第3章特高頻局部放電檢測(cè)技術(shù)

1、第三章 特高頻局部放電檢測(cè)技術(shù)目 錄第1節(jié) 特高頻局放檢測(cè)技術(shù)概述21.1 發(fā)展歷程21.2 技術(shù)特點(diǎn)41.2.1 技術(shù)優(yōu)勢(shì)41.2.2 局限性51.2.3 適用范圍61.2.4 技術(shù)難點(diǎn)61.3 應(yīng)用情況81.3.1 國外應(yīng)用情況81.3.2 國內(nèi)應(yīng)用情況8第2節(jié) 特高頻局放檢測(cè)技術(shù)基本原理102.1 特高頻局放電磁波信號(hào)基本知識(shí)102.1 GIS內(nèi)部電磁波的傳播特性102.3 特高頻局放檢測(cè)技術(shù)基本原理122.3 特高頻局放檢測(cè)裝置組成及原理13第3節(jié) 特高頻局放檢測(cè)及診斷方法163.1 檢測(cè)方法163.1.1 操作流程163.1.2 注意事項(xiàng)183.2 診斷方法193.2.1 診斷流程1

2、93.2.2 現(xiàn)場(chǎng)常見干擾及排除方法203.2.3 放電缺陷類型識(shí)別與診斷223.2.4 放電源定位253.2.5 局部放電嚴(yán)重程度判定26第4節(jié) 典型案例分析274.1 220kV GIS盆式絕緣子內(nèi)部氣隙缺陷檢測(cè)274.2 110kV電纜-GIS終端絕緣內(nèi)部氣隙缺陷檢測(cè)294.3 220kV GIS內(nèi)部刀閘放電缺陷檢測(cè)34參考文獻(xiàn)39第1節(jié) 特高頻局放檢測(cè)技術(shù)概述1.1 發(fā)展歷程電力設(shè)備內(nèi)發(fā)生局部放電時(shí)的電流脈沖（上升沿為ns級(jí)）能在內(nèi)部激勵(lì)頻率高達(dá)數(shù)GHz的電磁波，特高頻（Ultra High Frequency，UHF）局部放電檢測(cè)技術(shù)就是通過檢測(cè)這種電磁波信號(hào)實(shí)現(xiàn)局部放電檢測(cè)的目的。

3、特高頻法檢測(cè)頻段高（通常為300M3000MHz），具有抗干擾能力強(qiáng)、檢測(cè)靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，可用于電力設(shè)備局部放電類缺陷的檢測(cè)、定位和故障類型識(shí)別覃劍. 特高頻在電力設(shè)備局部放電在線監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用J. 電網(wǎng)技術(shù). 1997, 21(6): 33-36.。特高頻法過去曾被稱為“超高頻法”。但是按照中華人民共和國無線電頻率劃分規(guī)定，300MHz3000MHz頻帶劃分為特高頻，因此該檢測(cè)方法的正式名稱為特高頻法。特高頻局部放電檢測(cè)技術(shù)是20世紀(jì)80年代初期由英國中央電力局（Central Electricity Generating Board，CEGB）首先提出來的，該方法由Scottish Powe

4、r于1986年最先引進(jìn)并應(yīng)用于英國的Torness 420kV的GIS設(shè)備上B.M. Pryor. A review of partial discharge monitoring in gas insulated substationsC. IEE Colloquium on Partial Discharges in Gas Insulated Substations: 1994.。Torness電站的多年運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的可行性，并得到了人們的認(rèn)可。隨后UHF法也被用于變壓器等其他電力設(shè)備的局部放電檢測(cè)中。經(jīng)過三十余年的發(fā)展，該方法逐漸成熟，相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)也相繼形成。期間英國Stra

5、thclyde大學(xué)、德國Stuttgart大學(xué)、荷蘭Delft大學(xué)和日本Nagoya大學(xué)的研究工作最為突出錢勇，黃成軍，江秀臣，等. 基于特高頻法的GIS局部放電在線監(jiān)測(cè)研究現(xiàn)狀及展望J. 電網(wǎng)技術(shù). 2005(1): 40-43.。此外，英國的Rolls Royce工業(yè)電力集團(tuán)、QualitrolDMS，德國的Siemens AG、Doble-Lemke，瑞士的ABB，荷蘭的KEMA，法國的ALSTOM T&D，日本的Kyushu Institute of Technology、東京電力、三菱、東芝、日立、AEPower Systems，韓國的Power System Diagnos

6、is Tech、HYOSUNGCorporation，澳大利亞的New South Wales大學(xué)、Powerlink Queensland Ltd作了大量的基礎(chǔ)理論研究與技術(shù)開發(fā)工作。自20世紀(jì)90年代末以來，國內(nèi)的西安交通大學(xué)、清華大學(xué)、重慶大學(xué)、華北電力大學(xué)、上海交通大學(xué)等高校和公司也開展了大量的研究和推廣工作，取得了一定的研究成果。基本從2006年以來，UHF局放檢測(cè)技術(shù)在國家電網(wǎng)公司、南方電網(wǎng)公司等國內(nèi)電力企業(yè)得到了廣泛應(yīng)用，特別是在氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備（Gas Insulation Switchgear, GIS）的絕緣缺陷檢測(cè)中發(fā)揮了重要作用。20世紀(jì)90年代，由Judd和H

7、ampton等人對(duì)局放電磁波的激勵(lì)特性及其傳播特性做了研究，對(duì)電磁波的表達(dá)式進(jìn)行了推導(dǎo)分析。此外，還提出采用分析電磁場(chǎng)的有限時(shí)域差分(FDTD)方法對(duì)GIS 局放的激勵(lì)特性進(jìn)行仿真分析。德國Stuttgart大學(xué)的Kurrer和Feser等研究人員采用脈沖電流法、超聲波法和UHF法對(duì)GIS中局放進(jìn)行檢測(cè)研究，對(duì)電磁波在GIS腔體內(nèi)傳播衰減情況進(jìn)行了研究。日本大阪大學(xué)的Kawada和東京電力公司的Okabe等人對(duì)GIS內(nèi)電磁波的激勵(lì)和傳播特性以及采用UHF方法對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)做了很多細(xì)致的仿真和研究工作。荷蘭Delft理工大學(xué)的Gulski和Meijer等學(xué)者采用并對(duì)比了脈沖電流法、UHF窄帶以及寬

8、帶法檢測(cè)局放的結(jié)果，指出可以通過分析檢測(cè)到的局放信號(hào)，對(duì)GIS設(shè)備進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。上世紀(jì)90年代以來，以英國DMS公司為代表的特高頻局放檢測(cè)儀器制造企業(yè)成功研制了便攜式檢測(cè)裝置，并得到了廣泛應(yīng)用。國內(nèi)的一些儀器制造企業(yè)于2007年以來將該技術(shù)引入國內(nèi)，開始研制、開發(fā)特高頻局放檢測(cè)裝置，并投入商業(yè)運(yùn)行，但整體性能尚不及國外水平。上海交通大學(xué)智能輸配電研究所的江秀臣、錢勇等學(xué)者系統(tǒng)深入地研究了GIS設(shè)備局放的基本特征，并結(jié)合新型傳感器技術(shù)和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，開發(fā)出基于UHF和超聲傳感器的局放在線檢測(cè)、定位和故障診斷設(shè)備。經(jīng)過大量的模擬試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，收集了大量的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，積累了豐富的局部放電檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)

