CN109085480A - 一种用于检测gis内部放电信息的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于检测GIS内部放电信息的系统及方法属于输变电设备技术领域。本发明系统包括：日盲单光子探测器、特高频传感器、高频电流传感器、采集卡和处理设备，处理设备用于通过比较采集通道是否采集到电压信号、特高频信号或脉冲电流来确定GIS内部是否放电，当确定GIS内部放电时根据采集通道所采集的电压信号、特高频信号或脉冲电流检测GIS内部放电信息。本发明提高了GIS内部放电测量灵敏度、抗干扰性能及诊断的准确度、诊断结果的可靠性，能够实现GIS内部放电的单光子探测与诊断，探测波段为日盲紫外波段，能够实现放电类型识别、放电量测量、等功能。

Description

一种用于检测GIS内部放电信息的系统及方法

技术领域

本发明涉及输变电设备技术领域，并且更具体地，涉及一种用于检测GIS内部放电信息的系统及方法。

背景技术

随着气体绝缘组合电器(GIS)的广泛应用，GIS设备的运行可靠性也逐渐引起了国际社会和电力部门的普遍关注。从近40年的运行经验来看，绝缘故障始终是影响GIS可靠性的重要因素之一。局部放电是导致GIS设备绝缘劣化直至闪络故障发生的主要表现形式。GIS内部典型放电缺陷按放电发生的部位主要分为SF6气体中的放电缺陷与固体绝缘中(盆式绝缘子、支撑绝缘子)的放电缺陷两大类放电缺陷，其中SF6气体中的放电缺陷又可分为高压导体(母线)上的尖端放电、低压侧(GIS外壳)的尖端放电、高压侧浮电位放电、低压侧的浮电位放电、接触不良型的悬浮放电等；绝缘子上的放电缺陷可分为绝缘子表面脏污、金属颗粒以及绝缘子内部裂纹或气隙；从放电发生的位置考虑，绝缘子上的放电缺陷容易诱发沿面闪络故障，其危害性要大于SF6气体中的放电的危害性。

在GIS设备内部，局部放电脉冲的持续时间很短，波头的上升时间仅为1ns左右，这种持续时间极短的陡脉冲，包含高达上GHz的局部放电电磁波信号，局部放电会在GIS设备外壳上产生流动的电磁波，接地线上有高频放电脉冲电流流过，外壳对地呈现高频电压并向周围空间产生电磁波。局部放电还会使通道气体压力骤增，在GIS设备气体中产生超声波，传到金属外壳会发生反射透射，并在金属外壳上出现各种声波，如纵波、横波和表面波等。GIS设备中的局部放电也产生光和使SF6气体分解。这些伴随局部放电出现的物理和化学的效应变化是实现GIS设备在线检测的依据。目前用于广泛应用于现场的主要是特高频法、超声波法、SF6气体分解物分析。

超声波法的检测灵敏度较低，对于一些绝缘内部放电缺陷类型检测不够灵敏但对于自由金属颗粒故障检测效果较好。同时，该方法对放电故障类型判断相对困难，不能实现视在放电量的标定。特高频(UHF)法的灵敏度较高，但难以用特高频信号幅值表征局部放电严重程度，难以实现视在放电量的标定等。对于气体分解物分析法，由于局部放电绝缘缺陷的类型及放电发展过程中与SF6气体分解组分之间尚未建立明确的关联关系，尚未形成像变压器油色谱分析那样成熟的导则与判断标准，仍需要从实验室模拟缺陷故障及现场故障案例的积累进行大量的研究工作，导致该方法也不能准确判断故障类型并应用于实际在线监测中。

在S_F6气体中，电晕放电辐射的光谱主要集中在近紫外区域，其中在250nm至400nm的近紫外区域存在连续谱峰，为光电检测的光谱范围提供了重要依据。目前，对电力设备放电检测的光学方法手段众多，主要分为光学成像法、光学脉冲法，并通过红外成像仪、紫外成像仪等设备实现。这类方法依赖于造价高昂的光学测量、显示设备，并且存在成本高、操作复杂、灵敏度不足、对早期放电危险难以预报、不能定量表示放电程度等缺点，因此亟待提出成本低、灵敏度高且有效的检测GIS内局部放电的光电联合诊断系统。

