基于伸缩节两端特高频传感的GIL局部放电检测方法和设备与流程

基于伸缩节两端特高频传感的gil局部放电检测方法和设备
技术领域
1.本发明涉及供电设备技术领域，具体而言，涉及一种基于伸缩节两端特高频传感的gil局部放电检测方法和设备。


背景技术：

2.金属外壳与导体同轴布置的气体绝缘输电线路(gas-insulated transmission lines，简称gil)是一种采用高压气体(如sf6、sf6混合气体等)绝缘的高电压、大电流电力传输装备，广泛应用于大型水电站、核电站的电能送出场合。gil设备传输容量大、单位损耗低、受环境影响小、运行可靠性高、节省占地，与传统架空线路相比，优势明显。
3.由于工艺控制原因，在gil设备的绝缘件生产过程中盆式绝缘子和支柱绝缘子内部可能回残留微小气泡，在环氧树脂和金属嵌件之间可能存在微小气隙。在现场安装过程中，由于内部清理不彻底，可能在gil设备内部遗留微小金属颗粒。这些gil设备内部遗留的微小缺陷，在运行中将引起局部放电，引起绝缘劣化，最终导致gil设备发生破坏性的绝缘击穿故障。因此，在gil设备运行中，利用带电检测或在线监测方法检测gil设备内部是否存在异常局部信号，是及早发现gil设备内部潜伏性绝缘缺陷，准确评估gil设备的绝缘运行状态的重要手段。
4.由于gil设备为了确保较低的漏气率，法兰密封面大幅减少，很少采用在gis设备中常用的内置特高频传感方法。此外在gis设备中长常用的超声波检测法，由于传感灵敏度有限，在gil设备上测点较多，实际应用中，检测有效性较差。


技术实现要素：

5.本发明的目的包括提供一种基于伸缩节两端特高频传感的gil局部放电检测方法和设备，不需要额外增设传感器，利用gil设备自身部件就能实现其内部局部放电源的快速精确定位和类型识别，便于现场实施，可有效提高了gil设备运行中的绝缘状态感知能力。
6.本发明的实施例可以这样实现：
7.第一方面，本发明提供一种基于伸缩节两端特高频传感的gil局部放电检测方法，检测方法包括：
8.同步采集两个伸缩节的局部放电特高频原始信号；
9.根据局部放电特高频原始信号，得出两个伸缩节的局部放电特高频原始脉冲波形；
10.计算两个伸缩节的局部放电特高频原始脉冲波形的传播时延δt；
11.根据传播时延δt，计算出gil设备的局部放电源的位置；
12.根据两个伸缩节的局部放电特高频原始脉冲波形的相位分布特征，生成prpd图谱和prps图谱；
13.根据prpd图谱和prps图谱，确定gil设备的局部放电源的类型。
14.在可选的实施方式中，同步采集两个伸缩节的局部放电特高频原始信号的步骤包
括：
15.采集伸缩节两端的法兰处的特高频暂态电流信号、并进行耦合，得到局部放电特高频原始信号。
16.在可选的实施方式中，采集伸缩节两端的法兰处的特高频暂态电流信号、并进行耦合，得到局部放电特高频原始信号的步骤包括：
17.采用两根绝缘导线分别连接在伸缩节两端的法兰处，以采集特高频暂态电流信号。
18.在可选的实施方式中，绝缘导线的截面积不低于5mm2，绝缘导线采用线鼻子通过螺栓固定在伸缩节的导流排的螺栓端部。
19.在可选的实施方式中，同步采集两个伸缩节的局部放电特高频原始信号的步骤还包括：
20.在伸缩节的导流排上增设磁环，以增大特高频暂态电流信号。
21.在可选的实施方式中，根据局部放电特高频原始信号，得出两个伸缩节的局部放电特高频原始脉冲波形的步骤包括：
22.对局部放电特高频原始信号进行放大滤波处理，其中，有效工作频带在200mhz～1500mhz之间，放大增益不低于50db，信噪比不低于40db；
23.对放大滤波处理后的局部放电特高频原始信号进行实时采集，得出局部放电特高频原始脉冲波形，其中，采样率不低于2gs/s，采样模拟带宽不低于1ghz，并采用连续采集存储的fifo模式，脉冲采集死区时间不高于5us。
24.在可选的实施方式中，局部放电源的位置的计算公式为：
[0025][0026]
式中，l为局部放电源的位置到最先检测到局部放电特高频原始信号的伸缩节的距离，l为两个伸缩节之间的长度，v为电磁波在gil设备中的传播速度。