9、，在局部放電定位、局放脈沖提取、放電類型識(shí)別以及放電量估計(jì)方面逐步形成了自己獨(dú)特的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)，并取得了良好的使用效果黃成軍, 郁惟鏞. 基于小波分解的自適應(yīng)濾波算法在抑制局部放電窄帶周期干擾中的應(yīng)用 J. 中國電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2003, 23(1): 107-111.-肖燕, 黃成軍, 江秀臣等. 波形匹配追蹤算法在多局放脈沖提取中的應(yīng)用J. 中國電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2005, 25(11): 157-162.錢勇, 黃成軍, 江秀臣等. 多小波消噪算法在局部放電檢測(cè)中的應(yīng)用J. 中國電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2007, 27(6): 89-95.HuijuanHou, Gehao Sheng, Xiuch

10、en Jiang, et al. Robust Time Delay Estimation Method for Locating UHF Signals of Partial Discharge in Substation J. IEEE Trans. on Power Delivery, 2013, 28(3): 1960-1968.。西安交通大學(xué)電力設(shè)備電氣絕緣國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的邱毓昌和王建生等人對(duì)特高頻傳感器進(jìn)行了研究，并采用網(wǎng)絡(luò)分析儀對(duì)其頻率響應(yīng)特性進(jìn)行測(cè)量，具有良好的頻率響應(yīng)特性，實(shí)測(cè)帶寬可達(dá)3GHz。研制了GIS局放特高頻檢測(cè)系統(tǒng)裝置，并在實(shí)驗(yàn)室GIS內(nèi)模擬故障缺陷，通過對(duì)特高頻局

11、放測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)，表明檢測(cè)效果良好王建生, 邱毓昌. 氣體絕緣開關(guān)設(shè)備中局部放電的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)J. 電工電能新技術(shù), 2000, 19(4): 44-48.。清華大學(xué)電機(jī)系劉衛(wèi)東、錢家驪等學(xué)者從1986年獲得機(jī)械工業(yè)部七五公關(guān)項(xiàng)目GIS內(nèi)部故障檢測(cè)開始，進(jìn)行了GIS局放監(jiān)測(cè)和診斷的技術(shù)研究。1994年，最早提出了基于體外特高頻傳感的GIS局放在線監(jiān)測(cè)方法，并于1995年開發(fā)出應(yīng)用裝置，至今已在國內(nèi)外數(shù)十家電力企業(yè)和電力設(shè)備制造企業(yè)得到應(yīng)用，多次發(fā)現(xiàn)了放電并進(jìn)行了定位劉衛(wèi)東, 錢家驪, 黃瑜瓏. GIS局部放電特高頻(UHF)在線檢測(cè)定位裝置J. 華通技術(shù), 2001, (2): 18-21.

12、,錢家驪, 劉衛(wèi)東, 金立軍. GIS局部放電監(jiān)測(cè)診斷技術(shù)的研究J. 華通技術(shù), 2002, (1): 19-22.。但該裝置對(duì)采集的放電信號(hào)如何進(jìn)行分析處理，進(jìn)而進(jìn)行模式分類判斷問題，尚無法給出定論。華北電力大學(xué)高電壓與電磁兼容實(shí)驗(yàn)室李成榕等學(xué)者對(duì)UHF傳感器進(jìn)行了研究，在實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)了用于模擬GIS內(nèi)部局放的各種絕緣缺陷模型并進(jìn)行局放檢測(cè)試驗(yàn)。采用FDTD法對(duì)GIS 局放傳播特性進(jìn)行了分析，開發(fā)出一系列在線監(jiān)測(cè)裝置，既能夠?qū)IS進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，也能固定安裝進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，并可實(shí)現(xiàn)對(duì)局部放電源的定位李信, 李成榕, 李亞莎,等. 有限時(shí)域差分法對(duì)GIS局部放電傳播的分析J. 中國電機(jī)工程學(xué)報(bào),

13、2005, 25(17): 150-155.。重慶大學(xué)高電壓與電工新技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室孫才新、唐炬等學(xué)者對(duì)UHF傳感器模型和性能做了大量研究，研制了圓板和圓環(huán)兩種內(nèi)置傳感器以及用于局放在線監(jiān)測(cè)的高頻微電流傳感器，分析了它們的頻率響應(yīng)特性以及輸入輸出特性。研制出一套GIS 局放在線監(jiān)測(cè)裝置，已成功運(yùn)行于某220kV的GIS變電站唐炬, 許高峰, 孫才新,等 GIS局部放電兩種內(nèi)置傳感器響應(yīng)特性分析J. 高電壓技術(shù), 2003, 29(2): 29-31.。UHF局放檢測(cè)技術(shù)下一步的研究與應(yīng)用工作主要圍繞以下幾個(gè)方面展開：（1）對(duì)新型UHF傳感器的研究。鑒于國內(nèi)大量早期設(shè)計(jì)制造的GIS無法安裝內(nèi)

14、置傳感器，靈敏度高、抗干擾性能好的外置傳感器還有待深入研究。（2）對(duì)UHF信號(hào)在GIS內(nèi)外傳播特性的研究。鑒于GIS結(jié)構(gòu)及UHF信號(hào)傳播模式的復(fù)雜性，研究GIS內(nèi)部和外部UHF信號(hào)的傳播特性對(duì)于完善UHF監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有重要意義。（3）對(duì)局放源的識(shí)別和定位新方法的研究。應(yīng)注意選擇最優(yōu)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由于局放信號(hào)的分散性，分形分析等新技術(shù)可用于識(shí)別局放源；鑒于常規(guī)時(shí)間差定位法對(duì)傳感器及分析儀器的高要求，研究簡(jiǎn)捷的定位技術(shù)也是當(dāng)務(wù)之急。（4）對(duì)UHF檢測(cè)裝置的的研究與開發(fā)。目前國內(nèi)UHF檢測(cè)方法的核心關(guān)鍵技術(shù)仍然整體落后于國外，特別是落后于以英國、韓國等為代表的檢測(cè)儀器制造水平。這就需要盡快集中國內(nèi)技

15、術(shù)優(yōu)勢(shì)，研究和開發(fā)具有國際領(lǐng)先水平的UHF檢測(cè)裝置。1.2 技術(shù)特點(diǎn)1.2.1 技術(shù)優(yōu)勢(shì)目前局部放電檢測(cè)手段主要有脈沖電流法、特高頻法、超聲波法、化學(xué)法以及光學(xué)法。脈沖電流法是局部放電最成熟可靠的檢測(cè)方法，靈敏度高，可定量分析，但是其缺點(diǎn)是不能定位，且不能用于運(yùn)行中的設(shè)備；化學(xué)法是利用放電使絕緣介質(zhì)發(fā)生分解，通過檢測(cè)這些分解產(chǎn)物含量來判斷是否存在放電及放電量大小，包括充油設(shè)備中成熟應(yīng)用的氣相色譜法，以及SF6開關(guān)設(shè)備中的氣體分解產(chǎn)物法。但是SF6分解產(chǎn)物法由于SF6氣體自身復(fù)合力強(qiáng)，且氣室內(nèi)有吸附劑存在，以及GIS設(shè)備中往往多個(gè)氣室互通等因素存在，靈敏度較低。光學(xué)法需安裝多個(gè)傳感器，不能用于設(shè)

16、備內(nèi)部放電檢測(cè)。特高頻法具有以下技術(shù)特點(diǎn)：（1）檢測(cè)靈敏度高。局部放電產(chǎn)生的特高頻電磁波信號(hào)在GIS中傳播時(shí)衰減較小，如果不計(jì)絕緣子等處的影響，1GHz的特高頻電磁波信號(hào)在GIS直線筒中衰減僅為35dB/km。而且由于電磁波在GIS中絕緣子等不連續(xù)處反射，還會(huì)在GIS腔體中引起諧振，使局部放電信號(hào)振蕩時(shí)間加長(zhǎng)，便于檢測(cè)。因此，特高頻法能具有很高的靈敏度。另外，與超聲波檢測(cè)法相比，其檢測(cè)有效范圍要大得多，實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)需要的傳感器數(shù)目較少。（2）現(xiàn)場(chǎng)抗低頻電暈干擾能力較強(qiáng)。由于電力設(shè)備運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)存在著大量的電磁干擾，給局部放電檢測(cè)帶來了一定的難度。高壓線路與設(shè)備在空氣中的電暈放電干擾是現(xiàn)場(chǎng)最為常見的

