本發(fā)明涉及一種GIS電暈放電程度的確定方法，屬于測(cè)試介電強(qiáng)度或擊穿電壓技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

相比于敞開(kāi)式組合電器，氣體絕緣組合電器（簡(jiǎn)稱GIS）具有占地面積小，可靠性高，絕緣性能好，維護(hù)工作量少等優(yōu)點(diǎn)越來(lái)越多地應(yīng)用于電力系統(tǒng)中。但同時(shí)由于其絕緣裕度小、結(jié)構(gòu)封閉緊湊，GIS 設(shè)備一旦出現(xiàn)缺陷大多為絕緣性缺陷，發(fā)生局部故障時(shí)往往會(huì)造成大面積停電，而且檢修周期比較長(zhǎng)，影響電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。GIS的電氣故障大多表現(xiàn)為局部放電，它是指絕緣完全擊穿前的狀態(tài)，在GIS的局部放電中，由尖刺造成的電暈放電又是特別常見(jiàn)的形式，局部放電信號(hào)可以很好地反映在GIS設(shè)備在制造、安裝以及運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的這些問(wèn)題，可檢測(cè)出絕緣故障的發(fā)生及其嚴(yán)重程度，從而在事故的早期階段提出報(bào)警，以便有計(jì)劃地安排維修，減少設(shè)備的損壞，避免事故發(fā)生所帶來(lái)的巨大損失。

采用超聲波傳感器對(duì)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，超聲波法進(jìn)行局部放電檢測(cè)是一種對(duì)電力設(shè)備很重要的、非破壞性的方法。電力設(shè)備內(nèi)部發(fā)生局部放電時(shí)表現(xiàn)為一個(gè)小范圍的氣體擊穿，氣體分子的相互撞擊會(huì)產(chǎn)生超聲波脈沖， GIS中局部放電激發(fā)的超聲波可以看作是以點(diǎn)源的方式向四周傳播，由于超聲波的波長(zhǎng)較短，其方向性較強(qiáng)、能量較為集中，可以通過(guò)外壁的超聲傳感器收集放電時(shí)產(chǎn)生的超聲信號(hào)并對(duì)其進(jìn)行分析。

在以往的技術(shù)中，如華北電力大學(xué)李成榕等人在其發(fā)明專(zhuān)利《氣體絕緣組合電器設(shè)備的放電嚴(yán)重程度評(píng)估方法及裝置》中，只是很模糊地說(shuō)明了氣體絕緣組合電器設(shè)備放電嚴(yán)重程度的評(píng)估流程，把測(cè)得的圖譜與圖譜庫(kù)進(jìn)行比較，但是并沒(méi)有明確的給出圖譜庫(kù)應(yīng)該如何確定，而這又是GIS設(shè)備放電嚴(yán)重程度預(yù)測(cè)的關(guān)鍵的一點(diǎn)，也不知道不同的故障因素對(duì)放電程度的影響如何，所以針對(duì)影響因子對(duì)GIS放電程度的分析以及參考圖像的確定對(duì)后期的預(yù)測(cè)處理是很有必要的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，提出一種基于超聲波檢測(cè)的GIS電暈放電程度的確定方法。

本發(fā)明為了解決上述技術(shù)問(wèn)題提出的技術(shù)方案是：一種GIS電暈放電程度的確定方法，其特征在于該方法的執(zhí)行步驟如下：

1）在GIS上安裝用于監(jiān)測(cè)GIS電暈放電信號(hào)的超聲波傳感器；

2）調(diào)整故障因子和電壓等級(jí)，并收集對(duì)應(yīng)的電暈放電信號(hào)，根據(jù)電暈放電信號(hào)得到若干放電圖譜；

3）從步驟2）中的若干放電圖譜中選取參考圖譜；

4）根據(jù)所述參考圖譜中聲脈沖對(duì)時(shí)間曲線的突變點(diǎn)來(lái)確定判斷GIS放電嚴(yán)重程度的聲脈沖閾值；

5）根據(jù)述閾值對(duì)工作狀態(tài)下的GIS進(jìn)行放電嚴(yán)重程度的判定；

所述故障因子包括所述金屬突起的尖刺長(zhǎng)度和尖刺直徑。

上述技術(shù)方案的改進(jìn)是：所述故障因子包括所述金屬突起的尖刺長(zhǎng)度和尖刺直徑；在所述步驟2）中先在相同的電壓等級(jí)下調(diào)整故障因子，以得到若干A類(lèi)放電圖譜；

