信號(hào)檢出以超高頻檢測(cè)法的 信噪比最高，優(yōu)點(diǎn)最突出，因此是一種很有發(fā)展前途的檢測(cè)技術(shù)。UHF 法正也是基于電磁波在斷路器中的傳播特點(diǎn)而發(fā)展起來(lái)的，盡管在別 的電氣設(shè)備(如電機(jī)、電纜)中也有應(yīng)用，但比較起來(lái)，此法特別適用， 斷路器中局部放電信號(hào)的監(jiān)測(cè)，尤其是現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)。對(duì)斷路器中上述各 類(lèi)缺陷的診斷均已有研究。它的最大優(yōu)點(diǎn)是可有效地抑制背景噪聲，
如空氣電暈等產(chǎn)生的電磁干擾頻率一般均較低，可用寬頻法UHF對(duì)其
進(jìn)行有效抑制；而對(duì)超高頻通信、廣播電視信號(hào)，由于其有固定的中
心頻率，因而可用窄頻法UHF將其與局部放電信號(hào)加以區(qū)別。所以罐
式斷路器局部放電檢測(cè)儀采用了 UHF前沿技術(shù)，對(duì)斷路器系統(tǒng)的安全
穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重要意義。
放電電磁波的傳輸特性，研究和試驗(yàn)表明，GIS中由局部放電 輻射出的特高頻電磁波，其在同軸波導(dǎo)中傳播時(shí)，不僅存在橫向 電磁波(TEM)，而且還有橫電波(TE)和橫磁波(TM)。 TEM波為非 色散波，它能以任何頻率在GIS中傳播，而TE、 TM波則不同， 各自具有截止頻率,，其取決于GIS的同軸尺寸，只有當(dāng)電磁波
頻率y^y;時(shí)，電磁波才能傳播。
將母線腔，近似為同軸波導(dǎo)系統(tǒng)，內(nèi)導(dǎo)體外半徑為"，外導(dǎo) 體的內(nèi)半徑為6。兩導(dǎo)體之間充有SF6氣體，其介電常數(shù)為" 導(dǎo)磁率為A，其中外導(dǎo)體模擬GIS外殼，電位為零。對(duì)圖l所示 的同軸波導(dǎo)，場(chǎng)域("^W)內(nèi)任一點(diǎn)戶(r，p)，其場(chǎng)量￡和//滿足 下列麥克斯韋方程
上式為亥姆霍茲方程，波導(dǎo)中一切波型(TEM、 TE、 TM) 都滿足亥姆霍茲方程。
同軸波導(dǎo)中TEM波的場(chǎng)分布，TEM波沒(méi)有截止頻率，利用 邊界條件/"="時(shí)^ ="。和^ = 6時(shí)^ = 0,沿z軸方向傳播的場(chǎng)量為
,—rln(6/a)
式中"。為信號(hào)幅值；w為信號(hào)角頻率；/t-wV^為相位常數(shù)； ;/ = ^為波阻抗。
同軸波導(dǎo)中TE和TM波的場(chǎng)分布，同軸波導(dǎo)中除可以傳播TEM 波外，還可傳輸TE和TM波，此時(shí)從單個(gè)波導(dǎo)來(lái)看，電磁場(chǎng)場(chǎng) 量滿足麥克斯韋方程，展開(kāi)后可得
<formula>formula see original document page 6</formula><formula>formula see original document page 7</formula>
式中<formula>formula see original document page 7</formula>為傳播常數(shù)；^為對(duì)應(yīng)于截止波長(zhǎng)的相位常
當(dāng)￡，=0且//，-0，則電場(chǎng)只有橫向分量，這種波稱(chēng)為T(mén)E，
此時(shí)
<formula>formula see original document page 7</formula>
當(dāng)//2=0且^*0，則磁場(chǎng)只有橫向分量，這種波稱(chēng)為T(mén)M，
此時(shí)
<formula>formula see original document page 7</formula>sin
