GIS局部放电特高频检测技术规范资料.docx
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GIS局部放电特高频检测技术规范资料
Q/CSG
ICS
备案号:
中国南方电网有限责任公司发布
2010年12月20日实施
2010年12月20日发布
气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)局部放电特高频检测技术规范
Q/CSG11401-2010
P
中国南方电网有限责任公司企业标准
目次
前言IV
1.范围1
2.规范性引用文件1
3.术语和定义1
3.1GIS局部放电GISpartialdischarge1
3.2特高频ultrahighfrequency(UHF)2
3.3局部放电特高频检测UHFdetectionofpartialdischarge2
3.4带电测量on-linedetection2
3.5在线监测on-lineMonitoring2
3.6背景噪声backgroundnoise2
3.7最小可测放电量qminminimumlevelofdetectablePD2
4特高频局部放电检测方法2
4.1传感器3
4.2传感器布置方式3
4.3在线检测4
4.3.1在线监测4
4.3.2带电测量4
5.通用要求5
5.1使用条件5
5.2性能要求5
5.2.1检测频带5
5.2.2灵敏度5
5.2.3绝缘性能5
5.2.4防护性能5
5.2.5抗震性能5
5.2.6电磁兼容性能6
5.2.7接入安全性要求6
5.2.8可靠性要求6
5.3功能要求6
5.3.1局部放电检测功能6
5.3.2信号采集存储功能6
5.3.3检测参数设置功能7
5.3.4网络通讯功能7
5.3.5检测结果显示功能7
5.3.6异常报警功能7
5.3.7放电类型识别功能7
5.3.8放电源定位功能8
5.3.9自检测和自恢复功能8
6.抗干扰8
6.1主要干扰类型8
6.2干扰的抑制8
7.放电源定位9
7.1强度定位9
7.2时差定位9
8.放电类型识别10
8.1局部放电类型10
8.2局部放电缺陷识别10
9.局部放电严重程度判定11
10.检测装置的性能试验11
10.1有效性试验11
10.2抗干扰性能试验11
10.3电磁兼容性能试验11
10.3.1辐射电磁场试验11
10.3.2电快速瞬变脉冲群试验12
10.3.3浪涌(冲击)试验12
10.3.4工频磁场试验12
10.3.5阻尼振荡磁场干扰试验12
10.3.6静电干扰试验12
10.4可靠性试验13
10.4.1振动试验13
10.4.272小时通电试验13
11.检测装置试验要求13
11.1型式和验证试验13
11.2出厂试验14
11.3现场交接试验14
附录AGIS局部放电的典型图谱15
附录B干扰信号的典型图谱16
附录C检测报告样板17
附录D检测数据要求17
附录E带电测量方法18
附录F带电测量注意事项19
1前言
2局部放电测量有助于发现GIS内部的多种绝缘缺陷,是诊断GIS健康状态的重要手段。
在GIS制造、安装、运行和检修的各个环节,凡是具备条件的,都应该进行局部放电检测。
在变电站现场,由于受电磁环境、检测设备和试验电源等条件的限制,通常难以对GIS进行常规的脉冲电流法检测。
实践经验表明,局部放电特高频检测具有检测灵敏高和抗干扰能力强的特点,适用于发电厂和变电站现场条件下的GIS局部放电测量。
3为规范GIS特高频在线检测技术的应用管理,不断积累运行经验,以保障GIS安全、稳定和可靠运行,特制定本标准。
本标准规定了GIS设备局部放电特高频检测的技术规范和使用条件,给出了局部放电类型与严重程度的判定参考,运行单位进行GIS局部放电在线监测、带电测量和交流耐压试验时应遵照执行。
