特高频传感器:GIS特高频传感器性能对比评价方法

2021/11/03 07:25 · 传感器知识资讯 ·  · 特高频传感器:GIS特高频传感器性能对比评价方法已关闭评论
摘要:

特高频传感器:GIS特高频传感器性能对比评价方法在现有的基于等效脉冲的灵敏度现场校验方法中,难以获取标准化的局部放电等效脉冲,且无法使用一致的脉冲注入方式,从而不能量化评价GIS特高频传感器的性能及其布置方式的合理性。为此,提出基于传递函数的GIS特高频传感器性能对比评价方法。

特高频传感器:GIS特高频传感器性能对比评价方法  第1张

特高频传感器:GIS特高频传感器性能对比评价方法

  在现有的基于等效脉冲的灵敏度现场校验方法中,难以获取标准化的局部放电等效脉冲,且无法使用一致的脉冲注入方式,从而不能量化评价GIS特高频传感器的性能及其布置方式的合理性。为此,提出基于传递函数的GIS特高频传感器性能对比评价方法。通过测量安装在GIS设备上的相邻两特高频传感器之间的传递函数来评价传感器及其布局方案的合理性。利用此方法,对安装在550 kV GIS设备上的内置式传感器进行了现场校验,发现了传感器失效、布局不合理等问题。该方法对于校验特高频传感器的有效性和布局合理性具有明显的效果,对于保证GIS局部放电检测有效性具有非常重要的意义。