式中人(V)、 K^)為第一、第二貝塞耳函數(shù)；丄仏C、 Z)
為常數(shù)；任何極化方向的場(chǎng)可以由cos"伊和sin"p (即& = 0和 p。二;r/2兩種場(chǎng))疊加而成，因此，將角向關(guān)系寫(xiě)成偶對(duì)稱(chēng)場(chǎng)和 奇對(duì)稱(chēng)場(chǎng)兩種基本類(lèi)型。
當(dāng)頻率足夠高時(shí)，/ 為實(shí)數(shù)，此時(shí)行波因子為f講， 說(shuō)明電磁波沿z軸傳輸；當(dāng)頻率比較低時(shí)，/ 為虛數(shù)， 為衰減因子，電磁波的相位沿z軸不變化，其幅值沿z軸衰減很 快，顯然這種波不能傳播。
電磁波計(jì)算，用有限時(shí)域差分法在各離散點(diǎn)上函數(shù)的差商來(lái) 近似替代該點(diǎn)的偏導(dǎo)數(shù)。同理，對(duì)于某點(diǎn)的偏導(dǎo)數(shù)也可近似表達(dá) 為差商，應(yīng)用這種方法將含時(shí)間變量的麥克斯韋旋度方程可轉(zhuǎn)化 為一組差分方程，并在時(shí)間軸上逐步推進(jìn)以求解空間電磁場(chǎng)，它 是求解麥克斯韋微分方程的直接時(shí)域方法。采用交替抽樣的離散 方式，在空間和時(shí)間上處理電磁場(chǎng)E、 //分量，在計(jì)算中將空間 某一網(wǎng)格點(diǎn)的電場(chǎng)(或磁場(chǎng))與周?chē)艌?chǎng)(或電場(chǎng))直接相關(guān)聯(lián)，
且介質(zhì)參數(shù)已賦值給計(jì)算空間的每一個(gè)元胞，利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī) 技術(shù)，通過(guò)求解差分方程組，可方便解出各網(wǎng)格點(diǎn)的場(chǎng)值。
本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題的方案是
罐式斷路器局部放電的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和檢測(cè)采用超高頻檢測(cè)方 法，其檢測(cè)原理為斷路器內(nèi)局部放電時(shí)一個(gè)顯著特點(diǎn)是其電流 脈沖上升時(shí)間及持續(xù)時(shí)間僅為納秒(ns)級(jí)，該電流脈沖將激發(fā)出 高頻電磁波，其主要頻段為0.3-3GHz，該電磁波可從斷路器上盤(pán)式絕緣子處泄露出來(lái)，并由超高頻傳感器接收，然后根據(jù)接收 的信號(hào)強(qiáng)度來(lái)分析局部放電的嚴(yán)重程度。
本發(fā)明方法包括以下步驟
1、 采用超高頻傳感器捕捉放電產(chǎn)生的超高頻電磁信號(hào)；
2、 采用濾波電路將傳感器輸出的電磁波形信號(hào)限制在0， 3-3GHz頻段；
3、 采用檢波電路將一次放電中的多個(gè)脈沖形成包絡(luò)曲線；
4、 采用增益電路補(bǔ)償在濾波和檢波電路中的信號(hào)衰減；
5、 采用3個(gè)A/D采集模塊對(duì)包絡(luò)曲線進(jìn)行順序延時(shí)采樣；
6、 采甩A/D驅(qū)動(dòng)模塊與微處理器配合產(chǎn)生控制三個(gè)A/D的啟動(dòng) 時(shí)序；
7、 采用FIFO模塊進(jìn)行緩存，并產(chǎn)生溢出標(biāo)志給微處理器，由微處理器統(tǒng)一進(jìn)行讀??；
8、 采用方波發(fā)生模塊為微處理器提供一個(gè)500MHz的基準(zhǔn)方波；
9、 采用倍頻器產(chǎn)生A/D驅(qū)動(dòng)模塊的控制時(shí)序；
10、 采用微處理器用于連接整個(gè)電路，實(shí)現(xiàn)發(fā)生A/D工作時(shí)序、 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、控制液晶顯示，通過(guò)顯示器顯示波形數(shù)據(jù)及信號(hào)強(qiáng)度。