17、干擾，其放電產(chǎn)生的電磁波頻率主要在200MHz以下。特高頻法的檢測(cè)頻段通常為300M3000MHz，有效的避開了現(xiàn)場(chǎng)電暈等干擾，因此具有較強(qiáng)的抗干擾能力。（3）可實(shí)現(xiàn)局部放電源定位。局部放電產(chǎn)生的電磁波信號(hào)在氣體中傳播近似為光速，其到達(dá)各特高頻傳感器的時(shí)間與其傳播距離直接相關(guān)，因此，可根據(jù)特高頻電磁波信號(hào)到達(dá)不同傳感器時(shí)間的先后，判斷信號(hào)源的方向，或利用電磁波到達(dá)氣室兩側(cè)兩個(gè)傳感器的時(shí)間差以及兩個(gè)傳感器之間的距離，計(jì)算出局部放電源的具體位置，實(shí)現(xiàn)絕緣缺陷定位。為GIS等設(shè)備的維修計(jì)劃制訂、提高檢修工作效率提供了有力的支持。（4）利于絕緣缺陷類型識(shí)別。不同類型絕緣缺陷的局部放電所產(chǎn)生的特高頻信號(hào)

18、的脈沖幅值、數(shù)量、相位分布、頻譜不同，具有不同的譜圖特征，可根據(jù)這些特點(diǎn)判斷絕緣缺陷類型，實(shí)現(xiàn)絕緣缺陷類型診斷。1.2.2 局限性同時(shí)，UHF局放檢測(cè)技術(shù)也具有一定的局限性，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）容易受到環(huán)境中特高頻電磁干擾的影響。由于UHF局放檢測(cè)技術(shù)的檢測(cè)頻率范圍為300M3000MHz，在如此寬的頻帶范圍內(nèi)可能存在手機(jī)信號(hào)、雷達(dá)信號(hào)、電機(jī)碳刷火花干擾等環(huán)境電磁干擾信號(hào)，在超高壓敞開式變電站內(nèi)也存在著較強(qiáng)的電磁干擾信號(hào)。這些干擾信號(hào)可能會(huì)造成對(duì)UHF檢測(cè)的干擾，從而影響到檢測(cè)的準(zhǔn)確性。（2）外置式傳感器對(duì)全金屬封閉的電力設(shè)備無法實(shí)施檢測(cè)。對(duì)帶金屬法蘭屏蔽環(huán)的GIS、全金屬封閉的變壓

19、器等電力設(shè)備，內(nèi)部局部放電激發(fā)的電磁波無法傳播出來，也就無法應(yīng)用外置式UHF檢測(cè)技術(shù)實(shí)施檢測(cè)，特別是對(duì)已經(jīng)運(yùn)行的該存量設(shè)備尤其如此。（3）尚未實(shí)現(xiàn)缺陷劣化程度的量化描述。目前國內(nèi)外尚沒有該檢測(cè)技術(shù)、檢測(cè)裝置的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)受到電磁波信號(hào)傳播路徑、缺陷放電類型差異等因素的影響，雖然其檢測(cè)信號(hào)幅值與缺陷劣化程度在趨勢(shì)上基本具有一致性，但尚不能實(shí)現(xiàn)與脈沖電流法類似的缺陷劣化程度的準(zhǔn)確量化描述。1.2.3 適用范圍UHF法的適用范圍主要取決于該技術(shù)方法的檢測(cè)原理，即只有電力設(shè)備內(nèi)部局放激發(fā)的電磁波能夠傳播出來并被檢測(cè)到，該方法即可用。UHF法在各種電力設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中，以GIS中的局部放電檢測(cè)效果最好

20、，目前已是國際上對(duì)GIS設(shè)備普遍采用的狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)，可以達(dá)到相當(dāng)于幾個(gè)pC的檢測(cè)靈敏度。當(dāng)前特高頻法現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用較多的有在線監(jiān)測(cè)，也有帶電檢測(cè)，檢測(cè)設(shè)備對(duì)象包括GIS、變壓器、電纜附件、開關(guān)柜等，多數(shù)采用外置式傳感器檢測(cè)。而內(nèi)置式傳感器檢測(cè)主要用于GIS、電力變壓器等關(guān)鍵設(shè)備。采用預(yù)先設(shè)置的內(nèi)置式傳感器實(shí)現(xiàn)電力設(shè)備的狀態(tài)檢測(cè)，可靈活進(jìn)行帶電檢測(cè)，也可組成在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，必將成為一個(gè)趨勢(shì)。在國家電網(wǎng)公司2012年修訂的十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施中，明確規(guī)定了新建的220kV以上GIS設(shè)備應(yīng)內(nèi)置特高頻傳感器。1.2.4 技術(shù)難點(diǎn)UHF法本身具有檢測(cè)靈敏度高、現(xiàn)場(chǎng)抗干擾能力強(qiáng)、可實(shí)現(xiàn)局部放電在線定位和利于絕

21、緣缺陷類型識(shí)別等優(yōu)點(diǎn)。與此同時(shí)，UHF法在實(shí)際應(yīng)用過程中仍然有一些問題未得到解決，技術(shù)難點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。（1）UHF傳感器技術(shù)。這是UHF局部放電檢測(cè)技術(shù)的關(guān)鍵，按其安裝位置可分為內(nèi)置傳感器和外置傳感器。外置式傳感器使用和維護(hù)方便，尺寸和機(jī)械性能要求較低，成本低，能用于無法或難以安裝內(nèi)置傳感器的老式電力設(shè)備。但由于電磁信號(hào)的衰減，以及傳感器直接暴露在外界空間中受到的電磁干擾，外置式傳感器的靈敏度相對(duì)較低、抗干擾能力相對(duì)較弱。相比較下，內(nèi)置式傳感器靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)，但是制作和安裝的成本也更高，一般在設(shè)備生產(chǎn)時(shí)直接安裝在內(nèi)部。內(nèi)置式傳感器的結(jié)構(gòu)不僅和靈敏度有關(guān)，還受到工作環(huán)境和安裝

22、方式的影響。合適的內(nèi)置式傳感器應(yīng)該在不影響電力設(shè)備結(jié)構(gòu)和內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)分布的前提下，實(shí)現(xiàn)帶寬為300M3000MHz的局部放電信號(hào)檢測(cè)，并具有足夠的靈敏度和抗干擾能力 M.D. Judd, L. Yang, I. Hunter. Partial discharge monitoring for power transformers using UHF sensors Part 1: Sensors and signal interpretationJ. IEEE Electrical Insulation Magazine. 2005, 21(2): 5-14.。（2） 抗干擾和放電源定位問題。干擾

23、信號(hào)的排除和放電源的定位往往是同時(shí)進(jìn)行的。實(shí)際檢測(cè)中需要綜合應(yīng)用時(shí)差法、幅值比較法、方向性、三維定位法、特征譜圖識(shí)別等方法進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)抗干擾和放電源定位的目的。由于干擾的種類是多樣的，表現(xiàn)出的特性也不同，找出一種有效的方法來抑制所有的干擾是很難的，因此需要針對(duì)不同的干擾源，采取不同的措施，綜合運(yùn)用，達(dá)到抗干擾的目的?，F(xiàn)場(chǎng)的干擾根據(jù)其時(shí)域特征的不同，可分為白噪聲干擾、窄帶周期性干擾和脈沖型干擾三類，而脈沖型干擾又可進(jìn)一步分為周期型脈沖干擾和隨機(jī)脈沖干擾。應(yīng)用UHF方法來采集局部放電信號(hào)對(duì)一些頻率較低的干擾信號(hào)可以直接避免，有可能采集到的干擾信號(hào)源及其頻率主要有以下幾種 胡明友，謝恒堃，蔣雄偉，