再在故障因子不變的情況下，調(diào)整電壓等級(jí)，已得到若干B類(lèi)放電圖譜。

上述技術(shù)方案的改進(jìn)是：各電壓等級(jí)連續(xù)測(cè)量至少3次。

上述技術(shù)方案的改進(jìn)是：步驟4）中根據(jù)所述突變點(diǎn)選取聲脈沖閾值，分別為第一閾值a1、第二閾值a2，

當(dāng)所述超聲波傳感器測(cè)到的聲脈沖a小于第一閾值a1，則GIS處于輕微放電故障狀態(tài)；

當(dāng)所述超聲波傳感器測(cè)到的聲脈沖a大于第一閾值a1且聲脈沖a小于第二閾值a2，則GIS處于中度放電故障狀態(tài)；

當(dāng)所述超聲波傳感器測(cè)到的聲脈沖a大于第二閾值a2，則GIS處于危險(xiǎn)放電故障狀態(tài)。

本發(fā)明采用上述技術(shù)方案的有益效果是：本發(fā)明提供了選取參考圖譜的方法，并提供一個(gè)利用參考圖譜選取閾值的方式，提供一個(gè)可以作為依據(jù)的閾值，為對(duì)故障等級(jí)的判斷給出準(zhǔn)確依據(jù)。

為放電故障判斷提供準(zhǔn)確的依據(jù)，在對(duì)電暈放電程度進(jìn)行預(yù)測(cè)時(shí)，提供了一種合理的參考圖譜的確定方法，并且通過(guò)閾值的選擇對(duì)放電嚴(yán)重程度進(jìn)行劃分，以便后期進(jìn)一步的處理，對(duì)有關(guān)比較模糊的預(yù)測(cè)流程是一個(gè)很有必要的補(bǔ)充，完善了這一過(guò)程。當(dāng)需要對(duì)其他類(lèi)型故障做故障等級(jí)的預(yù)測(cè)時(shí)，有可供選擇和參考的圖譜作為依據(jù)。

本發(fā)明以聲脈沖對(duì)時(shí)間作為參考圖譜的縱軸于橫軸，使得參考圖譜能夠反應(yīng)出放電的一種疊加現(xiàn)象，與故障因子和電壓等級(jí)之間有較大的關(guān)聯(lián)，以此反映GIS電暈放電的實(shí)施情況，并進(jìn)行放電程度的劃分和確定。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的以超聲波檢測(cè)為基礎(chǔ)的綜合測(cè)試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例的確定參考圖譜的流程圖。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例的確定故障嚴(yán)重程度的流程。

圖4是本發(fā)明實(shí)施例的流程示意圖。

圖5a是本發(fā)明實(shí)施例的第一組實(shí)驗(yàn)中尖刺長(zhǎng)度為3cm和尖刺直徑為1.5mm銅絲時(shí)的幅度對(duì)時(shí)間以及聲脈沖對(duì)時(shí)間圖譜。

圖5b是本發(fā)明實(shí)施例的第一組實(shí)驗(yàn)中尖刺長(zhǎng)度為3cm和尖刺直徑為0.5mm銅絲時(shí)的幅度對(duì)時(shí)間以及聲脈沖對(duì)時(shí)間圖譜。

圖5c是本發(fā)明實(shí)施例的第一組實(shí)驗(yàn)中尖刺長(zhǎng)度為7cm和尖刺直徑為1.5mm銅絲時(shí)的幅度對(duì)時(shí)間以及聲脈沖對(duì)時(shí)間圖譜。

圖6a是本發(fā)明實(shí)施例的第二組實(shí)驗(yàn)中尖刺長(zhǎng)度為2cm和尖刺直徑為1.8mm銅絲時(shí)的幅度對(duì)時(shí)間以及聲脈沖對(duì)時(shí)間圖譜。