本發(fā)明的關(guān)鍵點(diǎn)是濾波電路將傳感器的信號(hào)限制在0. 3-3GHz這 一頻段，以避開(kāi)其他電信號(hào)干擾，如電暈等，由于信號(hào)是ns級(jí)別的， 而A/D采集模塊芯片最快只能達(dá)到400MHz的采樣頻率，因此采用3 個(gè)A/D采集模塊，并順序延時(shí)采樣，最終可達(dá)約1. 05GHz的采樣頻率。 發(fā)明還可以通過(guò)USB存儲(chǔ)和USB驅(qū)動(dòng)模塊進(jìn)行波形存儲(chǔ)，由于 微處理器自身不具備USB接口 ，需要外接一個(gè)USB設(shè)備的接口芯片。
本發(fā)明方法能夠快速、準(zhǔn)確地將檢測(cè)出故障點(diǎn)，縮短了設(shè)備檢修 查找故障點(diǎn)的范圍，從而降低成本，節(jié)省人力、物力，為盡快消除故 障點(diǎn)，恢復(fù)送電提供保證。在有放電時(shí)進(jìn)行定位檢修，大大縮短檢修 停電時(shí)間，其經(jīng)濟(jì)效益更是可觀。對(duì)于現(xiàn)代電網(wǎng)商業(yè)化運(yùn)營(yíng)其經(jīng)濟(jì)效 益更加明顯，提高了檢修質(zhì)量，避免突發(fā)事故，實(shí)現(xiàn)斷路器絕緣的狀 態(tài)檢修，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。同時(shí)，提高了供電可 靠性。


；
圖l為檢測(cè)裝置的硬件框圖2為檢測(cè)方法的整體流程圖3為A/D采集模塊順序延時(shí)采樣流程圖。
具體實(shí)施例方式
檢測(cè)裝置包括超高頻傳感器1、濾波電路2、檢波電路3、增益 電路4、第一 A/D采集模塊5、第二 A/D采集模塊6、第三A/D采集 模塊7、 A/D驅(qū)動(dòng)模塊8、 FIF0模塊9、方波發(fā)生模塊11、倍頻器12、 液晶顯示器13、微處理器10、 USB存儲(chǔ)模塊14和USB驅(qū)動(dòng)模塊15
構(gòu)成，超高頻傳感器1連接濾波電路2，濾波電路2連接檢波電路3， 檢波電路3連接增益電路4，增益電路4分別與并聯(lián)的三個(gè)A/D采集 模塊連接(A/D采集模塊5、 6、 7)，微處理器10連接A/D驅(qū)動(dòng)模塊8， A/D驅(qū)動(dòng)模塊8分別與并聯(lián)的三個(gè)A/D采集模塊連接(A/D采集模塊5、 6、 7)，三個(gè)A/D采集模塊(A/D采集模塊5、 6、 7)分別與FIF0模塊 9連接，方波發(fā)生模塊11通過(guò)倍頻器12連接微處理器10，微處理器 10連接液晶顯示器13、微處理器10通過(guò)USB驅(qū)動(dòng)模塊15連接USB 存儲(chǔ)模塊14。檢測(cè)方法是將超高頻傳感器1放置在斷路器盆式絕緣 子外緣，測(cè)得放電產(chǎn)生的高頻電磁波信號(hào)，濾波電路2將傳感器輸出 的電磁波行信號(hào)限制在0. 3-3GHz頻段，再經(jīng)過(guò)檢波電路3將一次放 電中的多個(gè)脈沖形成包絡(luò)曲線，增益電路4補(bǔ)償在濾波電路2和檢波 電路3中的信號(hào)衰減，A/D驅(qū)動(dòng)模塊8與微處理器10配合產(chǎn)生控制 三個(gè)A/D采集模塊的啟動(dòng)時(shí)序，啟動(dòng)第一 A/D采集模塊5進(jìn)行A/D轉(zhuǎn) 換，并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)值送入FIF0模塊9進(jìn)行緩存，延時(shí)250ns，啟 動(dòng)第二 A/D采集模塊6進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)值送入FIFO 