24、等. 基于小波變換抑制局部放電監(jiān)測(cè)中平穩(wěn)性干擾的濾波器的研究J. 中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2000，20(1): 37-40.- X. Ma, C. Zhou, I. J. Kemp. Interpretaion of Wavelet Analysis and Its Application in Partial Discharge Detection J. IEEE Trans. on Dielectrics and Electrical Insulation, 2002, 9(3): 446-457. 黃成軍, 郁惟鏞. 基于小波分解的自適應(yīng)濾波算法在抑制局部放電窄帶周期干擾中的應(yīng)用 J. 中國

25、電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2003, 23(1): 107-111.：手機(jī)干擾：窄帶周期性干擾，頻率為900MHz或1.8GHz等；白噪聲：包括各種隨機(jī)噪聲，如熱噪聲、地網(wǎng)噪聲、配電線路以及繼電保護(hù)信號(hào)線路中由于耦合而進(jìn)入的各種噪聲等。干擾的抑制通常從干擾源、干擾途徑、信號(hào)后處理三方面來考慮。直接消除干擾源或切斷相應(yīng)的干擾路徑是解決干擾問題最有效、最根本的方法。例如對(duì)于因系統(tǒng)設(shè)計(jì)不當(dāng)引起的各種噪音，可以通過改進(jìn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、合理設(shè)計(jì)電路、增強(qiáng)屏蔽等加以消除；提供一點(diǎn)接地，保證測(cè)試回路各部分良好連接，可以消除接觸不良帶來的干擾；清除現(xiàn)場(chǎng)的孤立導(dǎo)體，可以消除浮動(dòng)電位物體帶來的干擾；通過電源濾波可以抑制電源帶來的

26、干擾；屏蔽測(cè)試儀器，可以抑制因空間耦合造成干擾。但這些要求詳細(xì)分析干擾源和干擾途徑，而現(xiàn)場(chǎng)一般不允許改變?cè)性O(shè)備的運(yùn)行方式，因此在這兩方面所能采取的措施總是很有限。而對(duì)于經(jīng)電流傳感器耦合進(jìn)入監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的各種干擾，則需要通過各種信號(hào)處理技術(shù)加以抑制。（3） 缺陷類型診斷和劣化程度評(píng)估問題。不同絕緣缺陷所表現(xiàn)出來的局放特征并不相同，對(duì)GIS的損害程度也不同，要準(zhǔn)確了解和掌握缺陷類型性質(zhì)和特征，最有效的方法是對(duì)獲得的局放信號(hào)進(jìn)行模式識(shí)別研究周倩, 唐炬, 唐銘, et al. GIS內(nèi)4種典型缺陷的局部放電特高頻數(shù)學(xué)模型構(gòu)建J. 中國電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2006, 26(8): 99-105.-成永紅,

27、謝小軍, 陳玉, et al. 氣體絕緣系統(tǒng)中典型缺陷的超寬頻帶放電信號(hào)的分形分析J. 中國電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2004, 24(8): 99-102.段大鵬. 基于UHF方法的GIS局部放電檢測(cè)與仿生模式識(shí)別D. 博士學(xué)位論文, 上海交通大學(xué) 2009.。然而，由于現(xiàn)場(chǎng)存在各種各樣的干擾，對(duì)采集的局放信號(hào)一方面要進(jìn)行降噪工作，另一方面局放信號(hào)自身所包含的信息與缺陷類型之間的關(guān)系尚未完全清楚。如何從檢測(cè)到的局部放電信號(hào)中判斷局部放電類型以及GIS的絕緣狀況是該技術(shù)的難點(diǎn)之一。1.3 應(yīng)用情況1.3.1 國外應(yīng)用情況UHF檢測(cè)技術(shù)于20世紀(jì)80年代由英國提出，由于其檢測(cè)靈敏度高、抗干擾能力較強(qiáng)的特點(diǎn)

28、，逐步被各國電網(wǎng)公司認(rèn)可。目前已在英國、韓國、新加坡、香港等30多個(gè)國家和地區(qū)廣泛應(yīng)用，積累了30多年的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。在對(duì)UHF檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行大量研究工作基礎(chǔ)之上，國外一些研究機(jī)構(gòu)和設(shè)備廠商陸續(xù)開展了基于UHF技術(shù)的局放檢測(cè)設(shè)備的研制，應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)并取得了一些現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。如：英國DMS公司于1993年開發(fā)出世界上第一套基于UHF檢測(cè)技術(shù)的局放在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過計(jì)算不同檢測(cè)點(diǎn)收到的局放信號(hào)時(shí)間差，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)局放源的定位B.F. Hampton, J.S. Pearson. UHF diagnostics for gas insulated substationsJ. Monitoring

29、 Technologies for Plant Insulation, IEE Colloquium on, 1994, 3/1-3/3.；荷蘭Delft理工大學(xué)的Meijer和Smit等學(xué)者開發(fā)了一套基于UHF技術(shù)的便攜式多目標(biāo)GIS局放在線檢測(cè)系統(tǒng)并投入運(yùn)行；瑞士Zurich大學(xué)的Neuhold開發(fā)出一套結(jié)合寬帶和窄帶的多通道、實(shí)時(shí)響應(yīng)的GIS 局放測(cè)量系統(tǒng)，每個(gè)測(cè)量通道包括一個(gè)低噪聲寬帶傳感器，帶有自動(dòng)高壓暫態(tài)保護(hù)，可以用于實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)GIS的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，裝置能初步實(shí)現(xiàn)對(duì)故障源的監(jiān)測(cè)、定位和識(shí)別；韓國HYOSUNG Corporation公司開發(fā)了一套基于UHF的智能局部放電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(

30、Intelligent Partial Discharge Monitoring, iPDM)，用于監(jiān)測(cè)25.8kV GIS。該系統(tǒng)運(yùn)用時(shí)頻變換進(jìn)行信號(hào)降噪，利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的診斷系統(tǒng)可以正確診斷局放原因，給出pC-dBm標(biāo)定關(guān)系以及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果；日本的AE Power System Corporation公司開發(fā)了基于UHF技術(shù)的GIS局放檢測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)對(duì)比不同類型內(nèi)置傳感器的檢測(cè)效果，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)故障缺陷進(jìn)行模式識(shí)別，并給出了系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)；日本的Hitachi Engineering & Services公司開發(fā)出一套便攜式GIS局放檢測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有較高的檢測(cè)靈敏度，采

31、用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論用于缺陷類型識(shí)別以及可以對(duì)放電源進(jìn)行定位；德國Siemens AG公司的Huecker等人開發(fā)了一套基于UHF技術(shù)的GIS局放檢測(cè)系統(tǒng)。每套系統(tǒng)帶有3個(gè)檢測(cè)單元，每個(gè)單元可接9路UHF傳感器，單元之間采用以太網(wǎng)通信，后臺(tái)專家系統(tǒng)帶有診斷功能，可以給出缺陷類型。1.3.2 國內(nèi)應(yīng)用情況特高頻法在各種電力設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中，以GIS中的局部放電檢測(cè)效果最好，目前已是國際上對(duì)GIS設(shè)備普遍采用的狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)，可以達(dá)到相當(dāng)于幾個(gè)pC的檢測(cè)靈敏度。2000年初，UHF局放檢測(cè)技術(shù)開始引入國內(nèi)。2006年起，通過與新加坡新能源電網(wǎng)公司進(jìn)行同業(yè)對(duì)標(biāo)，以北京、上海、天津?yàn)榇淼囊慌鷩鴥?nèi)電網(wǎng)公司率先