发明内容

本发明为实现GIS内局部放电测量与放电类型诊断，提高局部放电测量灵敏度、抗干扰性能及诊断的准确度、诊断结果的可靠性，提出了一种用于检测GIS内部放电信息的系统，包括：

日盲单光子探测器，用于检测GIS内部放电是否产生紫外光信号，当GIS内部放电产生紫外光信号时，日盲单光子探测器接收GIS内部放电产生的日盲波段为260nm～280nm的紫外光信号，所述日盲波段为260nm～280nm的紫外光信号经由日盲单光子探测器转化为电压信号并传输至采集卡；

特高频传感器，用于检测GIS内部放电是否产生特高频信号，当GIS内部放电产生特高频信号时，特高频传感器接收特高频信号并传输至采集卡；

高频电流传感器，用于检测GIS内部放电是否产生脉冲电流，当GIS内部放电产生脉冲电流时，高频电流传感器接收GIS内部放电产生的脉冲电流并传输至采集卡；

采集卡，具有多个采集通道，每个采集通道设置有触发电平，当任意通道接收的电压信号、特高频信号或脉冲电流的幅值大于触发电平的触发幅值后，采集卡导通采集通道进行多通道同步采集电压信号、特高频信号和脉冲电流；以及

处理设备，用于通过比较采集通道是否采集到电压信号、特高频信号或脉冲电流来确定GIS内部是否放电，当确定GIS内部放电时根据采集通道所采集的电压信号、特高频信号或脉冲电流检测GIS内部放电信息。

可选的，放电信息包括：放电类型、放电量和电晕面积。

可选的，采集卡可以设置为特定通道触发后进行多采集通道同步采集。

可选的，特定通道包括：电压信号触发通道、特高频信号触发通道和脉冲电流信号触发通道。

可选的，处理设备通过绘制采集通道采集的电压信号、特高频信号或脉冲电流的时域脉冲序列图谱、相位图谱，与标准放电图谱进行比对，识别GIS放电类型。

可选的，处理设备通过统计放电期间内光子数计算放电电晕面积，结合电流脉冲信号计算放电量。

本发明还提出一种用于检测GIS内部放电信息的方法，包括：

日盲单光子探测器检测GIS放电是否产生紫外光信号，当GIS放电产生紫外光信号时，日盲单光子探测器接收GIS放电产生的日盲波段为260nm～280nm的紫外光信号，所述日盲波段为260nm～280nm的紫外光信号经由日盲单光子探测器转化为电压信号并传输至采集卡；

特高频传感器检测GIS放电是否产生特高频信号，当GIS放电产生特高频信号时，特高频传感器接收特高频信号并传输至采集卡；

高频电流传感器检测GIS放电是否产生脉冲电流，当GIS放电产生脉冲电流时，高频电流传感器接收GIS放电产生的脉冲电流并传输至采集卡；

采集卡的任意通道接收的电压信号、特高频信号或脉冲电流的幅值大于触发电平的触发幅值后，采集卡导通采集通道进行多通道同步采集电压信号、特高频信号和脉冲电流；

处理设备通过比较采集通道是否采集到电压信号、特高频信号或脉冲电流来确定GIS是否放电，当确定GIS放电时根据采集通道所采集的电压信号、特高频信号或脉冲电流检测GIS放电信息。

可选的，放电信息包括：放电类型、放电量和电晕面积。

可选的，根据采集结果确定GIS是否放电，具体为：日盲单光子探测器、特高频传感器和高频电流传感器传均有信号，一定存在放电；日盲单光子探测器和特高频传感器有信号，高频电流传感器无信号，存在放电，放电较微弱且光路未被遮挡；日盲单光子探测器和高频电流传感器无信号，特高频传感器有信号，存在放电，放电较微弱且光路被遮挡；日盲单光子探测器、高频电流传感器和特高频传感器均无信号不存在放电。

可选的，放电类型的识别包括：根据放电识别依据，进行电压信号、特高频信号和脉冲电流的PRPD图谱分析后确定放电类型，放电识别依据由预先通过标准电极进行放电和系统标定得到。

可选的，检测放电量和电晕面积包括：

紫外光信号光子先透过入射窗进入日盲单光子探测器的光电倍增管，被光阴极接收转化为电子，形成并输出光电流I_c，处理设备根据如下公式计算光电流I_c，光电流I_c即为放电量：