4本标准由中国南方电网有限责任公司生产技术部提出、归口并解释。
5本标准起草单位:
中国南方电网公司生产技术部、清华大学、北京领翼中翔科技有限公司、广东电网公司。
6本标准主要起草人:
吴琼、高文胜、卢启付、刘卫东、邱野、李端姣、杨奕、姚森敬、刘文山。
7本标准由中国南方电网有限责任公司技术标准工作领导小组批准。
8本标准自201X年X月X日起实施。
1.范围
本标准适用于在发电厂和变电站现场条件下,处于运行状态(含热备用状态),额定电压为72.5kV~550kV全部或部分地采用SF6气体作为绝缘介质的气体绝缘金属封闭开关设备(以下简称GIS,包括HGIS和罐式断路器等)中局部放电的特高频测量,包含在线监测、带电测试和现场交流耐压试验。
2.规范性引用文件
下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。
凡是注日期的引用文件,其随后所有的修改单(不包括刊误的内容)或修订版均不适用于本标准。
凡是不注日期的引用文件,其最新版本适用于本标准。
GB/T2423电工电子产品环境试验
GB/T4208外壳防护等级(IP代码)
GB/T16927高电压试验技术
GB/T17626电磁兼容试验和测量技术
GB2421电工电子产品基本环境试验规程
GB7354局部放电测量
GB11022高压开关设备通用技术条件
GB50150电气装置安装工程,电气设备交接试验标准
DL/T417电力设备局部放电现场测量导则
DL/T555气体绝缘金属封闭开关设备现场耐压及绝缘试验导则
DL/T593高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求
DL/T595电力设备预防性试验规程
DL/T617气体绝缘金属封闭开关设备技术条件
DL/T860变电站通信网络与系统
3.术语和定义
3.1GIS局部放电GISpartialdischarge
GIS局部放电是指发生在GIS绝缘结构中局部区域内的放电现象,包括:
自由金属颗粒放电、悬浮电位体放电、沿面放电、绝缘件内部气隙放电、金属尖端放电放电等。
3.2特高频ultrahighfrequency(UHF)
指频率为300MHz~3GHz的电磁波频段。
3.3局部放电特高频检测UHFdetectionofpartialdischarge
采用内置或外置的传感器检测GIS中局部放电在特高频频段(300MHz~3GHz)范围内所产生的电磁波信号。
3.4带电测量on-linedetection
特指在GIS运行状态下,采用便携式仪器或示波器,通过内置、外置或可活动的UHF传感器,由专业人员对局部放电进行检测。
3.5在线监测on-lineMonitoring
特指在GIS运行状态下,通过内置或外置的UHF传感器,连续或定时地自动测量GIS内部可能发生的局部放电。
通常监测系统固定安装在现场,长期在线运行,无需人为参与,自动完成检测、存储、通讯和诊断等功能。
3.6背景噪声backgroundnoise
背景噪声是指在局部放电检测过程中测量到的非被检测设备所产生的信号,背景噪声包括检测装置中的白噪声、广播通讯信号、雷达信号以及其他的连续或脉冲干扰信号。
3.7最小可测放电量qminminimumlevelofdetectablePD
局部放电检测装置在检定条件下所能检出的最小放电量qmin(pC)。
为了得到明确的测量结果,qmin的测量幅值至少应为背景噪声幅值的2倍。
4.特高频局部放电检测方法
GIS局部放电特高频检测方法主要有两种形式,利用局部放电在线监测系统对GIS进行实时或定时的监测和利用便携式局部放电检测仪进行带电测量。
检测装置一般由耦合器、放大滤波单元、信号采集单元、通讯单元和诊断分析单元等五部分构成。