圖6b是本發(fā)明實(shí)施例的第二組實(shí)驗(yàn)中尖刺長(zhǎng)度為2cm和尖刺直徑為1.2mm銅絲時(shí)的幅度對(duì)時(shí)間以及聲脈沖對(duì)時(shí)間圖譜。

圖6c是本發(fā)明實(shí)施例的第二組實(shí)驗(yàn)中尖刺長(zhǎng)度為5cm和尖刺直徑為1.8mm銅絲時(shí)的幅度對(duì)時(shí)間以及聲脈沖對(duì)時(shí)間圖譜。

圖7a是本發(fā)明實(shí)施例的第三組實(shí)驗(yàn)中尖刺長(zhǎng)度為6cm和尖刺直徑為1.2mm銅絲時(shí)的幅度對(duì)時(shí)間以及聲脈沖對(duì)時(shí)間圖譜。

圖7b是本發(fā)明實(shí)施例的第三組實(shí)驗(yàn)中尖刺長(zhǎng)度為2cm和尖刺直徑為0.8mm銅絲時(shí)的幅度對(duì)時(shí)間以及聲脈沖對(duì)時(shí)間圖譜。

圖7c是本發(fā)明實(shí)施例的第三組實(shí)驗(yàn)中尖刺長(zhǎng)度為9cm和尖刺直徑為0.8mm銅絲時(shí)的幅度對(duì)時(shí)間以及聲脈沖對(duì)時(shí)間圖譜。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例

本實(shí)施例的一種GIS電暈放電程度的確定方法，其特征在于該方法的執(zhí)行步驟如下：

1）在GIS上安裝用于監(jiān)測(cè)GIS電暈放電信號(hào)的超聲波傳感器；

2）調(diào)整故障因子和電壓等級(jí)，并收集對(duì)應(yīng)的電暈放電信號(hào)，根據(jù)電暈放電信號(hào)得到若干放電圖譜；

3）從步驟2）中的若干放電圖譜中選取參考圖譜；

4）根據(jù)所述參考圖譜中聲脈沖對(duì)時(shí)間曲線的突變點(diǎn)來(lái)確定判斷GIS放電嚴(yán)重程度的聲脈沖閾值；

5）根據(jù)述閾值對(duì)工作狀態(tài)下的GIS進(jìn)行放電嚴(yán)重程度的判定；

所述故障因子包括所述金屬突起的尖刺長(zhǎng)度和尖刺直徑。

本實(shí)施例的所述故障因子包括所述金屬突起的尖刺長(zhǎng)度和尖刺直徑；在所述步驟2）中先在相同的電壓等級(jí)下調(diào)整故障因子，以得到若干A類(lèi)放電圖譜；

再在故障因子不變的情況下，調(diào)整電壓等級(jí)，已得到若干B類(lèi)放電圖譜。

本實(shí)施例的各電壓等級(jí)連續(xù)測(cè)量至少3次。

本實(shí)施例的步驟4）中根據(jù)所述突變點(diǎn)選取聲脈沖閾值，分別為第一閾值a1、第二閾值a2，

當(dāng)所述超聲波傳感器測(cè)到的聲脈沖a小于第一閾值a1，則GIS處于輕微放電故障狀態(tài)；

當(dāng)所述超聲波傳感器測(cè)到的聲脈沖a大于第一閾值a1且聲脈沖a小于第二閾值a2，則GIS處于中度放電故障狀態(tài)；

當(dāng)所述超聲波傳感器測(cè)到的聲脈沖a大于第二閾值a2，則GIS處于危險(xiǎn)放電故障狀態(tài)。

如圖1所示為本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)測(cè)量示意圖，一套以超聲波檢測(cè)為基礎(chǔ)的綜合測(cè)試系統(tǒng)，該測(cè)試系統(tǒng)包括工頻加壓系統(tǒng)、超聲波測(cè)試回路、脈沖電流法測(cè)試系統(tǒng)。本實(shí)施例采用的是超聲波法對(duì)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，采用了PAP-100型信號(hào)采集儀，把采集到的信號(hào)轉(zhuǎn)化成不同的圖譜。本實(shí)例以脈沖電流測(cè)量系統(tǒng)為基準(zhǔn)，當(dāng)脈沖電流系統(tǒng)測(cè)量到信號(hào)時(shí)，采集儀開(kāi)始工作。