32、引進(jìn)UHF局放檢測(cè)技術(shù)，開展現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)應(yīng)用，并成功發(fā)現(xiàn)了多起GIS內(nèi)部局部放電案例，為該技術(shù)的推廣應(yīng)用積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。UHF局放檢測(cè)技術(shù)在2008年北京奧運(yùn)會(huì)、2010年上海世博會(huì)、2010年廣州亞運(yùn)會(huì)等大型活動(dòng)的保電工作中發(fā)揮了重要作用。國際電工委員會(huì)（IEC）TC42下屬工作組正在致力于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)IEC 62478的制訂工作，國內(nèi)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)制訂也正在進(jìn)行中。在國家電網(wǎng)公司2012年修訂的十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施中，明確規(guī)定了新建的220kV以上GIS設(shè)備應(yīng)內(nèi)置特高頻傳感器。國家電網(wǎng)公司在引入、推廣UHF局放檢測(cè)技術(shù)方面做了大量卓有成效的工作。2010年，在充分總結(jié)部分省市電力公司試點(diǎn)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的

33、基礎(chǔ)上，結(jié)合狀態(tài)檢修工作的深入開展，國網(wǎng)電網(wǎng)公司頒布了電力設(shè)備帶電檢測(cè)技術(shù)規(guī)范（試行）和電力設(shè)備帶電檢測(cè)儀器配置原則（試行），首次在國網(wǎng)電網(wǎng)公司范圍內(nèi)統(tǒng)一了UHF局放檢測(cè)的判據(jù)、周期和儀器配置標(biāo)準(zhǔn)，UHF局放檢測(cè)技術(shù)在國網(wǎng)電網(wǎng)公司范圍全面推廣。2013年8月至2014年2月國家電網(wǎng)公司組織開展了特高頻局放檢測(cè)裝置等帶電檢測(cè)儀器的性能檢測(cè)工作，首次對(duì)國內(nèi)市場(chǎng)上25款特高頻帶電檢測(cè)儀器進(jìn)行了綜合性能的檢測(cè)工作，對(duì)規(guī)范和引導(dǎo)國內(nèi)儀器開發(fā)和制造技術(shù)領(lǐng)域起到了積極推動(dòng)作用。2014年，國網(wǎng)電網(wǎng)公司修訂了輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程，正式將UHF局放檢測(cè)技術(shù)列為開關(guān)柜設(shè)備的常規(guī)帶電檢測(cè)試驗(yàn)項(xiàng)目之一；同年年底

34、，為進(jìn)一步規(guī)范儀器選型，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)應(yīng)用，國網(wǎng)電網(wǎng)公司頒布了特高頻局部放電檢測(cè)儀技術(shù)規(guī)范和GIS特高頻局部放電帶電測(cè)試技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用導(dǎo)則，初步建立起完整的UHF局放檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系。自2010年以來，國家電網(wǎng)公司先后舉辦了20余期電力設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)及技能培訓(xùn)工作，共培訓(xùn)技術(shù)與技能人員3000余人，其中也包括特高頻局放檢測(cè)技術(shù)，為該技術(shù)的推廣應(yīng)用打下了廣泛的人員基礎(chǔ)。43第2節(jié) 特高頻局放檢測(cè)技術(shù)基本原理2.1 特高頻局放電磁波信號(hào)基本知識(shí)GIS中的局部放電流脈沖具有極陡的上升沿，其上升時(shí)間為ns級(jí)，激發(fā)起高達(dá)數(shù)GHz的電磁波，在GIS腔體構(gòu)成的同軸結(jié)構(gòu)中傳播。由于GIS 的同軸結(jié)構(gòu)，使得電磁波

35、不僅以橫向電磁波（即Transverse Electromagnetic-TEM 波）傳播，而且會(huì)建立高次模波，即橫向電波（Transverse Electric-TE）和橫向磁波（Transverse Magnetic-TM）。TEM波為非色散波，它可以任何頻率在GIS中傳播，但當(dāng)頻率>100MHz時(shí)，沿傳播方向衰減很快；TE和TM波則不同，它們具有各自的截止頻率。與GIS的尺寸有關(guān)，GIS截面積愈大，愈低。若信號(hào)頻率<時(shí)，信號(hào)迅速衰減，不能傳輸；當(dāng)>時(shí)，信號(hào)則基本上可無損耗地傳輸。同時(shí)GIS母線連接腔在UHF波段可視為同軸諧振腔，電磁波的諧振持續(xù)時(shí)間一般在數(shù)十us級(jí)，最長(zhǎng)

36、可在10ms以上。GIS內(nèi)部有高壓導(dǎo)體、接頭、屏蔽、盆式絕緣子等部件，其結(jié)構(gòu)有直筒、L型分支、T型分支，再加上PD發(fā)生的位置各不相同。因此，GIS中電磁波的傳播與諧振模式非常復(fù)雜。2.1 GIS內(nèi)部電磁波的傳播特性UHF法檢測(cè)的對(duì)象是局部放電產(chǎn)生的電磁波信號(hào)。但由于受GIS結(jié)構(gòu)的影響，局部放電激勵(lì)的電磁波信號(hào)在GIS中傳播到UHF傳感器時(shí)信號(hào)的波形與幅值等參數(shù)發(fā)生變化，從而增加了運(yùn)用檢測(cè)到的信號(hào)對(duì)局部放電源信號(hào)進(jìn)行評(píng)估的復(fù)雜性。因此，研究局部放電電磁波信號(hào)在GIS中的傳播特性對(duì)UHF法具有非常重要的意義。GIS是同軸傳輸線，信號(hào)傳輸特性取決于頻率。對(duì)工頻可用電氣集中參數(shù)來等值；瞬態(tài)信號(hào)時(shí)應(yīng)視為

37、分布參數(shù)的傳輸線；而對(duì)微波則應(yīng)看作同軸波導(dǎo)。根據(jù)分析，局部放電信號(hào)在GIS同軸結(jié)構(gòu)中不僅以橫向電磁波(TEM)方式傳播，而且會(huì)建立高次模波即橫向電波(TE)和橫向磁波(TM)。另外，由于GIS中存在支撐絕緣子，造成其特性阻抗及波阻抗不連續(xù)，使高頻波在其中多次折反射，每節(jié)GIS及每個(gè)連接腔可視為微波同軸諧振腔，使局部放電波形十分復(fù)雜。當(dāng)GIS內(nèi)部存在局放現(xiàn)象時(shí)，所產(chǎn)生的UHF電磁波能夠沿著GIS的管體向遠(yuǎn)處傳播。由于GIS的管體結(jié)構(gòu)類似于波導(dǎo)，UHF電磁波在傳播時(shí)的衰減比較小，因此能夠傳播到較遠(yuǎn)的距離，通過在GIS體外的盆式絕緣子處安放天線，則可以檢測(cè)到GIS設(shè)備內(nèi)部的UHF局部放電信號(hào)。但是G

38、IS波導(dǎo)壁為非理想導(dǎo)體，電磁波在GIS內(nèi)部傳播過程中會(huì)有功率損耗，因此電磁波的振幅將沿傳播方向逐漸衰減。并且GIS中SF6氣體將會(huì)引起波導(dǎo)體積中的介質(zhì)損耗，也會(huì)造成波的衰減，這種衰減比信號(hào)在絕緣子處由于反射造成的能量損耗低得多，一般在進(jìn)行測(cè)量時(shí)可不考慮這種衰減。GIS有許多法蘭連接的盆式絕緣子、拐彎結(jié)構(gòu)和T型接頭、隔離開關(guān)及斷路器等不連續(xù)點(diǎn)，特高頻信號(hào)在GIS內(nèi)傳播過程中經(jīng)過這些結(jié)構(gòu)時(shí)，必然造成衰減，研究表明，絕緣子和接頭處的反射是造成信號(hào)能量損失的主要原因，絕緣子處衰減23dB，T型接頭衰減約為810dB。（1）電磁波在同軸波導(dǎo)中傳播時(shí)，TEM波分量衰減很小，波形基本不變，傳播速度為0.3m