在不同检测装置中,以上各功能单元可能有不同的组合方式。
图1局部放电在线监测系统图2局部放电带电检测仪
4.1传感器
根据GIS的实际情况,局部放电检测可以采用内置式或外置式特高频耦合传感器。
新建GIS设备建议配置内置传感器,已投运GIS设备则宜采用外置传感器。
图3传感器安装形式
4.2传感器布置方式
内置传感器宜由GIS生产厂在制造时置入,在设备制造前应与GIS进行一体化设计,在出厂时应同GIS一起完成出厂试验。
外置传感器应置于未包裹金属屏蔽的GIS盆式绝缘子外侧或GIS壳体上存在的介质窗处,当GIS盆式绝缘子外包金属屏蔽时,需要对金属屏蔽开窗。
传感器安装不应影响设备美观。
传感器布置应保证GIS内部发生在任何位置的局部放电都能够被有效传感,在此前提下,传感器应尽量安装在GIS关键设备附近,包括断路器、隔离开关、电压互感器等。
对于长直母线段测点间隔宜为5-10m。
4.3在线检测
4.3.1在线监测
在线监测系统利用预先安装在GIS上的内置或外置传感器探测GIS内部发生的局部放电特高频信号;信号处理单元进行滤波、放大和检波,数据采集单元将传感器捕获的放电信号转换为数字量,完成特征量检出,进行波形、频谱和统计分析,实现缺陷预警;处理结果经通信接口传送至诊断服务单元进行数据分析、显示、报警管理、诊断和存储,远程用户可以通过网络对GIS的运行状态进行实时监视。
特高频测量分为宽带测量和检波测量两种方式,宽带测量可观察到局放信号在200MHz~3GHz频域上的信号能量分布,信息量大,因此具有较好的检测和识别效果;而用检波测量则无法得到不同缺陷信号的频谱特征,但具有较高的信噪比,抗干扰能力强,检测灵敏度高。
由于特高频局部放电检测至少需要测量一个工频周期以上的百兆赫兹到千兆赫兹的放电信号,常用的A/D转换系统在采样率和存储深度等方面很难满足要求,且数据处理难度大。
通常局部放电测量只关心信号的幅值、出现的相位以及放电重复率,因此在线监测系统普遍采用检波方式,仅对放电信号的主要信息进行检测、分析和存储。
在线监测特征信息包括:
最大放电量、放电相位、放电频次和放电谱图,放电谱图应由不少于50个连续工频周期的监测数据形成。
检测周期应可根据监测需要进行设置和调节,最小监测周期不应小于10分钟。
监测系统中应能保存设备的所有历史特征信息和24小时的实时数据,应采用掉电非易失存储技术。
应能通过外部接口调用历史数据和报警信息。
监测系统数据接口要求参见附录D。
4.3.2带电测量
带电测量是利用可移动传感器(包括外置传感器和内置传感探头外接传感器两种情况)对存在异常或需要关注的设备进行巡检,检测结果可利用便携测量仪或高速示波器进行分析和存储。
在GIS运行达到规定的检测周期或在线监测系统发现异常时,需要利用便携式特高频局部放电带电测量仪对监测结果进行确认和定位。
带电测量仪应具备检波测量和宽带测量两种检测方式,在带电测量过程中,首先利用检波信号对GIS所有测点依次进行巡检,当发现异常信号时,则利用宽带测量对信号进行波形识别和时差定位。
5.通用要求
5.1使用条件
1)环境温度:
-25℃~+70℃;
日温差小于25K;
2)环境湿度:
相对湿度不大于95%;
3)大气压力:
86kPa~106kPa;
4)供电电源:
宜选择变电站用交流电源。
交流电源电压幅值允许偏差小于10%,频率容许偏差小于1%,谐波含量小于5%。
5.2性能要求
5.2.1检测频带
检测频带应尽量覆盖GIS内部可能发生的各类局部放电信号的频率范围,通常在300MHz到3GHz之间,实际检测装置中可根据需要选用其间的子频段。
检测频带的选择应尽量避开电磁干扰信号,如架空线电晕放电和移动通讯等。
5.2.2灵敏度