本實(shí)施例確定圖譜的過(guò)程如圖2所示，本實(shí)施例預(yù)先在高壓導(dǎo)體上設(shè)置不同類(lèi)型的尖刺比如尖刺的直徑、長(zhǎng)短不同，本實(shí)施例共設(shè)置三組實(shí)驗(yàn)。

第一組實(shí)驗(yàn)分別設(shè)置尖刺a、尖刺b、尖刺c，尖刺a的長(zhǎng)度為3cm，尖刺a的直徑為1.5mm；尖刺b的長(zhǎng)度為3cm，尖刺b的直徑為0.5mm；尖刺c的長(zhǎng)度為7cm，尖刺c的直徑為1.5mm。

第二組實(shí)驗(yàn)分別設(shè)置尖刺a′、尖刺b′、尖刺c′，尖刺a′的長(zhǎng)度為2cm，尖刺a′的直徑為1.8mm；尖刺b′的長(zhǎng)度為2cm，尖刺b′的直徑為1.2mm；尖刺c′的長(zhǎng)度為5cm，尖刺c′的直徑為1.2mm。

第三組實(shí)驗(yàn)分別設(shè)置尖刺a′′、尖刺b′′、尖刺c′′，尖刺a′′的長(zhǎng)度為6cm，尖刺a′′的直徑為1.2mm；尖刺b′′的長(zhǎng)度為6cm，尖刺b′′的直徑為0.8mm；尖刺c′′的長(zhǎng)度為9cm，尖刺c′′的直徑為0.8mm。

當(dāng)檢測(cè)到脈沖電流時(shí)，開(kāi)始通過(guò)超聲波傳感器檢測(cè)電暈放電信號(hào)，檢測(cè)到的信號(hào)送入采集儀中，采集儀會(huì)對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行處理，獲得相應(yīng)的圖譜。

對(duì)于本實(shí)施例中的三組實(shí)驗(yàn)中的9種尖刺類(lèi)型，每個(gè)尖刺類(lèi)型，對(duì)氣體絕緣金屬設(shè)備施加不同等級(jí)的電壓，橫向比較不同電壓等級(jí)圖譜的變化關(guān)系。

對(duì)于第一組實(shí)驗(yàn)每種不同的故障狀態(tài)，對(duì)尖刺a外施電壓等級(jí)分別為23.5kV、28kV、32kV和36kV；對(duì)尖刺b外施電壓等級(jí)分別為26.2kV、28.1kV、33.1kV和45.2kV；對(duì)尖刺c外施電壓等級(jí)分別為22.2kV、24.7kV、27.1kV和34.1kV。

對(duì)于第二組實(shí)驗(yàn)中每種不同的故障狀態(tài)，對(duì)尖刺a′外施電壓等級(jí)分別22.4kV、27.5kV、32.2kV和35.6kV；對(duì)尖刺b′外施電壓等級(jí)分別為23.8kV、26.7kV、32.3kV和36.8kV；對(duì)尖刺c′外施電壓等級(jí)分別為21.6kV、24.1kV、27.1kV和34.1kV。

對(duì)于第三組實(shí)驗(yàn)中每種不同的故障狀態(tài)，對(duì)尖刺a′′外施電壓等級(jí)分別23.4kV、27.5kV、32.2kV和35.6kV；對(duì)尖刺b′′外施電壓等級(jí)分別為24.8kV、28.7kV、33.6kV和38.6kV；對(duì)尖刺c′′外施電壓等級(jí)分別為19.8kV、22.9kV、26.8kV和33.7kV。