模塊9進(jìn)行緩存，延時(shí)250ns，啟動(dòng)第三A/D采集模塊7，微處理器 IO依次等待到三個(gè)FIFO模塊的溢出標(biāo)志后，統(tǒng)一進(jìn)行讀取，方波發(fā) 生模塊11提供一個(gè)500MHz的基準(zhǔn)方波，倍頻器12產(chǎn)生A/D驅(qū)動(dòng)模 塊的控制時(shí)序，微處理器10對(duì)讀取的信號(hào)進(jìn)行處理，通過(guò)液晶顯示 器13顯示信號(hào)強(qiáng)度數(shù)據(jù)信息，通過(guò)USB驅(qū)動(dòng)模塊15連接USB存儲(chǔ)模 塊14對(duì)信息進(jìn)行存儲(chǔ)。
權(quán)利要求
1、一種罐式斷路器局部放電檢測(cè)方法，包括以下步驟(1)采用超高頻傳感器捕捉放電產(chǎn)生的超高頻電磁信號(hào)；(2)采用濾波電路將傳感器輸出的電磁波形信號(hào)限制在0.3-3GHz頻段；(3)采用檢波電路將一次放電中的多個(gè)脈沖形成包絡(luò)曲線；(4)采用增益電路補(bǔ)償在濾波和檢波電路中的信號(hào)衰減；(5)采用3個(gè)A/D采集模塊對(duì)包絡(luò)曲線進(jìn)行順序延時(shí)采樣；(6)采用A/D驅(qū)動(dòng)模塊與微處理器配合產(chǎn)生控制三個(gè)A/D的啟動(dòng)時(shí)序；(7)采用FIFO模塊進(jìn)行緩存，并產(chǎn)生溢出標(biāo)志給微處理器，由微處理器統(tǒng)一進(jìn)行讀??；(8)采用方波發(fā)生模塊為微處理器提供一個(gè)500MHz的基準(zhǔn)方波；(9)采用倍頻器產(chǎn)生A/D驅(qū)動(dòng)模塊的控制時(shí)序；(10)采用微處理器用于連接整個(gè)電路，實(shí)現(xiàn)發(fā)生A/D工作時(shí)序、進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、控制液晶顯示，通過(guò)顯示器顯示波形數(shù)據(jù)及信號(hào)強(qiáng)度。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的局部放電檢測(cè)方法，其特征是，采用 USB存儲(chǔ)和USB驅(qū)動(dòng)模塊進(jìn)行波形存儲(chǔ)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的局部放電檢測(cè)方法，其特征是，A/D 采集模塊之間的啟動(dòng)時(shí)序分別延時(shí)250ns。
全文摘要
一種罐式斷路器局部放電檢測(cè)方法，涉及電力傳輸設(shè)備檢測(cè)方法，采用超高頻檢測(cè)方法，關(guān)鍵點(diǎn)是濾波電路將傳感器的信號(hào)限制在0.3-3GHz這一頻段，以避開(kāi)其他電信號(hào)干擾，由于信號(hào)是納秒級(jí)別的，因此采用3個(gè)A/D采集模塊，并順序延時(shí)采樣，最終可達(dá)約1.05GHz的采樣頻率，根據(jù)接收的信號(hào)強(qiáng)度來(lái)分析局部放電的嚴(yán)重程度。本發(fā)明方法能夠快速、準(zhǔn)確地將檢測(cè)出故障點(diǎn)，縮短了設(shè)備檢修查找故障點(diǎn)的范圍，從而降低成本，節(jié)省人力、物力，為盡快消除故障點(diǎn)，恢復(fù)送電提供保證，同時(shí)，提高了供電可靠性。
文檔編號(hào)G01R31/12GK101387683SQ20081005136
公開(kāi)日2009年3月18日 申請(qǐng)日期2008年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月31日
發(fā)明者春 劉, 尹玉芳, 張世平, 彭曉潔, 政 朱, 李立明, 林樂(lè)亭, 趙殿全, 郭啟貴, 冬 韓 申請(qǐng)人:東北電網(wǎng)有限公司長(zhǎng)春超高壓局