39、/ns。而高次模波的色散效應(yīng)使得局部放電電磁波信號(hào)幅值降低較大且波形發(fā)生變化，但對(duì)能量的傳播影響很小。（2）電磁波信號(hào)經(jīng)過單個(gè)絕緣子時(shí)，絕緣子對(duì)信號(hào)衰減較大，信號(hào)中700MHz以下的分量衰減較小，700MHz以上其衰減有隨頻率升高而增大的趨勢(shì)。而由絕緣子泄露的電磁波信號(hào)衰減更為嚴(yán)重，特別是1.1GHz以下的分量嚴(yán)重衰減，相當(dāng)于高通濾波器的作用。（3）電磁波信號(hào)經(jīng)過GIS各不連續(xù)部件時(shí)衰減特性的仿真分析結(jié)果如表3.1所示。表3-1 電磁波信號(hào)經(jīng)過GIS中各部件后的衰減特性部件參數(shù)電磁波經(jīng)過多個(gè)絕緣子的衰減電磁波經(jīng)過L分支后的衰減電磁波經(jīng)過T分支后的衰減第一個(gè)絕緣子第二個(gè)絕緣子第三個(gè)絕緣子直線部分

40、垂直部分信號(hào)幅值7.1dB3.2dB2.6dB8.0dB6.9dB10.5dB400MHz低通濾波信號(hào)幅值1.5dB1.4dB1.6dB0.9dB3.9dB4.9dB信號(hào)能量16.9dB6.6dB8.5dB25.1dB14.9dB19.1dB（4）多個(gè)絕緣子：局部放電激勵(lì)的電磁波信號(hào)經(jīng)過第一個(gè)絕緣子時(shí)由于色散效應(yīng)、反射及泄漏等影響，衰減較大，達(dá)7.9dB。而后電磁波信號(hào)經(jīng)過后面的絕緣子是衰減變得較小。經(jīng)過6個(gè)絕緣子后的信號(hào)與發(fā)生局部放電的氣室中的信號(hào)相比只有其10%，即衰減達(dá)20dB。2.3 特高頻局放檢測(cè)技術(shù)基本原理局部放電檢測(cè)特高頻法的基本原理是通過特高頻傳感器對(duì)電力設(shè)備中局部放電時(shí)產(chǎn)生的

41、特高頻電磁波（300M3000MHz）信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，從而獲得局部放電的相關(guān)信息，實(shí)現(xiàn)局部放電監(jiān)測(cè)。特高頻法正是基于電磁波在GIS中的傳播特點(diǎn)而發(fā)展起來的。它的最大優(yōu)點(diǎn)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(duì)其進(jìn)行有效抑制；而對(duì)特高頻通信、廣播電視信號(hào)，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(hào)加以區(qū)別。另外，如果GIS中的傳感器分布合理，那么還可通過不同位置測(cè)到的局部放電信號(hào)的時(shí)延差來對(duì)局部放電源進(jìn)行定位。圖3-1 SF6正極性放電脈沖電流波形圖3-2 特高頻檢測(cè)法基本原理GIS中局部放電產(chǎn)生持續(xù)時(shí)間僅為ns級(jí)的脈沖電流。比如當(dāng)高

42、壓導(dǎo)體上有針狀突出物時(shí)，因SF6氣體中負(fù)離子釋放電子而不需要依靠場(chǎng)致發(fā)射電子，通常會(huì)發(fā)生脈沖放電，典型波形如圖3-1所示，其等值頻率可1GHz，屬于特高頻微波波段。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備情況的不同，可以采用內(nèi)置式特高頻傳感器和外置式特高頻傳感器，如圖3-2所示為特高頻檢測(cè)法基本原理示意圖。當(dāng)電力設(shè)備內(nèi)部絕緣缺陷發(fā)生局部放電時(shí)，激發(fā)出的電磁波會(huì)透過環(huán)氧材料等非金屬部件傳播出來，便可通過外置式UHF傳感器進(jìn)行檢測(cè)。同理，若采用內(nèi)置式UHF傳感器則可直接從設(shè)備內(nèi)部檢測(cè)局放激發(fā)出來的電磁波信號(hào)。2.3 特高頻局放檢測(cè)裝置組成及原理特高頻局部放電檢測(cè)裝置一般由特高頻傳感器，信號(hào)放大器、檢測(cè)儀主機(jī)及分析診斷單元組成

43、，其組成框圖見圖3-3。特高頻傳感器負(fù)責(zé)接收電磁波信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)，再經(jīng)過信號(hào)調(diào)理與放大，由檢測(cè)儀主機(jī)完成信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換、采集及數(shù)據(jù)處理工作。然后將預(yù)處理過的數(shù)據(jù)經(jīng)過網(wǎng)線或USB數(shù)據(jù)線傳送至分析診斷單元，一般為筆記本電腦。電腦上的分析診斷軟件將數(shù)據(jù)進(jìn)行PRPS（Phase Resolved Pulse Sequence）、PRPD(Phase Resolved Partial Discharge）的譜圖實(shí)時(shí)顯示，并可根據(jù)設(shè)定條件進(jìn)行存儲(chǔ)，同時(shí)可利用譜圖庫對(duì)存儲(chǔ)的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行分析診斷，給出局部放電缺陷類型診斷結(jié)果。另外，應(yīng)用高速法波器還可以實(shí)現(xiàn)局部放電源定位的功能。圖3-3 特高頻局

44、放測(cè)試儀組成示意圖根據(jù)檢測(cè)頻帶的不同可分又為窄帶和寬帶監(jiān)測(cè)方式。UHF寬帶監(jiān)測(cè)系統(tǒng)利用前置的高通濾波器測(cè)取300M3000MHz頻率范圍內(nèi)的信號(hào)；UHF窄帶監(jiān)測(cè)系統(tǒng)則利用頻譜分析儀對(duì)特定頻段信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過選擇合適的中心頻率能夠有效提高系統(tǒng)抗干擾能力。特高頻局放檢測(cè)裝置一般由下列幾部分組成：（1）特高頻傳感器：也稱為耦合器，用于傳感300M3000MHz的特高頻無線電信號(hào)，其主要由天線、高通濾波器、放大器、耦合器和屏蔽外殼組成，天線所在面為環(huán)氧樹脂用于接收放電信號(hào)，其它部分采用金屬材料屏蔽，以防止外部信號(hào)干擾。特高頻傳感器的檢測(cè)靈敏度常用等效高度H來表征，單位為mm，其計(jì)算方法為H=U/E，

45、其中U為傳感器輸出電壓，單位為V；E為被測(cè)電場(chǎng)，單位為V/mm。（2）信號(hào)放大器（可選）：一般為寬帶帶通放大器，用于傳感器輸出電壓信號(hào)的處理和放大。通常信號(hào)放大器的性能用幅頻特性曲線表征，一般情況下在其通帶范圍內(nèi)放大倍數(shù)為17dB以上。（3）檢測(cè)儀器主機(jī)：接收、處理耦合器采集到的特高頻局部放電信號(hào)；對(duì)于電壓同步信號(hào)的獲取方式，通常采用主機(jī)電源同步、外電源同步以及儀器內(nèi)部自同步三種方式，獲得與被測(cè)設(shè)備所施電壓同步的正弦電壓信號(hào)，用于特征譜圖的顯示與診斷使用。（4）分析主機(jī)（筆記本電腦）：安裝專門的局放數(shù)據(jù)處理及分析診斷軟件，對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，識(shí)別放電類型，判斷放電強(qiáng)度；（5）數(shù)據(jù)處理方式。由