上述每組實(shí)驗(yàn)中，每組不同的故障狀態(tài)下，每種電壓等級(jí)均連續(xù)測(cè)量3次，總計(jì)獲得12張圖譜。

對(duì)于不同的電壓等級(jí)，不同的故障因子（尖刺的長(zhǎng)度、直徑不同）分別測(cè)得所有的放電圖譜并且進(jìn)行比較。

根據(jù)尖刺的不同，尖刺a、尖刺b、尖刺c對(duì)應(yīng)的圖譜分別如圖5a、5b、5c所示，尖刺a′、尖刺b′、尖刺c′對(duì)應(yīng)的圖譜分別如圖6a、6b、6c所示，尖刺a′′、尖刺b′′、尖刺c′′對(duì)應(yīng)的圖譜分別如圖7a、7b、7c所示。在步驟（3）中，先分析比較圖5(a)、(b)、(c)中的圖像特點(diǎn)，由圖可知，尖刺不同時(shí)，對(duì)應(yīng)的圖像是不一樣的。相同長(zhǎng)度時(shí)，金屬尖刺直徑越大，以及直徑相同時(shí)，金屬尖刺的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，得到的超聲波幅度（dB）就會(huì)越大，而相應(yīng)的聲脈沖（對(duì)幅度的累積效果）也會(huì)越大，而且相應(yīng)的電壓幅值也會(huì)越大。在第二組實(shí)驗(yàn)和第三組實(shí)驗(yàn)中也存在類(lèi)似規(guī)律，具體可參見(jiàn)圖6a、6b、6c、7a、7b、7c中所示。

在圖5a、5b、5c、6a、6b、6c、7a、7b、7c中，顆粒點(diǎn)代表電暈放電信號(hào)幅度與時(shí)間的關(guān)系，線圖代表聲脈沖與時(shí)間的關(guān)系，觀察可知，聲脈沖是在時(shí)間上對(duì)放電信號(hào)幅度的累積效果，可以反映出放電情況。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，連續(xù)3次對(duì)同一種情況進(jìn)行檢測(cè)，為了使對(duì)比的結(jié)果更有可行性，選取的外施電壓大致相同，對(duì)應(yīng)的電壓均在28kV左右。

比較圖5a、5b、5c和圖6a、6b、6c，銅絲長(zhǎng)度L相同，但直徑D不同，在大概16s內(nèi)，長(zhǎng)度L為3cm，直徑D為1.5mm銅絲的聲脈沖達(dá)到1500（相對(duì)值），而長(zhǎng)度L為3cm直徑D為0.5mm的細(xì)銅絲只有210左右，且其他不同外施電壓下有相同的現(xiàn)象，即銅絲直徑越大，放電越嚴(yán)重；比較圖5a、5b、5c和圖7a、7b、7c，銅絲直徑D相同（均為1.5mm）但長(zhǎng)度L不同，在相同的時(shí)間內(nèi)（16s），7cm銅絲的聲脈沖為1800左右（相對(duì)值），大于5cm銅絲的影響，且在不同的外施電壓下也有此現(xiàn)象。另外，觀察幅度與時(shí)間的關(guān)系也可以發(fā)現(xiàn)，銅絲直徑增加或者長(zhǎng)度變大都會(huì)增加電暈放電的次數(shù)和幅度。

如圖3所示，選取聲脈沖大小a作為依據(jù)，并設(shè)基準(zhǔn)閾值為a1和a2(本實(shí)施例建議優(yōu)選a1為600，a2為1500，a1、a2均為相對(duì)值)

當(dāng)a<a1時(shí)，可視為輕微放電；

當(dāng)a1<a<a2時(shí)，可視為中度放電；

當(dāng)a>a2時(shí)，可視為危險(xiǎn)放電。

對(duì)于其他關(guān)于氣體絕緣組合電器電暈故障的嚴(yán)重程度的預(yù)測(cè)估計(jì)，均可以利用上述參考圖譜和閾值進(jìn)行判斷，其具體的流程如圖4所示。

先用超聲波傳感器檢測(cè)到放電信號(hào)，通過(guò)采集儀把放電信號(hào)轉(zhuǎn)化成不同的圖譜，然后再與參考圖譜、設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，觀察閾值a落在哪個(gè)范圍內(nèi)，即可判斷出該放電的嚴(yán)重程度。

本實(shí)例在河北某著名高校高電壓實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)步驟及實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有參考價(jià)值。

本發(fā)明不局限于上述實(shí)施例。凡采用等同替換形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求的保護(hù)范圍。