特高频传感器:GIS特高频内置传感器现场检验技术研究

  陶诗洋,程 序,王文山,任志刚,吴麟琳,李明忆
  (国网北京电科院,北京)
  摘 要: 为了开展GIS特高频局部放电传感器现场检验工作,笔者通过利用陡脉冲源注入信号法与传递特性试验法在现场进行了试验研究工作,试验结果表明两种方法在现场开展特高频内置传感器校验的可行性,并具有很好的相关性,通过试验得出不同结构GIS安装的特高频内置传感器对信号的衰减特性,并提出了对于现场特高频传感器优化布置的建议。
  关键词: 局部放电;特高频检测;灵敏度;检验方法;气体绝缘组合电器
0 引言
  为保证气体绝缘组合电器(Gas Insulated Substation,GIS)可靠运行,及时发现设备存在的潜在隐患,目前GIS广泛采用特高频局部放电在线监测装置进行局放缺陷的实时监测,目前绝缘在发生贯穿性击穿前,通常会产生局部放电,因此通过监测局部放电可有效预防绝缘故障[1-8]。
  随着GIS局部放电特高频在线监测装置的广泛运用,为保证在线监测装置的准确性、灵敏性和有效性,需对局部放电特高频检测系统的性能进行检验[9-11],目前普遍采用 CIGRE草案中建议的检验方法[12-15]。CIGRE草案建议的方法为通过记录5 pC真实放电下特高频内置传感器信号幅值,之后利用脉冲发生器从相邻的内置传感器注入脉冲信号,记录与5 pC真实放电响应特性相同下脉冲发生器幅值。此方法目前由于仍在讨论阶段,存在以下几个问题,不利于现场推广应用。一是没有明确规定5 pC的放电量为何种放电类型的放电,而且5 pC的真实放电不易实现和模拟,不利于此种方法的推广应用;二是针对不同厂家、不同电压等级的GIS结构均不相同,在实验室难以对其进行模拟试验,不利于此种方法的应用与推广。三是针对不同气室特高频传感器的布置方式均不同,而被测传感器的灵敏度特性需要能够兼顾其相邻传感器之间的范围,此种校验方法尽管考虑了传感器附近区域的检测灵敏度,但对现场装置布置方式的校验不具备指导意义。
  本文通过搭建GIS现场检验系统,建立基于GIS内置特高频传感器的现场校验方法,并在已安装特高频内置传感器GIS上开展灵敏度特性校验研究,针对不同结构设备与不同布置方式传感器开展现场检验试验,从而验证此种方法的有效性。
1 试验准备
  为了检验GIS内置特高频局部放电传感器灵敏度,本次实验考核了进线端相邻特高频内置传感器、断路器两端相邻特高频内置传感器、母线相邻两特高频传感器间的灵敏度。实验主要的检测仪器有:陡脉冲信号发生器、特高频内置传感器、40 dB功率放大器(放大器频谱图如图1所示)、高速示波器和网络分析仪。
  本文采用陡脉冲信号发生器激发模拟特高频局放电磁波信号,信号源脉冲上升沿约700 ps,重复频率200 Hz,电压幅值范围为0至200 V,脉冲宽度为2 ns,波形及频域谱图如图2所示。实验中示波器的设置为:采样率为10 GS/s,带宽为2 GHz,时间窗为100 ns/div,耦合方式为DC 50 。网络分析仪的设置为:频带为5 Hz~3 GHz,扫描点为1 601,扫描时间为5 s,延迟时间2 ms,输出功率10 dBm。
2 方案设计
  试验通过陡脉冲信号源在特高频相邻传感器输入陡脉冲信号,在相邻传感器通过40 dB信号放大器和示波器检测响应信号,脉冲信号源输出电压从200 V逐渐减小,直到示波器读取波形信噪比等于2时,记录此时脉冲源的输出电压,检测不同输入信号幅值下相邻传感器检测到的注入信号,同时,利用网络分析仪测量两相邻传感器之间的传递特性,比较不同GIS结构下传感器响应特性的变化情况,从而对已安装的传感器进行有效性的现场检验,试验接线如图3、4所示。
  2.1 进线端相邻特高频传感器灵敏度考核方案
  试验现场GIS进线端在三相套管处和其相邻串内仓体均安装了特高频局放传感器,分别为A1、B1、C1和A2、B2、C2号传感器,各传感器位置如图3、4所示,本项试验主要考核套管至串内段GIS两侧传感器的有效性,信号注入试验接线图如图3所示,传递特性试验设备接线图如图4所示。两传感器间结构如表1所示。陡脉冲信号通过A1、B1、C1特高频传感器向GIS腔体注入,并通过A2、B2、C2特高频传感器检测该注入信号。随后,利用网络分析仪测量相邻传感器的两端口网络特性。
  2.2 断路器两侧相邻特高频传感器灵敏度考核方案
  试验现场GIS断路器两侧均安装了特高频传感器,分别为A2、B2、C2和A3、B3、C3号传感器,各传感器位置如图3、4所示,本项试验主要考核GIS断路器两侧传感器的有效性,信号注入试验接线图如图3所示,传递特性试验设备接线图如图4所示。两传感器间结构如表2所示。陡脉冲信号通过A2、B2、C2特高频传感器向GIS腔体注入,A3、B3、C3特高频传感器检测该注入信号。随后,利用网络分析仪测量相邻传感器的两端口网络特性。
  2.3 母线上相邻两特高频传感器灵敏度考核方案
  试验现场GIS母线均按照一定间距安装了特高频传感器,分别为A4、B4、C4和A5、B5、C5号传感器,各传感器位置如图3、4所示,本项试验主要考核GIS母线相邻两传感器的有效性,信号注入试验接线图如图3所示,传递特性试验设备接线图如图4所示。两传感器间结构如表3所示。陡脉冲信号通过A4、B4、C4特高频传感器向GIS腔体注入,并通过A5、B5、C5特高频传感器检测该注入信号。随后,利用网络分析仪测量相邻传感器的两端口网络特性。
3 试验结果分析
  3.1 变压器进线端相邻特高频传感器信号注入试验
  如图5所示为A、B、C三相最小检测注入信号时域波形图,A、B相最小可检测到90 V的注入陡脉冲信号,C相最小可检测到140 V注入陡脉冲信号,三相传感器所检测到的最小幅值均在3 V左右。
  图6所示为A、B、C检测到的信号强度随注入电压幅值变化趋势图,当注入相同的电压值时,B相检测到的幅值最大,同时A相检测的幅值大于C相。A相在注入200 V时检测到的幅值反而小于注入180 V时检测到的幅值,这可能是测量误差引起的,可知检测到的幅值随注入电压增大基本呈线性关系,且A与B斜率基本一致,可能的原因是AB相的GIS腔体结构一致,只是长度不同,C相斜率偏差较大的原因可能是由于C相母线过长,导致检测到的信号信噪比降低误差增大。
  如图7所示为A、B、C三相检测到的注入信号相邻传感器频谱分布图,由测量结果可知A相、B相检测到的信号频谱主要分布在450~750 MHz、950 MHz~1.15 GHz两个频段内,C相检测到的信号频谱主要分布在450~750 MHz和1 GHz附近,这是由于C相腔体过长造成高次谐波截止频率降低造成,A、B、C三相在1.2~2 GHz间最大衰减约10 dB,主要原因是由于放大器在1.2~2 GHz频带的传输幅频特性下降造成的。
  图8为网分测试的A、B、C三相两传感器之间的S12参数频谱图,可知网分测试的三相的S21参数的频谱覆盖范围基本相同,其中A、B相信号响应峰值明显大于C相,这与注入信号结果是一致。
  图9为A2传感器检测到的注入信号频谱与网分测量的S21传递参数的对比图,由图可见注入信号的频谱和S21参数频谱在450~750 MHz和950 MHz~1.15 GHz覆盖范围一致,在1.2~1.7 GHz两者存在明显的差异,注入信号和S21参数的底噪水平相差约12 dB,这主要是由于注入信号时使用的放大器在1.2~2 GHz的传输幅频特性引起。
  3.2 断路器两侧相邻特高频传感器灵敏度测试分析
  图10为在A2、B2、C2传感器处在注入200 V陡脉冲信号时相邻A3、B3、C3号传感器检测到的信号谱图。可见在信号源最大输出200 V电压情况下,断路器另外一端相邻特高频传感器检测到的信号与背景信号相同,同时网络分析仪也检测不到相关信号,证明此种传感器布置方法在200 V的陡脉冲激励下无法完成校验工作。
  3.3 母线上相邻两特高频传感器灵敏度测试分析
