特高频

目前广东电网110kV及以上电压等级的GIS间隔共5000余个，以最严重的2011年度为例，共发生GIS事故（障碍）15起，较2010年增加了50%。 GIS的事故次数常年高居不下，给运行单位造成巨大的经济损失，严重影响到电网安全稳定运行和供电可靠性。因此寻求一种有效的评估GIS内部故障的方法显得尤为重要。

本专利针对现有GIS特高频局放监测误告警问题严重，无法准确预警设备缺陷的现状，提出了一种GIS设备局部放电诊断方法及系统，通过对各传感器信号开展相似性分析和多维度数据的融合分析，降低了误告警率，提高了设备缺陷的检出率，为电网安全稳定运行提供了保障。在申请阶段符合“不属于现有技术，也没有任何单位或者个人就同样的发明或实用新型在申请日以前向专利局提出过申请，并记载在申请日以后公布的专利申请文件或者公告的专利文件中”相关要求，在2017年11月通过“局部放电+特高频+定位”等关键字进行专利检索，与本专利接近的技术为：1）一种气体绝缘组合电器状态预警数据异常值的筛查方法（广西电网有限责任公司电力科学研究院，已授权）；2）变电设备多源局部放电信号的分离方法及装置（国网浙江省电力公司电力科学研究院、国家电网公司、浙江省电力试验研究院技术服务中心、西安交通大学，已授权）；3）一种基于局部放电带电检测的GIS风险评估方法及系统（国网湖南省电力公司电力科学研究院、华北电力大学、湖南湘能智能电器股份有限公司，实审），专利1仅适用于电缆局放检测技术领域，专利2是利用密度聚类算法把局放信号进行分离以区分不同源的局放信号，专利3是利用2路特高频信号和2路超声波信号进行局部放电源的准确定位，具体如何利用特高频信号对局部放电源定位并没有给出说明，也没有说明采用何种参数，进行何种定位方法，三个专利均不具备本专利的技术特征，且存在相应的缺陷和不足。本专利具备显著新颖性。

国网湖南超高压变电公司以“安全可靠、实用高效”为目标，聚焦解决变电站无人机“自主巡、实时传、智能判”遇到的技术问题，聚力攻克变电无人机巡检安全距离、航迹智能规划、移动智慧机巢、特高频挂载、缺陷边缘识别等关键技术，搭建OTN和5G传输通道，致力打造变电站无人机智能巡检技术应用示范工程，全面推广无人机巡检的实用化、规模化发展。

注入脉冲模拟局放是气体绝缘金属封闭组合电器(gas insulated switchgear，GIS)特高频(ultra high frequency，UHF)局放监测装置功能校验的主要方法，由于现场校验脉冲注入的耦合方式不同，模拟局放与实际局放等效性规律尚不明确，无法保证监测装置功能校验的有效性。文中首先建立126 kV GIS典型局放缺陷(尖端、悬浮、绝缘子气泡)和内/外置式脉冲注入UHF局放检测平台，并对UHF信号有效脉冲进行归一化提取；接着提出基于经验模态分解的加权本征模函数(intrinsic mode functions，IMF)信号处理方法，通过计算局放信号欧式距离平均值和最大值表征其等效性；最后与常规信号偏差法进行对比验证。研究表明，相较于常规信号等效性分析方法，加权IMF法可有效解决UHF信号波形局部差异较大的问题；使用内置传感器脉冲注入的模拟局放信号与悬浮局放信号等效性最高，局放信号的欧式距离平均值Me和最大值Ma分别为3.82%和10.28%。因此，UHF监测装置功能校验可采用恒定参数注入脉冲代替悬浮缺陷，且模拟局放可优先选择内置UHF传感器注入脉冲。文中研究可为UHF局放监测装置功能校验的脉冲注入方法提供参考。

本PPT介绍和总结了SDMT变压器特高频局部放电定位技术和装置，以及部分案例。该技术通过安装在变压器壳体上的4只特高频局部放电传感器，由装置自动捕获和计算特高频局放信号到达各传感器的时间差，再结合变压器内部结构三维建模技术，实现基于指纹库的变压器局部放电自动定位，定位精度可达30cm以内。因该技术能够实现全自动的局部放电定位工作，因此对间歇性信号也能取得令人满意的定位结果。