I_c＝n·QE·q

其中，n为单位时间内阴极接收的光子数量，QE为光电倍增管的量子效率，q为电子电荷；

单光子检测紫外光信号光脉冲，光脉冲数为光子数，光子数N与相对电晕面积S的关系为：

N＝k∫∫η(λ)ds+n+M

其中，k为电晕面积相对系数，η(λ)为光子辐射效率，当电晕中臭氧较少时，η(λ)＝1，并随着臭氧浓度的增加而减小，n为试验中暗电流脉冲总数，M为电晕外层产生的紫外光信号光子量。

本发明能够实现GIS内部放电的单光子探测与诊断，探测波段为日盲紫外波段，能够实现放电类型识别、放电量测量、等功能。

本发明将日盲单光子探测器、特高频传感器、高频电流传感器高度集成，三种传感器可与采集卡直接相连，通过采集卡实现光-电信号的同步采集。通过处理设备自动进行放电存在性判断，可以进行放电源与传感器间光路、电气障碍遮挡的判断，与仅使用单一传感器相比，提高了检测的可靠性和灵敏度。处理设备自动计算得到光-电信号脉冲的PRPD谱图与时域脉冲序列谱图，通过与系统预先标定好的标准放电模式谱图进行对比，得到最相近的放电类型，实现放电类型的识别，与仅使用特高频检测法相比，提高了识别的准确性与灵敏度。处理设备对光脉冲序列进行脉冲计数，自动计算出放电时的电晕面积，再结合电流脉冲序列得到光-电流脉冲序列，自动计算放电量，与仅使用电流脉冲法相比提高放电量计算的灵敏度。

附图说明

图1为本发明一种用于检测GIS内部放电信息的系统结构图；

图2为本发明一种用于检测GIS内部放电信息的方法流程图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

本发明提出了一种用于检测GIS内部放电信息的系统，如图1所示，包括：

日盲单光子探测器，用于检测GIS内部放电是否产生紫外光信号，当GIS内部放电产生紫外光信号时，日盲单光子探测器接收GIS内部放电产生的日盲波段为260nm～280nm的紫外光信号，所述日盲波段为260nm～280nm的紫外光信号经由日盲单光子探测器转化为电压信号并传输至采集卡；

特高频传感器，用于检测GIS内部放电是否产生特高频信号，当GIS内部放电产生特高频信号时，特高频传感器接收特高频信号并传输至采集卡；

高频电流传感器，用于检测GIS内部放电是否产生脉冲电流，当GIS内部放电产生脉冲电流时，高频电流传感器接收GIS内部放电产生的脉冲电流并传输至采集卡；

采集卡，具有多个采集通道，每个采集通道设置有触发电平，当任意通道接收的电压信号、特高频信号或脉冲电流的幅值大于触发电平的触发幅值后，采集卡导通采集通道进行多通道同步采集电压信号、特高频信号和脉冲电流，采集卡可以设置为特定通道触发后进行多采集通道同步采集，特定通道包括：电压信号触发通道、特高频信号触发通道和脉冲电流信号触发通道；

处理设备，用于通过比较采集通道是否采集到电压信号、特高频信号或脉冲电流来确定GIS内部是否放电，当确定GIS内部放电时根据采集通道所采集的电压信号、特高频信号或脉冲电流检测GIS内部放电信息，放电信息包括：放电类型、放电量和电晕面积。处理设备通过绘制采集通道采集的电压信号、特高频信号或脉冲电流的时域脉冲序列图谱、相位图谱，与标准放电图谱进行比对，识别GIS放电类型。处理设备通过统计放电期间内光子数计算放电电晕面积，结合电流脉冲信号计算放电量。

本发明还提出一种用于检测GIS内部放电信息的方法，如图2所示，包括：

日盲单光子探测器检测GIS放电是否产生紫外光信号，当GIS放电产生紫外光信号时，日盲单光子探测器接收GIS放电产生的日盲波段为260nm～280nm的紫外光信号，所述日盲波段为260nm～280nm的紫外光信号经由日盲单光子探测器转化为电压信号并传输至采集卡；