[0027]
第二方面，本发明提供一种基于伸缩节两端特高频传感的gil局部放电检测设备，检测设备包括：
[0028]
特高频滤波放大单元，通过两根绝缘导线分别连接在伸缩节两端的法兰处，以采集特高频暂态电流信号并进行放大滤波处理以及耦合处理，得到局部放电特高频原始信号；
[0029]
特高频信号采集单元，与特高频滤波放大单元连接，特高频信号采集单元用于对放大滤波处理后的局部放电特高频原始信号进行实时采集，得出局部放电特高频原始脉冲波形；
[0030]
存储控制单元，与特高频信号采集单元连接，存储控制单元用于计算两个伸缩节的局部放电特高频原始脉冲波形的传播时延δt；根据传播时延δt，计算出gil设备的局部放电源的位置；根据两个伸缩节的局部放电特高频原始脉冲波形的相位分布特征，生成prpd图谱和prps图谱；根据prpd图谱和prps图谱，确定gil设备的局部放电源的类型。
[0031]
在可选的实施方式中，特高频滤波放大单元的有效工作频带在200mhz～1500mhz之间，放大增益不低于50db，信噪比不低于40db；
[0032]
特高频信号采集单元的采样率不低于2gs/s，采样模拟带宽不低于1ghz，并采用连
续采集存储的fifo模式，脉冲采集死区时间不高于5us。
[0033]
在可选的实施方式中，存储控制单元中存储有局部放电源的位置的计算公式：
[0034][0035]
式中，l为局部放电源的位置到最先检测到局部放电特高频原始信号的伸缩节的距离，l为两个伸缩节之间的长度，v为电磁波在gil设备中的传播速度。
[0036]
本发明实施例提供的基于伸缩节两端特高频传感的gil局部放电检测方法和设备的有益效果包括：
[0037]
1.通过同步采集两个伸缩节的局部放电特高频原始信号，获取两个伸缩节的局部放电特高频原始脉冲波形的传播时延δt，实现精准定位gil设备的局部放电源的位置；
[0038]
2.根据两个伸缩节的局部放电特高频原始脉冲波形的相位分布特征，生成prpd图谱和prps图谱，实现对gil设备的局部放电源的类型进行识别；
[0039]
3.不需要额外增设传感器，利用gil设备自身部件就能实现其内部局部放电源的快速精确定位和类型识别，便于现场实施，可有效提高了gil设备运行中的绝缘状态感知能力。
附图说明
[0040]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0041]
图1为伸缩节的等效电路示意图；
[0042]
图2为本发明第一实施例提供的基于伸缩节两端特高频传感的gil局部放电检测设备的应用场景示意图；
[0043]
图3为局部放电源的位置的示意图；
[0044]
图4为本发明第二实施例提供的基于伸缩节两端特高频传感的gil局部放电检测方法的流程图。
[0045]
图标：10-伸缩节；11-导流排；12-波纹管；13-拉杆；20-基于伸缩节两端特高频传感的gil局部放电检测设备；21-特高频滤波放大单元；22-特高频信号采集单元；23-存储控制单元。
具体实施方式
[0046]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0047]
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范
围。
[0048]
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
[0049]
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。
[0050]
伸缩节是gil设备的重要组成部分，伸缩节用于补偿吸收管轴向、横向和角向由于热胀冷缩引起的膨胀变形。gil设备所用的伸缩节包括压力平衡伸缩节、铰链伸缩节以及复合大拉杆沉降伸缩节。压力平衡伸缩节用于吸收gil设备轴向热伸缩，并实现可拆卸功能，铰链伸缩节用于将竖井筒体直线段轴向位移转化为径向位移后进行吸收，复合大拉杆沉降伸缩节用于吸收管廊内较大潜在变形位置和地震位移。