特高频（UHF）技术通过检测局部放电辐射电磁波信号来实现对设备局部放电的检测，抗干扰能力强，检测灵敏度高，因此在输变电设备局部放电在线检测领域取得了广泛应用。目前大多数绝缘组合电器（GIS）设备上未安装内置式UHF传感器，只能采用外置式传感器进行检测，但是由于GIS绝缘子外表面被金属法兰包裹，导致普通外置式UHF传感器很难检测到其内部的局部放电信号。为了解决这一问题，本文提出了利用金属法兰在制造时遗留的孔洞，研制GIS专用外置式UHF传感器的方法。本文在了解现有GIS盆式绝缘子金属法兰结构特点的基础上，从理论角度分析了电磁波经过金属法兰孔的传播机理，采用有限元分析软件ANSYS对126kVGIS绝缘子建模，并以此为基础分析在不同尺寸金属法兰孔情况下GIS绝缘子电场的分布情况。研制了具有射频和检波放大功能的GIS盆式绝缘子金属法兰浇注孔局放检测专用UHF放大器。最后，建立了GIS局部放电UHF检测研究平台，测试了专用UHF传感器在不同尺寸的浇注孔上对不同放电故障模型的局放检测灵敏度。

特高频法对GIS/HGIS进行局部放电检测成为国内外局放检测领域研究的重点和热点，然而如今特高频检测技术遇到了瓶颈，主要是在线监测系统诊断结果的可靠性存在严重的问题，国内许多500kV及以上变电站都安装了特高频局放在线监测系统，运今为止，成功预警的次数很少，经常发出报警信息，虚警和漏警同时存在，严重扰乱了运维的工作秩序、降低了安装在线监测系统的必要性和价值。诊断结果的可靠性低，其本质是在超高压、特高压变电站存在请多的外部电磁干扰，目前特高频检测方法的免疫力还不够，既难以抑制，也难以判别。 光学检测方法由于检测的是发光现象，不受电磁环境干扰的影响，具有优良的抗干扰性能，另外，由于GIS/HGIS是全封闭的结构，在GIS/HGIS内部不存在千扰光源，能进一步提高光学检测结果的有效性，因而，从放电时会伴随发光现象的角度，采用光学方法检测GIS/HGIS内部的放电情况将会具有其它方法无法比拟的优势。 目前基于光电信息的监测系统已成功应用于欧洲、澳洲、亚洲多个变电站的GIS设备，取得了良好的效果，具有广泛应用前景，然而在国内变电站的应用中基本还处于空白。

绝缘故障是电力设备在运行中的最主要的可能故障之一，对运行设备进行局部放电检测和定位，可以有效避免绝缘击穿故障的发生，减少停电时间，提高检修效率。立项之初，变电站设备的局部放电检测和定位主要针对GIS、变压器、容性设备等具体单一设备进行，而对变电站全站的一次电气设备实施监测，需要在每一个设备上都安装局部放电监测装置，费用极高，使用效率低，维护工作量大。研制一种低成本、高可靠性、能够实现对全站高压电气设备的局部放电情况进行快速检测、定位的新型检测装置非常有必要。变电站站域局部放电快速检测与定位成套装置研发主要面临以下难题:(1）站域局放电磁波传播特性不清，缺乏对全站各类一次设备不同局放类型产生的特高频信号以及干扰电磁波信号的特征及传播特性研究;(2）局部放电检测灵敏度不足，需要设计满足全向、宽带、小型化、高灵敏度的特高频传感器;（3)局部放电检测定位精度不高，尤其在具有多个局放源和强电磁干扰的情况下，需要研究多源局放信号的分离与识别;(4)缺乏整套站域多源局放检测和监控定位系统。

针对现场气体绝缘组合电器(gas insulated substation，GIS)局部放电绝缘缺陷漏报、误报情况频发的问题，文中根据GIS实际运行温度范围对GIS内部常见固体绝缘缺陷开展不同温度下间歇性放电特性试验研究，搭建GIS电-热耦合间歇性放电模拟试验平台，采用脉冲电流法、特高频(ultra high frequency,UHF)法、超声波法和气体特征组分检测法获取不同温度下固体绝缘缺陷间歇性放电特征数据并进行分析。研究发现：UHF法和脉冲电流法在不同温度下均能有效检测到试验缺陷间歇性放电UHF信号，超声波法和气体特征组分检测法无法有效采集到有效放电数据；固体绝缘表面金属污秽缺陷和内部气隙缺陷间歇性放电电压与温度呈负相关，污秽缺陷间歇性放电电压呈较为明显的线性下降趋势，气隙缺陷间歇性放电电压呈先大幅下降后较平缓线性下降趋势；污秽缺陷间歇性放电的平均放电量和UHF信号幅值与温度的升高呈正相关；污秽缺陷放电间歇性在不同温度下随放电时间的增加会增强，而气隙缺陷放电时间间隔在26 ℃、40 ℃、50 ℃下能由秒级发展为毫秒级，存在演变成击穿放电的风险。文中研究成果进一步丰富了GIS间歇性放电理论体系，有助于提升现场GIS间歇性放电的有效诊断率。