  图11为在A4传感器处注入不同大小信号在A5传感器处检测信号幅值变化趋势图,由图可见检测到的信号随注入信号的增大基本成线性增大,具有桥型结构的母线两侧的传感器最小能检测到50 V注入信号。
  图12为A相与注入信号相邻的传感器检测到的信号的频谱分布图,可知相邻传感器检测到的注入信号的频谱主要分布在500 MHz~1.2 GHz范围内,信号通过GIS腔体后在600 MHz、700 MHz和800 MHz处有很大的衰减。
4 结论
  (1)信号注入实验结果表明,进线与母线相邻传感器检测到的信号幅值随注入信号电压增大呈线性增大,增大的比例是一定的,利用陡脉冲注入信号法可以在固定发射信号幅值下进行相邻特高频传感器的灵敏度检测,为现场校验工作提供实践依据。
  (2)对于相似结构的GIS两传感器间仓体注入信号法与传递特性法试验中,由于UHF信号的传播结构尺寸一致,检测到的信号频谱覆盖范围基本一致,但检测信号会随结构数量与仓体长度的增加会逐渐减小。
  (3)在信号源输出最大的情况下,断路器两侧相邻特高频传感器在200 V陡脉冲信号下无法检测到注入信号,而在母线上两相邻传感器可检测到最小50 V注入信号,在进线上相邻传感器可检测到最小90 V的信号,所以在传感器布置上应根据不同结构和长度GIS仓体进行优化设计,综合考虑不同部件的缺陷发生率与重要程度进行传感器的布置。
参考文献
  [1] RUDD S,MCARTHUR S D,JUDD M D.A genericknowl-edge-based approach to the analysis of partial discharge data[J].IEEE Transaction on Dielectrics and Electrical Insulation,2010,17(1):149-156.
  [2] BAKER P C,JUDD M D,MCARTHUR S D J.A frequency-based RF partial discharge detector for low-power wireless sensing[J].IEEE Transaction on Dielectrics and Electrical Insulation,2010,17(1):133-140.
  [3] REID A J,JUDD M D,HEPBURN D M. Simultaneous measurement of partial discharges using IEC and radio-frequency techniques[J].IEEE Transaction on Dielectrics and Electrical Insulation,2011,18(2):444-455.
  [4] 印华,邱毓昌.GIS中局部放电测量超高频方法的研究[J].高电压技术,2004,30(10):19-21.
  [5] 王猛,谈克雄,高文胜,等.局部放电脉冲形波的自回归模型参数识别法[J].高电压技术,2001,27(3):1-3.
  [6] SHIBUYA Y,MATSUMOTO S,TANAKA M.Electromagneticwaves from partial discharges and their detectionusing patchantenna[J].IEEE Transaction on Dielectrics and Electrical Insulation,2010,17(3):862-871.
  [7] PEARSON J S,FARISH O,HAMPTON B F,et al.Partial discharge diagnostics for gas insulated substations[J].IEEE Transaction on Dielectrics and Electrical Insulation,1995(2):893-905.
  [8] HIKITA M,OHTSUKA S,MARUYAMA S.Influence of disconnecting part on propagation properties of PD-induced electromagnetic wave in model GIS[J].IEEE Transaction on
  Dielectricsand Electrical Insulation,2010,17(6):1731-1737.
  [9] YOSHIDA M,KOJIMA H,HAYAKAWA N,et al.Evaluationof UHF method for partial discharge measurement bysimul- taneousobservationofUHFsignal[J].IEEE Transaction on Dielectrics and Electrical Insulation,2011,18(2):425-431.
  [10] HOSHINO T,MARUYAMA S,NOJIMA K,et al.A uniquesensitivity verification combined with real-time partial-discharge identification method[J].IEEE Transaction on Power Delivery,2005,20(3):1890-1896.
  [11] HIKITA M,OHTSUKA S,TESHIMA T,et al.Electromag-netic(EM) wave characteristics in GIS and measuringthe EM wave leakage at the spacer aperture for partial discharge diagnosis[J].IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation,2007,14(2):453-460.
  [12] CIGRE TF 15/33.03.05.Partial discharge detection systemfor GIS: Sensitivity verification for the UHF method and the acoustic method[J].Electra,1999(183):74-87.
  [13] BOLDRIN B,COLOMBO E,KOLTUNOWICZ W.Sensitivityverification of UHF system for PD detection in GIS[C]12th International Symposium on High Voltage Engineering.[S.l.]:IEEE,2001:397-400.
  [14] ITO T,KAMEI M,UETA G,et al.Improving the sensitivityverification method of the UHF PD detection technique for GIS[J].IEEE Transaction on Dielectrics and Electrical Insulation,2011,18(6):1847-1853.
  [15] HIKITA M,OHTSUKA S,UETA G,et al.Influence of insulating spacer type on propagation properties of PD-in-duced electromagnetic wave in GIS[J].IEEE Transac-tionon Dielectrics and Electrical Insulation,2010,17(5):1642-1648.
特高频传感器:GIS特高频传感器性能对比评价方法  第2张