检测装置最小可测量放电量不小于10pC的放电信号,最大可测量放电量不大于5000pC的放电信号,在量程范围内检测结果应能有效反映局部放电强度的变化。
5.2.3绝缘性能
检测装置的带电回路和金属外壳之间以及电气上无联系的各部分电路之间的绝缘电阻不应小于20MΩ。
检测装置电源端子和信号端子对地应能承受1min/2kV的工频耐压和5kV标准雷电波(1.2/50us)。
5.2.4防护性能
1)便携式检测仪的防护性能应符合GB/T4208标准规定的IP51级要求;
2)在线监测系统在室内工作的组件外壳防护性能应符合GB/T4208标准规定的IP51级要求,在室外工作的组件应符合GB/T4208规定的IP55级要求。
5.2.5抗震性能
检测装置应能够耐受地面水平加速度0.25g和地面垂直加速度0.125g的振动试验。
g为地心引力加速度,9.8m/s2。
5.2.6电磁兼容性能
检测装置的电磁兼容性满足以下要求:
1)辐射电磁场干扰:
应能承受GB/T14598.9中规定的严酷等级4级。
2)电快速瞬变脉冲群干扰:
应能承受GB/T14598.13中规定的严酷等级3级。
3)静电放电干扰:
应能承受GB/T14598.14中规定的严酷等级4级。
4)浪涌抗干扰:
应能承受GB/T17626.5中规定的严酷等级4级。
5)工频磁场抗干扰:
应能承受GB/T17626.8中规定的严酷等级4级。
6)阻尼振荡磁场抗干扰:
应能承受GB/T17626.10中规定的严酷等级4级。
5.2.7接入安全性要求
检测装置内置传感器的设置应保证GIS主绝缘的性能,内置传感器信号引出应保证GIS气体密封性能。
内置传感器应由GIS生产厂在制造时植入,寿命应与GIS保持一致,一般不应小于30年。
检测装置外置传感器的设置应不影响GIS盘式绝缘子结构的密封性能和外壳接地和通流性能。
外置传感器的设置原则上应不拆动GIS的任何部件。
检测装置的装设应满足:
与附近高压带电部件和区域具有足够的安全距离;有效防护雷电、开关操作产生的过电压和地电位升高;不产生涉及电源、电磁兼容和网络通讯等安全隐患,不影响变电站其他系统的安全运行。
5.2.8可靠性要求
在线监测系统的平均无故障工作时间(MTBF)应不低于8640小时/年(这里的故障指用户无法自行恢复的系统运行中断)。
因供电电源掉电等原因造成的可自行恢复的系统运行中断,每年不应超过5次,全年累计中断时间不超过10天。
5.3功能要求
5.3.1局部放电检测功能
局部放电检测应能够灵敏有效地检测到GIS内部可能发生的各种类型局部放电,满足检测灵敏度的要求。
在现场复杂电磁环境下,局部放电检测装置应能够有效抑制和排除干扰,保障检测灵敏度。
5.3.2信号采集存储功能
局部放电检测应具有按预设程序定时采集和存储GIS局部放电数据的功能,数据格式应符合本规范附录C的要求。
检测数据可依据以下原则进行存储:
对近期检测数据应采用循环刷新的方式,完整保存原始检测数据;对长期检测数据应进行数据压缩,仅保存最大放电检测量、放电频次等特征量;对异常报警情况的检测数据应完整保存原始检测数据。
5.3.3检测参数设置功能
局部放电检测装置应具有参数设置、参数调阅和时间对时等功能,检测人员可根据现场实际情况调整局部放电的检测周期、检出阈值和报警阈值等参数。
5.3.4网络通讯功能
局部放电检测装置应具有信息转换和通讯功能,检测数据、报警信息和诊断结果的传送应满足IEC61850规约,检测装置的通讯介质宜采用光纤通讯方式。
5.3.5检测结果显示功能
检测装置应具有方便的人机交互功能,便于直观和多角度地观察GIS局部放电的检测结果。
检测装置应具备实时数据显示功能,在线监测系统应标注局部放电传感器在GIS上的安装位置。
局部放电检测应提供以下基本检测和统计信息:
1)局部放电信号的幅值、相位、放电频次等基本特征参数;