46、于放電類型分析通常是由局放信號(hào)的峰值和時(shí)域工頻相位所決定的。為了獲得特高頻信號(hào)峰值，采集裝置需要很高的采樣率，并且需要記錄大量的數(shù)據(jù)，但是巨大的信息量難以實(shí)時(shí)處理，而利用檢波器可以很好的解決這個(gè)問題。它從高頻載波信號(hào)中取出低頻調(diào)制信號(hào)，將特高頻成分濾除，而僅保留信號(hào)的幅值和相位信息，這就大大減少了數(shù)據(jù)量，實(shí)現(xiàn)了放電類型分析。但是檢波后的波形發(fā)生了變化，無法根據(jù)檢波的信號(hào)利用時(shí)差法進(jìn)行定位，因此，檢波器通常都裝在特高頻局部放電分析儀主機(jī)內(nèi)部，而不裝在傳感器內(nèi)部。而有的放大器具備兩路信號(hào)輸出功能，即未經(jīng)檢波器處理的原始信號(hào)以及檢波器輸出信號(hào)。（6）特征譜圖表征方式。特高頻信號(hào)顯示除基本的時(shí)域波形信

47、號(hào)分析外，常用的有PRPS和PRPD兩種分析譜圖。PRPS即脈沖序列相位分布譜圖（Phase Resolved Pulse Sequence），它是一種實(shí)時(shí)三維圖，一般情況下x軸表示相位，y軸表示信號(hào)周期數(shù)量，z軸表示信號(hào)強(qiáng)度或幅值。PRPS譜圖是UHF法局部放電類型識(shí)別最主要的分析譜圖，見圖3-4所示。圖3-4 PRPS分析譜圖PRPD譜圖是指局部放電相位分布譜圖(Phase Resolved Partial Discharge）,也是一種廣泛應(yīng)用的局部放電分析譜圖。它是一種平面點(diǎn)分布圖，點(diǎn)的橫坐標(biāo)為相位，縱坐標(biāo)為幅值，點(diǎn)的累積顏色深度表示此處放電脈沖的密度，根據(jù)點(diǎn)的分布情況可判斷信號(hào)主要集

48、中的相位、幅值及放電次數(shù)情況，并根據(jù)點(diǎn)的分布特征來對(duì)放電類型進(jìn)行判斷。PRPD譜圖也是UHF法局部放電類型識(shí)別常用的分析譜圖，見圖3-5所示。圖3-5 PRPD分析譜圖第3節(jié) 特高頻局放檢測(cè)及診斷方法3.1 檢測(cè)方法3.1.1 操作流程1、準(zhǔn)備工作開始局部放電特高頻檢測(cè)前，應(yīng)準(zhǔn)備好下列的儀器、工具：（1）分機(jī)主機(jī)；用于局部放電信號(hào)的采集、分析處理、診斷與顯示。（2）特高頻傳感器；用于耦合特高頻局放信號(hào)。（3）信號(hào)放大器：當(dāng)測(cè)得的信號(hào)較微弱時(shí)，為便于觀察和判斷，需接入信號(hào)放大器。（4）特高頻信號(hào)線：連接傳感器和信號(hào)放大器或檢測(cè)主機(jī)。（5）工作電源：220V工作電源，為檢測(cè)儀器主機(jī)，信號(hào)放大器和筆

49、記本電腦供電。（6）接地線；用于儀器外殼的接地，保護(hù)檢測(cè)人員及設(shè)備的安全。（7）綁帶；需要長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)測(cè)時(shí)，用于將傳感器固定在待測(cè)設(shè)備外部。（8）網(wǎng)線：用于檢測(cè)儀器主機(jī)和筆記本電腦通信（9）記錄紙、筆；用于記錄檢測(cè)數(shù)據(jù)。2、檢測(cè)接線在采用特高頻法檢測(cè)局部放電的過程中，應(yīng)按照所使用的特高頻局放檢測(cè)儀操作說明，連接好傳感器、信號(hào)放大器、檢測(cè)儀器主機(jī)等各部件，通過綁帶（或人工）將傳感器固定在盆式絕緣子上，必要的情況下，可以接入信號(hào)放大器。具體連接示意圖如圖3-7所示。圖3-7 特高頻局放檢測(cè)儀連接示意圖GIS內(nèi)部局部放電產(chǎn)生的特高頻信號(hào)在GIS腔體內(nèi)以橫向電磁波方式傳播，只有在GIS殼的金屬非連續(xù)部位才

50、能泄漏出來。在GIS上只有無金屬屏蔽的絕緣子、金屬屏蔽上的澆注口、GIS的觀察窗、接地開關(guān)的外露絕緣件、內(nèi)置式CT或PT二次接線盒等部位才能測(cè)量到信號(hào)，特高頻傳感器需安置在這些部位。檢測(cè)過程中，應(yīng)注意傳感器應(yīng)與盆式絕緣子緊密接觸，且應(yīng)放置于兩根禁錮盆式絕緣子螺栓的中間，以減少螺栓對(duì)內(nèi)部電磁波的屏蔽以及傳感器與螺栓產(chǎn)生的外部靜電干擾；在測(cè)量時(shí)應(yīng)盡可能保證傳感器與盆式絕緣子的接觸，不要因?yàn)閭鞲衅饕苿?dòng)引起的信號(hào)而干擾正確判斷。3、具體操作流程在采用特高頻法檢測(cè)局部放電時(shí)，典型的操作流程如下：（1）設(shè)備連接：按照設(shè)備接線圖連接測(cè)試儀各部件，將傳感器固定在盆式絕緣子上，將檢測(cè)儀主機(jī)及傳感器正確接地，電腦

51、、檢測(cè)儀主機(jī)連接電源，開機(jī)。（2）工況檢查：開機(jī)后，運(yùn)行檢測(cè)軟件，檢查主機(jī)與電腦通信狀況、同步狀態(tài)、相位偏移等參數(shù)；進(jìn)行系統(tǒng)自檢，確認(rèn)各檢測(cè)通道工作正常。（3）設(shè)置檢測(cè)參數(shù)：設(shè)置變電站名稱、檢測(cè)位置并做好標(biāo)注。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)噪聲水平設(shè)定各通道信號(hào)檢測(cè)閾值。（4）信號(hào)檢測(cè)：打開連接傳感器的檢測(cè)通道，觀察檢測(cè)到的信號(hào)。如果發(fā)現(xiàn)信號(hào)無異常，保存少量數(shù)據(jù)，退出并改變檢測(cè)位置繼續(xù)下一點(diǎn)檢測(cè)；如果發(fā)現(xiàn)信號(hào)異常，則延長(zhǎng)檢測(cè)時(shí)間并記錄多組數(shù)據(jù)，進(jìn)入異常診斷流程。必要的情況下，可以接入信號(hào)放大器。圖3-8 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)流程圖3.1.2 注意事項(xiàng)1、安全注意事項(xiàng)為確保安全生產(chǎn)，特別是確保人身安全，除嚴(yán)格執(zhí)行電力相關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)