[0051]
各类型的伸缩节的等效电路均相似，如图1所示，伸缩节10包括导流排11、波纹管12和拉杆13，其中，导流排11的材质为铝，电导率为3.8*107s/m，波纹管12的材质为不锈钢，电导率为1.4*106s/m，拉杆13的材质为铸铁，电导率为5*106s/m。由此可见，导流排11的电阻较小，流经伸缩节10的电流，只要是经过导流排11，由于导流排11通常采用扁平的铝排，存在较大的电感，因此，当特高频暂态电流经过导流排11时，将在导流排11两端，也就是伸缩节10两端产生明显压差，可以通过传感此压差，实现gil设备内部的局部放电检测。
[0052]
第一实施例
[0053]
请参考图2，本实施例提供了一种基于伸缩节两端特高频传感的gil局部放电检测设备20(以下简称：“检测设备”)，检测设备包括特高频滤波放大单元21、特高频信号采集单元22和存储控制单元23。
[0054]
特高频滤波放大单元21通过两根绝缘导线分别连接在伸缩节10两端的法兰处，以采集特高频暂态电流信号并进行放大滤波处理以及耦合处理，得到局部放电特高频原始信号。
[0055]
具体的，绝缘导线的截面积不低于5mm2，长度尽量短，绝缘导线的一端采用线鼻子通过螺栓固定在伸缩节10的导流排11的螺栓端部，绝缘导线的另一端与n型电缆接头的芯线和外壳连接，便于与后端的特高频信号采集单元22连接。如果传感信号较小，还可以在导流排11上增设磁环，额外提高导流的电感，以增大特高频暂态电流信号。
[0056]
特高频信号采集单元22与特高频滤波放大单元21连接，特高频信号采集单元22用于对放大滤波处理后的局部放电特高频原始信号进行实时采集，得出局部放电特高频原始脉冲波形。
[0057]
具体的，特高频信号采集单元22将伸缩节10两端感应的特高频微弱信号进行放大滤波，提高信号质量。特高频信号采集单元22的有效工作频带在200mhz～1500mhz之间，放大增益不低于50db，信噪比不低于40db。
[0058]
特高频信号采集单元22实现特高频信号的高频实时采集，本实施例中，特高频信号采集单元22的采样率不低于2gs/s，采样模拟带宽不低于1ghz，支持连续采集存储的fifo模式，脉冲采集死区时间不高于5us。特高频信号采集单元22具备同步信号接入端口，便于提取局部放电信号的相位信息。
[0059]
存储控制单元23与特高频信号采集单元22连接，存储控制单元23用于计算两个伸缩节10的局部放电特高频原始脉冲波形的传播时延δt；根据传播时延δt，计算出gil设备的局部放电源的位置；根据两个伸缩节10的局部放电特高频原始脉冲波形的相位分布特
征，生成prpd图谱和prps图谱；根据prpd图谱和prps图谱，确定gil设备的局部放电源的类型。
[0060]
具体的，存储控制单元23可通过光纤或网线与特高频信号采集单元22连接，对各测点的局部放电特高频原始脉冲波形进行采集和存储分析，可根据局部放电特高频原始脉冲波形的相位分布特征，生成prpd图谱和prps图谱，用来进行局部放电源的类型识别。可利用两个相邻伸缩节10的传感信号进行局部放电源的定位。利用存储控制单元23对两伸缩节10的局部放电特高频原始信号进行同步触发，计算局部放电特高频原始脉冲波形的传播时延δt。利用传播时延δt，结合电磁波在gil设备中的传播速度v，v可取为294m/us，l为两个伸缩节10之间的长度，计算出gil设备的局部放电源的位置，局部放电源的位置的计算公式为：
[0061][0062]
式中，l为局部放电源的位置到最先检测到局部放电特高频原始信号的伸缩节10的距离。
[0063]
请参阅图3，局部放电源的位置的计算公式的推导过程：
[0064]
假设局部放电源的位置(图中o点位置)到最先检测到局部放电特高频原始信号的伸缩节10(图中右侧的伸缩节10)的距离为l，两个伸缩节10之间的长度为l；
[0065]
则局部放电源的位置到最后检测到局部放电特高频原始信号的伸缩节10(图中左侧的伸缩节10)的距离为l v
×
δt，且l l v
×
