專利名稱：罐式斷路器局部放電檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力傳輸設(shè)備檢測方法，進一步講涉及罐式斷路器局 部放電的檢測方法。
背景技術(shù)：
對局部放電進行運行監(jiān)測的主要困難在于消除各種干擾的影響， 如何從強大的電磁干擾中提取微弱的放電脈沖信號。國內(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，接地點多，不宜從接地線上提取局部放 電脈沖電信號。外復(fù)電極是提取局部放電脈沖信號的方法之一。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通過該小電容耦合到檢測阻抗上， 即可進行監(jiān)測。
由于外復(fù)電極法提取局部放電脈沖信號的效果比不上內(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。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。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。內(nèi) 置電極法的監(jiān)測效果好，但需對斷路器本體進行改造，這往往是不易 實現(xiàn)的。
2、 超高頻檢測法
SF6設(shè)備采用高壓力SF6氣體絕緣，耐電強度高，放電引起的脈 沖電信號的上升沿極陡，約在0.35-3ns之間，頻譜中高頻分量可達 吉赫數(shù)量級，因此可選擇超高頻段(數(shù)百兆赫至數(shù)吉赫)進行局部放電 的檢測。超高頻檢測法具有以下顯著優(yōu)點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很微弱，傳播時衰減很快，故對斷路器現(xiàn) 場測試的干擾影響較小，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)生的超高頻信號則可有效傳播，這也有利于提高信噪 比。超高頻檢測時一般是采用內(nèi)部電極或外部電極作為耦合器來提取 放電信號。由于內(nèi)部電極設(shè)置上有困難，因此多采用體外檢測方式。 斷路器多處裝有盆式絕緣子，于是外殼存在絕緣縫隙，當(dāng)電磁波沿斷 路器的金屬筒傳播時，部分電磁波可以從這里輻射出來。采用無線式 傳感器，放置在斷路器盆式絕緣子外緣，就能從外部測得內(nèi)部放電的 信號。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、 機械振動法
局部放電會產(chǎn)生聲波。因此，在斷路器殼體外表面裝設(shè)振動傳感 器，可以監(jiān)測內(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程中嚴(yán)重衰減，所以
機械振動法檢測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)測診斷儀已投入運行，卻 遠未推廣， 一是價格昂貴，二是故障診斷技術(shù)本身尚需完善提高，從 而使此項研究開發(fā)工作仍在繼續(xù)開展并形成熱點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種超高頻罐式斷路器局部放 電的檢測方法。
在斷路器局部放電運行監(jiān)測系統(tǒng)中，信號檢出以超高頻檢測法的 信噪比最高，優(yōu)點最突出，因此是一種很有發(fā)展前途的檢測技術(shù)。UHF 法正也是基于電磁波在斷路器中的傳播特點而發(fā)展起來的，盡管在別 的電氣設(shè)備(如電機、電纜)中也有應(yīng)用，但比較起來，此法特別適用， 斷路器中局部放電信號的監(jiān)測，尤其是現(xiàn)場監(jiān)測。對斷路器中上述各 類缺陷的診斷均已有研究。它的最大優(yōu)點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對其
進行有效抑制；而對超高頻通信、廣播電視信號，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加以區(qū)別。所以罐
式斷路器局部放電檢測儀采用了 UHF前沿技術(shù)，對斷路器系統(tǒng)的安全
穩(wěn)定和經(jīng)濟運行具有重要意義。
放電電磁波的傳輸特性，研究和試驗表明，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，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，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。對圖l所示 的同軸波導(dǎo)，場域("^W)內(nèi)任一點戶(r，p)，其場量￡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波的場分布，TEM波沒有截止頻率，利用 邊界條件/"="時^ ="。和^ = 6時^ = 0,沿z軸方向傳播的場量為