特高频传感器检测GIS放电是否产生特高频信号，当GIS放电产生特高频信号时，特高频传感器接收特高频信号并传输至采集卡；

高频电流传感器检测GIS放电是否产生脉冲电流，当GIS放电产生脉冲电流时，高频电流传感器接收GIS放电产生的脉冲电流并传输至采集卡；

采集卡的任意通道接收的电压信号、特高频信号或脉冲电流的幅值大于触发电平的触发幅值后，采集卡导通采集通道进行多通道同步采集电压信号、特高频信号和脉冲电流；

处理设备通过比较采集通道是否采集到电压信号、特高频信号或脉冲电流来确定GIS是否放电，当确定GIS放电时根据采集通道所采集的电压信号、特高频信号或脉冲电流检测GIS放电信息，放电信息包括：放电类型、放电量和电晕面积。

根据采集结果确定GIS是否放电，具体为：日盲单光子探测器、特高频传感器和高频电流传感器传均有信号，一定存在放电；日盲单光子探测器和特高频传感器有信号，高频电流传感器无信号，存在放电，放电较微弱且光路未被遮挡；日盲单光子探测器和高频电流传感器无信号，特高频传感器有信号，存在放电，放电较微弱且光路被遮挡；日盲单光子探测器、高频电流传感器和特高频传感器均无信号不存在放电。

放电类型的识别包括：根据放电识别依据，进行电压信号、特高频信号和脉冲电流的PRPD图谱分析后确定放电类型，放电识别依据由预先通过标准电极进行放电和系统标定得到。诊断识别依据如表1所示：

表1

检测放电量和电晕面积包括：

紫外光信号光子先透过入射窗进入日盲单光子探测器的光电倍增管，被光阴极接收转化为电子，形成并输出光电流I_c，处理设备根据如下公式计算光电流I_c，光电流I_c即为放电量：

I_c＝n·QE·q

其中，n为单位时间内阴极接收的光子数量，QE为光电倍增管的量子效率，q为电子电荷；

单光子检测紫外光信号光脉冲，光脉冲数为光子数，光子数N与相对电晕面积S的关系为：

N＝k∫∫η(λ)ds+n+M

其中，k为电晕面积相对系数，η(λ)为光子辐射效率，当电晕中臭氧较少时，η(λ)＝1，并随着臭氧浓度的增加而减小，n为试验中暗电流脉冲总数，M为电晕外层产生的紫外光信号光子量。

本发明能够实现GIS内部放电的单光子探测与诊断，探测波段为日盲紫外波段，能够实现放电类型识别、放电量测量、等功能。

本发明将日盲单光子探测器、特高频传感器、高频电流传感器高度集成，三种传感器可与采集卡直接相连，通过采集卡实现光-电信号的同步采集。通过处理设备自动进行放电存在性判断，可以进行放电源与传感器间光路、电气障碍遮挡的判断，与仅使用单一传感器相比，提高了检测的可靠性和灵敏度。处理设备自动计算得到光-电信号脉冲的PRPD谱图与时域脉冲序列谱图，通过与系统预先标定好的标准放电模式谱图进行对比，得到最相近的放电类型，实现放电类型的识别，与仅使用特高频检测法相比，提高了识别的准确性与灵敏度。处理设备对光脉冲序列进行脉冲计数，自动计算出放电时的电晕面积，再结合电流脉冲序列得到光-电流脉冲序列，自动计算放电量，与仅使用电流脉冲法相比提高放电量计算的灵敏度。

Claims (11)

1.一种用于检测GIS内部放电信息的系统，所述系统包括：

日盲单光子探测器，用于检测GIS内部放电是否产生紫外光信号，当GIS内部放电产生紫外光信号时，日盲单光子探测器接收GIS内部放电产生的日盲波段为260nm～280nm的紫外光信号，所述日盲波段为260nm～280nm的紫外光信号经由日盲单光子探测器转化为电压信号并传输至采集卡；

特高频传感器，用于检测GIS内部放电是否产生特高频信号，当GIS内部放电产生特高频信号时，特高频传感器接收特高频信号并传输至采集卡；

高频电流传感器，用于检测GIS内部放电是否产生脉冲电流，当GIS内部放电产生脉冲电流时，高频电流传感器接收GIS内部放电产生的脉冲电流并传输至采集卡；

采集卡，具有多个采集通道，每个采集通道设置有触发电平，当任意通道接收的电压信号、特高频信号或脉冲电流的幅值大于触发电平的触发幅值后，采集卡导通采集通道进行多通道同步采集电压信号、特高频信号和脉冲电流；以及