δt＝l，所以，l＝(l-v
×
δt)/2。
[0066]
本发明实施例提供的基于伸缩节两端特高频传感的gil局部放电检测设备20的有益效果包括：
[0067]
1.通过同步采集两个伸缩节10的局部放电特高频原始信号，获取两个伸缩节10的局部放电特高频原始脉冲波形的传播时延δt，实现精准定位gil设备的局部放电源的位置；
[0068]
2.根据两个伸缩节10的局部放电特高频原始脉冲波形的相位分布特征，生成prpd图谱和prps图谱，实现对gil设备的局部放电源的类型进行识别；
[0069]
3.不需要额外增设传感器，利用gil设备自身部件就能实现其内部局部放电源的快速精确定位和类型识别，便于现场实施，可有效提高了gil设备运行中的绝缘状态感知能力。
[0070]
第二实施例
[0071]
请参阅图4，本实施例提供了一种基于伸缩节两端特高频传感的gil局部放电检测方法(以下简称：“检测方法”)，检测方法可以通过第一实施例提供的检测设备实现，检测方法包括以下步骤：
[0072]
s1：同步采集两个伸缩节10的局部放电特高频原始信号。
[0073]
具体的，采用两根绝缘导线分别连接在伸缩节10两端的法兰处，以采集特高频暂态电流信号、并进行耦合，得到局部放电特高频原始信号。其中，绝缘导线的截面积不低于5mm2，绝缘导线采用线鼻子通过螺栓固定在伸缩节10的导流排11的螺栓端部，如果传感信号较小，还可以在伸缩节10的导流排11上增设磁环，以增大特高频暂态电流信号。
[0074]
s2：根据局部放电特高频原始信号，得出两个伸缩节10的局部放电特高频原始脉
冲波形。
[0075]
具体的，对局部放电特高频原始信号进行放大滤波处理，其中，有效工作频带在200mhz～1500mhz之间，放大增益不低于50db，信噪比不低于40db。对放大滤波处理后的局部放电特高频原始信号进行实时采集，得出局部放电特高频原始脉冲波形，其中，采样率不低于2gs/s，采样模拟带宽不低于1ghz，并采用连续采集存储的fifo模式，脉冲采集死区时间不高于5us。
[0076]
s3：计算两个伸缩节10的局部放电特高频原始脉冲波形的传播时延δt。
[0077]
具体的，两个伸缩节10的局部放电特高频原始脉冲波形的传播时延δt能够反映局部放电源到两个伸缩节10的距离之间的差距。
[0078]
s4：根据传播时延δt，计算出gil设备的局部放电源的位置。
[0079]
具体的，所述局部放电源的位置的计算公式为：
[0080][0081]
式中，l为局部放电源的位置到最先检测到所述局部放电特高频原始信号的所述伸缩节10的距离，l为两个所述伸缩节10之间的长度，v为电磁波在所述gil设备中的传播速度。
[0082]
s5：根据两个伸缩节10的局部放电特高频原始脉冲波形的相位分布特征，生成prpd图谱和prps图谱。
[0083]
具体的，结合运行电压，获得局部放电特高频原始脉冲波形的相位，通过局部放电特高频原始脉冲波形的相位重复特征，生成prpd图谱和prps图谱。
[0084]
s6：根据prpd图谱和prps图谱，确定gil设备的局部放电源的类型。
[0085]
具体的，根据prpd图谱和prps图谱，对放电类型进行模式识别。
[0086]
本发明实施例提供的基于伸缩节两端特高频传感的gil局部放电检测方法的有益效果包括：
[0087]
1.通过同步采集两个伸缩节10的局部放电特高频原始信号，获取两个伸缩节10的局部放电特高频原始脉冲波形的传播时延δt，实现精准定位gil设备的局部放电源的位置；
[0088]
2.根据两个伸缩节10的局部放电特高频原始脉冲波形的相位分布特征，生成prpd图谱和prps图谱，实现对gil设备的局部放电源的类型进行识别；
[0089]
3.不需要额外增设传感器，利用gil设备自身部件就能实现其内部局部放电源的快速精确定位和类型识别，便于现场实施，可有效提高了gil设备运行中的绝缘状态感知能力。
[0090]
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。