52、和安全規(guī)定之外， 還應(yīng)注意以下幾點(diǎn):（1）檢測(cè)時(shí)應(yīng)勿碰勿動(dòng)其它帶電設(shè)備；（2）防止傳感器墜落到GIS管道上，避免發(fā)生事故；（3）保證待測(cè)設(shè)備絕緣良好，以防止低壓觸電；（4）在狹小空間中使用傳感器時(shí)，應(yīng)盡量避免身體觸碰GIS管道；（5）行走中注意腳下，避免踩踏設(shè)備管道；（6）在進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，要防止誤碰誤動(dòng)GIS其它部件；（7）在使用傳感器進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，應(yīng)戴絕緣手套，避免手部直接接觸傳感器金屬部件。2、測(cè)試注意事項(xiàng)（1）特高頻局放檢測(cè)儀適用于檢測(cè)盆式絕緣子為非屏蔽狀態(tài)的GIS設(shè)備，若GIS的盆式絕緣子為屏蔽狀態(tài)則無法檢測(cè)；（2）檢測(cè)中應(yīng)將同軸電纜完全展開，避免同軸電纜外皮受到刮蹭損傷；（3）傳感器應(yīng)與

53、盆式絕緣子緊密接觸，且應(yīng)放置于兩根禁錮盆式絕緣子螺栓的中間，以減少螺栓對(duì)內(nèi)部電磁波的屏蔽及傳感器與螺栓產(chǎn)生的外部靜電干擾；（4）在測(cè)量時(shí)應(yīng)盡可能保證傳感器與盆式絕緣子的接觸，不要因?yàn)閭鞲衅饕苿?dòng)引起的信號(hào)而干擾正確判斷；（5）在檢測(cè)時(shí)應(yīng)最大限度保持測(cè)試周圍信號(hào)的干凈，盡量減少人為制造出的干擾信號(hào)，例如：手機(jī)信號(hào)、照相機(jī)閃光燈信號(hào)、照明燈信號(hào)等；（6）在檢測(cè)過程中，必須要保證外接電源的頻率為50Hz；（7）對(duì)每個(gè)GIS間隔進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，在無異常局放信號(hào)的情況下只需存儲(chǔ)斷路器倉盆式絕緣子的三維信號(hào)，其它盆式絕緣子必須檢測(cè)但可不用存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。在檢測(cè)到異常信號(hào)時(shí)，必須對(duì)該間隔每個(gè)絕緣盆子進(jìn)行檢測(cè)并存儲(chǔ)相應(yīng)的

54、數(shù)據(jù)；（8）在開始檢測(cè)時(shí)，不需要加裝放大器進(jìn)行測(cè)量。若發(fā)現(xiàn)有微弱的異常信號(hào)時(shí)，可接入放大器將信號(hào)放大以方便判斷。3.2 診斷方法3.2.1 診斷流程1、排除干擾：測(cè)試中的干擾可能來自各個(gè)方位，干擾源可能存在于電氣設(shè)備內(nèi)部或外部空間。在開始測(cè)試前，盡可能排除干擾源的存在，比如關(guān)閉熒光燈和關(guān)閉手機(jī)。盡管如此，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中還是有部分干擾信號(hào)存在。2、記錄數(shù)據(jù)并給出初步結(jié)論：采取降噪措施后，如果異常信號(hào)仍然存在，需要記錄當(dāng)前測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，給出一個(gè)初步結(jié)論，然后檢測(cè)相鄰的位置。3、嘗試定位：假如臨近位置沒有發(fā)現(xiàn)該異常信號(hào)，就可以確定該信號(hào)來自GIS內(nèi)部，可以直接對(duì)該信號(hào)進(jìn)行判定。假如附近都能發(fā)現(xiàn)該信號(hào)，需要

55、對(duì)該信號(hào)盡可能地定位。放電定位是重要的抗干擾環(huán)節(jié)，可以通過強(qiáng)度定位法或者借助其他儀器，大概定出信號(hào)的來源。如果在GIS外部，可以確定是來自其他電氣部分的干擾，如果是GIS內(nèi)部，就可以做出異常診斷了。4、對(duì)比譜圖給出判定：一般的特高頻局放檢測(cè)儀都包含專家分析系統(tǒng)，可以對(duì)采集到的信號(hào)自動(dòng)給出判定結(jié)果。測(cè)試人員可以參考系統(tǒng)的自動(dòng)判定結(jié)果，同時(shí)把所測(cè)譜圖與典型放電譜圖進(jìn)行比較，確定其局部放電的類型。5、保存數(shù)據(jù)：局部放電類型識(shí)別的準(zhǔn)確程度取決于經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)的不斷積累，檢測(cè)結(jié)果和檢修結(jié)果確定以后，應(yīng)保留波形和譜圖數(shù)據(jù)，作為今后局部放電類型識(shí)別的依據(jù)。3.2.2 現(xiàn)場(chǎng)常見干擾及排除方法特高頻法雖然抗干擾能力

56、較強(qiáng)，但在現(xiàn)場(chǎng)特別是戶外變電站，仍有較多干擾。在開始測(cè)試前，盡可能排除干擾源的存在，比如關(guān)閉熒光燈和關(guān)閉手機(jī)，檢查周圍有無懸浮放電的金屬部件。常見的干擾信號(hào)主要由雷達(dá)噪聲、移動(dòng)電話噪聲、熒光噪聲和馬達(dá)噪聲。下面簡(jiǎn)明列舉了上述幾種信號(hào)的典型譜圖，包括各類信號(hào)的PRPS圖譜、PRPD圖譜和峰值檢測(cè)圖譜見表3-2。表3-2 典型干擾信號(hào)圖譜分析與診斷類型PRPS譜圖峰值檢測(cè)譜圖PRPD譜圖熒光干擾局放信號(hào)幅值較分散，一般情況下工頻相關(guān)性弱。移動(dòng)電話干擾局放信號(hào)工頻相關(guān)性弱，有特定的重復(fù)頻率，幅值有規(guī)律變化。馬達(dá)干擾局放信號(hào)無工頻相關(guān)性，幅值分布較為分散，重復(fù)率低。雷達(dá)干擾局放信號(hào)有規(guī)律重復(fù)產(chǎn)生但無工

57、頻相關(guān)性，幅值有規(guī)律變化。除根據(jù)譜圖特征來識(shí)別干擾外，還可依據(jù)信號(hào)位置來判斷干擾。一般情況下，在設(shè)備盆式絕緣子上發(fā)現(xiàn)信號(hào)后，將傳感器拿開朝向外側(cè)，如果信號(hào)變強(qiáng)，很可能是外部的干擾?？梢允褂闷矫娣址▉矶ㄎ煌獠啃盘?hào)。圖3-9 平面分法定位原理圖平面分法定位原理圖如上圖所示。首先將兩個(gè)傳感器按照相同朝向放置，移動(dòng)兩個(gè)傳感器的位置，使示波器兩個(gè)通道信號(hào)重疊，這時(shí)，信號(hào)源位于兩個(gè)傳感器中間的一個(gè)平面上。同樣的方式在相對(duì)的方向上以及上下的方向上各確定一個(gè)平面，最終可查找的信號(hào)源的位置。干擾信號(hào)的主要排除手段有：1、屏蔽帶法。這是最常用最基本的一種抗干擾方法，主要用在不帶金屬屏蔽的盆式絕緣子上檢測(cè)時(shí)消除外部干擾。檢測(cè)時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)有異常信號(hào)，采用由金屬絲制成的屏蔽帶，將除傳感器放置位置外的盆式絕緣子其它外露部位全部包扎起來，使得外部干擾信號(hào)無法直接進(jìn)入傳感器，從而實(shí)現(xiàn)抗干擾的效果。這種方式簡(jiǎn)單，對(duì)檢測(cè)靈敏度無影響，但是干擾較強(qiáng)時(shí)，信號(hào)仍可通過套管或其它盆式絕緣子處進(jìn)入，抗干擾效果有限。2、背景干擾測(cè)量屏蔽法。其原理是在被檢測(cè)盆式絕緣子附近放置一背景噪音傳感器，同時(shí)檢測(cè)周圍環(huán)境中的電磁波信號(hào)。軟件自動(dòng)分析來自盆式絕緣子上的信號(hào)與來自噪音