2)局部放电信号的幅值、放电频次等基本参数的趋势图;
3)局部放电信号的工频周期波形图;
4)局部放电信号的二维谱图(-q图、-n图和q-n图);
5)局部放电信号的三维谱图(-q-n图);
6)局部放电的多工频周期扫描图。
检测装置并应具备以上不同图表间的叠加对比功能。
5.3.6异常报警功能
检测装置应能根据预先设定的报警方案对异常的检测结果进行报警。
报警策略应包括阈值报警和趋势报警,并可根据局部放电严重程度给出不同的报警级别(预警、一般性缺陷和严重故障)。
5.3.7放电类型识别功能
检测装置应能判断GIS中的典型局部放电类型(自由金属颗粒放电、悬浮电位体放电、沿面放电、绝缘件内部气隙放电、金属尖端放电等),或给出各类局部放电发生的可能性,诊断结果应当简单明确。
5.3.8放电源定位功能
检测装置应能对局部放电源进行定位。
在线监测系统应能指明局部放电源对应的检测点位置和气室;便携式检测仪对局部放电源的定位精度应在+30cm范围内。
5.3.9自检测和自恢复功能
在线监测系统应具有自检测功能,提供监测系统运行状态的自检信息和硬结点,记录监测系统的故障日志。
同时还应提供方便、可靠的调试工具和手段,以满足现场校验测试的要求。
在线监测系统应具有自恢复功能,当出现异常供电中止等情况后,监测系统应能够自动恢复正常运行。
在线监测系统应满足模块化和标准化要求,能根据监测点数的变化进行灵活的扩展,支持热插拔和互换性要求,任何一个模块或单元进行检修时,不应影响其他模块或单元的正常工作。
6.抗干扰
现场干扰将降低局部放电检测的灵敏度,甚至导致误报警和诊断错误。
因此,局部放电检测装置应能将干扰抑制到可以接受的水平。
6.1主要干扰类型
GIS局部放电特高频检测中主要存在以下几类干扰形式:
1)移动通讯和雷达等无线电干扰;
2)变电站架空线上尖端放电干扰;
3)变电站高电压环境中存在的浮电位体放电干扰;
4)照明、风机等电气设备中存在的电气接触不良产生的放电干扰;
5)开关操作产生的短时放电干扰。
6.2干扰的抑制
在局部放电特高频检测中,干扰抑制主要有以下方法:
1)滤波
对于变电站中常见的电晕放电干扰(主要集中在200MHz以下频段)和移动通讯等确定频段的干扰信号,可以通过滤波的方法进行有效抑制。
2)屏蔽
干扰信号主要来自于GIS外部,对盘式绝缘子法兰进行屏蔽,可减小对内置传感器的干扰。
对于外置式传感器,也需要增加盆式绝缘子非耦合区域的屏蔽,减小外部空间干扰的影响。
3)干扰识别
对重复出现的干扰信号,可以根据信号的波形特征、频谱特征和工频相关性进行识别和消除。
4)干扰定位
对于变电站高电压环境中存在的浮电位体放电干扰和电器设备中存在的电气接触不良产生的放电干扰,其信号频谱特征和脉冲波形特征与GIS内部的局部放电非常相似,难以通过滤波和屏蔽等措施有效消除,也难以有效识别和区分。
对于这类也是放电产生的干扰,通过放电源定位可以有效识别和消除。
放电定位是重要的抗干扰环节,GIS局部放电诊断必须通过定位测量进行确认。
7.放电源定位
7.1强度定位
强度定位法适用于局部放电在线监测系统。
当在多个测点同时检测到放电信号时,信号强度最大的测点可判断为最接近放电源的位置;当只在一个测点能够检测到放电信号时,此测点可判断为最接近放电源的位置。
强度定位法的准确性在某些场合将受到限制。
当放电信号很强时,在较小的距离范围内难以观察到明显的信号强度变化,使精确定位面临困难。
当GIS外部存在干扰放电源时,也会在GIS的不同位置产生强度类似的信号,难以有效定位,同时也难以区分GIS内部或外部的放电。
7.2时差定位
时差定位适用于采用高速数字示波器的带电测量装置,定位方法如下图所示。
图5GIS中局部放电源位置图6检测波形
(公式1)
上式中,c为GIS中电磁波等效传播速度,3108m/s。