,—rln(6/a)
式中"。為信號幅值；w為信號角頻率；/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，此時從單個波導(dǎo)來看，電磁場場 量滿足麥克斯韋方程，展開后可得
<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)；^為對應(yīng)于截止波長的相位常
當(dāng)￡，=0且//，-0，則電場只有橫向分量，這種波稱為TE，
此時
<formula>formula see original document page 7</formula>
當(dāng)//2=0且^*0，則磁場只有橫向分量，這種波稱為TM，
此時
<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)；任何極化方向的場可以由cos"伊和sin"p (即& = 0和 p。二;r/2兩種場)疊加而成，因此，將角向關(guān)系寫成偶對稱場和 奇對稱場兩種基本類型。
當(dāng)頻率足夠高時，/ 為實數(shù)，此時行波因子為f講， 說明電磁波沿z軸傳輸；當(dāng)頻率比較低時，/ 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。
電磁波計算，用有限時域差分法在各離散點上函數(shù)的差商來 近似替代該點的偏導(dǎo)數(shù)。同理，對于某點的偏導(dǎo)數(shù)也可近似表達 為差商，應(yīng)用這種方法將含時間變量的麥克斯韋旋度方程可轉(zhuǎn)化 為一組差分方程，并在時間軸上逐步推進以求解空間電磁場，它 是求解麥克斯韋微分方程的直接時域方法。采用交替抽樣的離散 方式，在空間和時間上處理電磁場E、 //分量，在計算中將空間 某一網(wǎng)格點的電場(或磁場)與周圍磁場(或電場)直接相關(guān)聯(lián)，
且介質(zhì)參數(shù)已賦值給計算空間的每一個元胞，利用先進的計算機 技術(shù)，通過求解差分方程組，可方便解出各網(wǎng)格點的場值。
本發(fā)明解決技術(shù)問題的方案是
罐式斷路器局部放電的現(xiàn)場試驗和檢測采用超高頻檢測方 法，其檢測原理為斷路器內(nèi)局部放電時一個顯著特點是其電流 脈沖上升時間及持續(xù)時間僅為納秒(ns)級，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式絕緣子處泄露出來，并由超高頻傳感器接收，然后根據(jù)接收 的信號強度來分析局部放電的嚴(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；
2、 采用濾波電路將傳感器輸出的電磁波形信號限制在0， 3-3GHz頻段；
3、 采用檢波電路將一次放電中的多個脈沖形成包絡(luò)曲線；
4、 采用增益電路補償在濾波和檢波電路中的信號衰減；
5、 采用3個A/D采集模塊對包絡(luò)曲線進行順序延時采樣；
6、 采甩A/D驅(qū)動模塊與微處理器配合產(chǎn)生控制三個A/D的啟動 時序；
7、 采用FIFO模塊進行緩存，并產(chǎn)生溢出標(biāo)志給微處理器，由微處理器統(tǒng)一進行讀??；
8、 采用方波發(fā)生模塊為微處理器提供一個500MHz的基準(zhǔn)方波；
9、 采用倍頻器產(chǎn)生A/D驅(qū)動模塊的控制時序；
10、 采用微處理器用于連接整個電路，實現(xiàn)發(fā)生A/D工作時序、 進行數(shù)據(jù)處理、控制液晶顯示，通過顯示器顯示波形數(shù)據(jù)及信號強度。
本發(fā)明的關(guān)鍵點是濾波電路將傳感器的信號限制在0. 3-3GHz這 一頻段，以避開其他電信號干擾，如電暈等，由于信號是ns級別的， 而A/D采集模塊芯片最快只能達到400MHz的采樣頻率，因此采用3 個A/D采集模塊，并順序延時采樣，最終可達約1. 05GHz的采樣頻率。 發(fā)明還可以通過USB存儲和USB驅(qū)動模塊進行波形存儲，由于 微處理器自身不具備USB接口 ，需要外接一個USB設(shè)備的接口芯片。
本發(fā)明方法能夠快速、準(zhǔn)確地將檢測出故障點，縮短了設(shè)備檢修 查找故障點的范圍，從而降低成本，節(jié)省人力、物力，為盡快消除故 障點，恢復(fù)送電提供保證。在有放電時進行定位檢修，大大縮短檢修 停電時間，其經(jīng)濟效益更是可觀。對于現(xiàn)代電網(wǎng)商業(yè)化運營其經(jīng)濟效 益更加明顯，提高了檢修質(zhì)量，避免突發(fā)事故，實現(xiàn)斷路器絕緣的狀 態(tài)檢修，減輕工人勞動強度，提高勞動生產(chǎn)率。同時，提高了供電可 靠性。