特高频传感器:GIS用特高频传感器 – 英诺威电气

UHF传感器PDU-G1, 2
用于GIS的局部放电监测
GIS内部由于螺栓的松动,绝缘物的逐渐劣化等各种因素,有时会发生局部放电。若不重视,将会引起绝缘击穿(接地故障)导致停电。为了防止发生类似的事故,通过该系统实施24小时连续监测,尽早检测出局部放电。
在工程应用中,UHF特高频传感器已被广泛地应用于检测诸如物理结构中的裂缝、无线射频识别系统中的位移和倾斜检测以及高压电气系统中的局部放电测量等。这些应用是可行的,因为这些缺陷的瞬态过程具有非常短的上升时间,从而在UHF范围内的感应频率分量。UHF传感器在UHF局放测量中起着重要作用,因为局放测量的最初步骤是使用这些设备获取电磁信号以进行进一步的信号处理。为此,传感器的性能将极大地影响PD检测系统的准确度和灵敏度。
得益于英诺威电气制造的PDU-G传感器,它为您提供高灵敏度和精确的超高频(UHF)检测和局放定位测量,并且可以根据客户的特定技术要求进行定制并连接到任何制造厂家的,任何气体绝缘变电站的局放监控设备。
内置型和外置型两种类型的传感器,可完全满足您的各种应用需求。

特高频传感器:智能特高频传感器(GIS)

产品概述
XT-S209型智能特高频传感器是我公司自主研发的高性能、低功耗的智能传感器,集成特高频信号采集、处理终端、数据通讯一体,可安装在GIS上进行长时间局放在线监测。
该产品满足以下相关协议:
《电力设备传感器微功率无线接入网通信协议》
《电力设备无线传感器网络节点组网协议》
《输变电设备物联网传感器数据规约》
使用形式
GIS:将智能传感器安装到非金属屏蔽或有金属屏蔽但有可拆卸浇筑口的绝缘盆子上。
产品特点
? 高灵敏度
? 微功耗
? 长寿命
产品意义和特点
? 智能传感器是电力物联网的重要组成部分。智能传感器感知设备的局放状态,通过物联网技术无缝链接,帮助运检部门实现对电力设备局放状态的实时监测、精确管理、科学决策。
? 运检人员无需去现场即可对设备的进行检测,提高工作效率,降低劳动强度。
? 集特高频传感器、信号调理、通讯模块于一体,智能传感器微型化,低成本设计。
? 通讯传输距离远,功耗低,连续工作时间不小于10年。

您可能感兴趣的文章

本文地址:https://www.ceomba.cn/1597.html
文章标签: ,   ,  
版权声明:本文为原创文章,版权归 ceomba 所有,欢迎分享本文,转载请保留出处!

文件下载

老薛主机终身7折优惠码boke112

上一篇:
下一篇:

评论已关闭!