将传感器分别放置在GIS上两个相邻的测点位置,根据放电检测信号的时差,利用公式1即可计算得到局部放电源的具体位置。
顺序定位是时差定位的简化方法,当采用多个传感器时,将一个传感器(中心传感器)固定在GIS上的某个检测位置,将其他传感器放置在此传感器四周邻近位置,如果中心传感器的信号总是领先于四周不同位置处的传感器的信号,则可判断放电源靠近中心传感器的位置。
采用如此方法依次对每个GIS测点进行测量,即可确定放电源是否发生在GIS内部以及具体位置。
图4放电源顺序定位
8.放电类型识别
8.1局部放电类型
GIS中的典型局部放电类型包括:
1.)自由金属颗粒放电,金属颗粒和GIS部件之间的放电;
2)悬浮电位体放电,主要包括松动部件的悬浮电位放电,非移动金属颗粒和设备部件之间的放电;
2.)金属尖端放电,金属部件表面加工毛刺,壳体内部的金属异物;
3.)沿面放电,固体绝缘表面金属颗粒对绝缘表面,固体绝缘表面脏污,固体绝缘表面其他异物;
4.)绝缘件内部气隙放电,绝缘件内部空隙、异物和裂缝等。
8.2局部放电缺陷识别
局部放电在GIS中发生的部位关系到其危害程度,GIS局部放电类型识别是绝缘诊断的重要依据。
局部放电是交流电压作用下发生在绝缘缺陷局部区域的交替重复的击穿过程,绝缘缺陷的大小、形状、介质类型、间隙电容以及外加电压等因素都会影响局部放电的信号特征。
根据典型局部放电信号的波形特征或统计特性提取局部放电指纹,建立模式库,通过局部放电检测结果和模式库的对比,可进行局部放电类型识别。
局部放电的类型识别可采用人工神经网络、统计分类器等自动识别算法实现。
典型缺陷放电特征及其图谱见附表A。
9.局部放电严重程度判定
局部视在放电量是常规脉冲电流法判断缺陷严重程度的基本参数,但特高频检测尚没有成熟的定量评价方法。
在GIS局部放电特高频检测中,测得的局部放电信号的强度和局部放电的真实放电量、局部放电类型以及放电信号的传播路径有关。
由于局部放电类型和局部放电信号传播路径的复杂变化,以及视在放电量和真实放电量之间的不确定关系,不能简单地仅由信号强度判断局部放电量或判断绝缘缺陷严重程度。
GIS局部放电缺陷的严重程度应根据放电源的定位结果、放电类型的识别结果和检测特征量的发展趋势进行综合判断,分析中应参考局部放电超声检测和气体分解物检测等诊断性试验结果。
10.检测装置的性能试验
进行检验试验时,至少以1个监测单元作为受试单元,与主机组成完整的检测装置检测装置。
检定过程中,系统应处于正常工作状态,被测参量在该受试单元的有效测量范围。
10.1有效性试验
用于评价检测装置性能的基本试验回路应按GB/T7354—2003进行校准,在实验室环境下,利用标准放电模型试品(尖端放电、固定悬浮电位放电或绝缘表面沿面放电)进行测试,同时利用脉冲电流法进行比对检测,以确定检测装置的最小可测放电量、量程、放电类型识别能力和定位精度。
10.2抗干扰性能试验
在屏蔽效果良好的试验室中进行,不受检测装置制造厂商技术要求制约,对检测装置施加应用环境中可能出现的各种干扰信号,主要包括空气中的电晕干扰、手机通讯干扰和雷达干扰等。
为了避免不同类型的模拟干扰源之间在测试过程中的相互影响,应对不同类型的干扰影响分别进行检验。
10.3电磁兼容性能试验
10.3.1辐射电磁场试验
在电波暗室中校正后的场地,用功率放大器和高频信号发生器产生80MHz~1000MHz的射频信号,并以1kHz的正弦波进行80%调幅。
先后用双锥天线(80MHz~220MHz)和对数周期天线(200MHz~1000MHz),天线分别按水平极化方向、垂直极化方向发射信号。
在施加扫频干扰的情
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