；
圖l為檢測裝置的硬件框圖2為檢測方法的整體流程圖3為A/D采集模塊順序延時采樣流程圖。
具體實施例方式
檢測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存儲模塊14和USB驅(qū)動模塊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)動模塊8， A/D驅(qū)動模塊8分別與并聯(lián)的三個A/D采集模塊連接(A/D采集模塊5、 6、 7)，三個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USB驅(qū)動模塊15連接USB 存儲模塊14。檢測方法是將超高頻傳感器1放置在斷路器盆式絕緣 子外緣，測得放電產(chǎn)生的高頻電磁波信號，濾波電路2將傳感器輸出 的電磁波行信號限制在0. 3-3GHz頻段，再經(jīng)過檢波電路3將一次放 電中的多個脈沖形成包絡(luò)曲線，增益電路4補償在濾波電路2和檢波 電路3中的信號衰減，A/D驅(qū)動模塊8與微處理器10配合產(chǎn)生控制 三個A/D采集模塊的啟動時序，啟動第一 A/D采集模塊5進行A/D轉(zhuǎn) 換，并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)值送入FIF0模塊9進行緩存，延時250ns，啟 動第二 A/D采集模塊6進行A/D轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)值送入FIFO 模塊9進行緩存，延時250ns，啟動第三A/D采集模塊7，微處理器 IO依次等待到三個FIFO模塊的溢出標(biāo)志后，統(tǒng)一進行讀取，方波發(fā) 生模塊11提供一個500MHz的基準(zhǔn)方波，倍頻器12產(chǎn)生A/D驅(qū)動模 塊的控制時序，微處理器10對讀取的信號進行處理，通過液晶顯示 器13顯示信號強度數(shù)據(jù)信息，通過USB驅(qū)動模塊15連接USB存儲模 塊14對信息進行存儲。
權(quán)利要求
1、一種罐式斷路器局部放電檢測方法，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；(2)采用濾波電路將傳感器輸出的電磁波形信號限制在0.3-3GHz頻段；(3)采用檢波電路將一次放電中的多個脈沖形成包絡(luò)曲線；(4)采用增益電路補償在濾波和檢波電路中的信號衰減；(5)采用3個A/D采集模塊對包絡(luò)曲線進行順序延時采樣；(6)采用A/D驅(qū)動模塊與微處理器配合產(chǎn)生控制三個A/D的啟動時序；(7)采用FIFO模塊進行緩存，并產(chǎn)生溢出標(biāo)志給微處理器，由微處理器統(tǒng)一進行讀?。?8)采用方波發(fā)生模塊為微處理器提供一個500MHz的基準(zhǔn)方波；(9)采用倍頻器產(chǎn)生A/D驅(qū)動模塊的控制時序；(10)采用微處理器用于連接整個電路，實現(xiàn)發(fā)生A/D工作時序、進行數(shù)據(jù)處理、控制液晶顯示，通過顯示器顯示波形數(shù)據(jù)及信號強度。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的局部放電檢測方法，其特征是，采用 USB存儲和USB驅(qū)動模塊進行波形存儲。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的局部放電檢測方法，其特征是，A/D 采集模塊之間的啟動時序分別延時250ns。
全文摘要
一種罐式斷路器局部放電檢測方法，涉及電力傳輸設(shè)備檢測方法，采用超高頻檢測方法，關(guān)鍵點是濾波電路將傳感器的信號限制在0.3-3GHz這一頻段，以避開其他電信號干擾，由于信號是納秒級別的，因此采用3個A/D采集模塊，并順序延時采樣，最終可達約1.05GHz的采樣頻率，根據(jù)接收的信號強度來分析局部放電的嚴(yán)重程度。本發(fā)明方法能夠快速、準(zhǔn)確地將檢測出故障點，縮短了設(shè)備檢修查找故障點的范圍，從而降低成本，節(jié)省人力、物力，為盡快消除故障點，恢復(fù)送電提供保證，同時，提高了供電可靠性。
文檔編號G01R31/12GK101387683SQ20081005136
公開日2009年3月18日 申請日期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, 林樂亭, 趙殿全, 郭啟貴, 冬 韓 申請人:東北電網(wǎng)有限公司長春超高壓局