处理设备，用于通过比较采集通道是否采集到电压信号、特高频信号或脉冲电流来确定GIS内部是否放电，当确定GIS内部放电时根据采集通道所采集的电压信号、特高频信号或脉冲电流检测GIS内部放电信息。

2.根据权利要求1所述的系统，所述的放电信息包括：放电类型、放电量和电晕面积。

3.根据权利要求1所述的系统，所述的采集卡可以设置为特定通道触发后进行多采集通道同步采集。

4.根据权利要求1所述的系统，所述的特定通道包括：电压信号触发通道、特高频信号触发通道和脉冲电流信号触发通道。

5.根据权利要求1所述的系统，所述的处理设备通过绘制采集通道采集的电压信号、特高频信号或脉冲电流的时域脉冲序列图谱、相位图谱，与标准放电图谱进行比对，识别GIS放电类型。

6.根据权利要求1所述的系统，所述的处理设备通过统计放电期间内光子数计算放电电晕面积，结合电流脉冲信号计算放电量。

7.一种用于检测GIS内部放电信息的方法，所述方法包括：

日盲单光子探测器检测GIS放电是否产生紫外光信号，当GIS放电产生紫外光信号时，日盲单光子探测器接收GIS放电产生的日盲波段为260nm～280nm的紫外光信号，所述日盲波段为260nm～280nm的紫外光信号经由日盲单光子探测器转化为电压信号并传输至采集卡；

特高频传感器检测GIS放电是否产生特高频信号，当GIS放电产生特高频信号时，特高频传感器接收特高频信号并传输至采集卡；

高频电流传感器检测GIS放电是否产生脉冲电流，当GIS放电产生脉冲电流时，高频电流传感器接收GIS放电产生的脉冲电流并传输至采集卡；

采集卡的任意通道接收的电压信号、特高频信号或脉冲电流的幅值大于触发电平的触发幅值后，采集卡导通采集通道进行多通道同步采集电压信号、特高频信号和脉冲电流；

处理设备通过比较采集通道是否采集到电压信号、特高频信号或脉冲电流来确定GIS是否放电，当确定GIS放电时根据采集通道所采集的电压信号、特高频信号或脉冲电流检测GIS放电信息。

8.根据权利要求7所述的方法，所述的放电信息包括：放电类型、放电量和电晕面积。

9.根据权利要求7所述的方法，所述的根据采集结果确定GIS是否放电，具体为：日盲单光子探测器、特高频传感器和高频电流传感器传均有信号，一定存在放电；日盲单光子探测器和特高频传感器有信号，高频电流传感器无信号，存在放电，放电较微弱且光路未被遮挡；日盲单光子探测器和高频电流传感器无信号，特高频传感器有信号，存在放电，放电较微弱且光路被遮挡；日盲单光子探测器、高频电流传感器和特高频传感器均无信号不存在放电。

10.根据权利要求7所述的方法，所述的放电类型的识别包括：根据放电识别依据，进行电压信号、特高频信号和脉冲电流的PRPD图谱分析后确定放电类型，放电识别依据由预先通过标准电极进行放电和系统标定得到。

11.根据权利要求7所述的方法，所述的检测放电量和电晕面积包括：

紫外光信号光子先透过入射窗进入日盲单光子探测器的光电倍增管，被光阴极接收转化为电子，形成并输出光电流I_c，处理设备根据如下公式计算光电流I_c，光电流I_c即为放电量：

I_c＝n·QE·q

其中，n为单位时间内阴极接收的光子数量，QE为光电倍增管的量子效率，q为电子电荷；

单光子检测紫外光信号光脉冲，光脉冲数为光子数，光子数N与相对电晕面积S的关系为：

N＝k∫∫η(λ)ds+n+M

其中，k为电晕面积相对系数，η(λ)为光子辐射效率，当电晕中臭氧较少时，η(λ)＝1，并随着臭氧浓度的增加而减小，n为试验中暗电流脉冲总数，M为电晕外层产生的紫外光信号光子量。