GIS PD的检测方法
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产品简介
对GIS中PD研究表明，其放电脉冲具有非常快的上升沿，所激发的电磁能量在GIS气室内传播；同时，火花或电晕放电会使电离气体通道发生扩散，产生超声波，同时出现被激励的原子发光并致使SF6气体产生化学分解物。因此，对应GIS产生的PD所诱发的许多物理和化学效有很多检测的方法，大致可分为电测法和非电检测法两大类。
①非电检测法
非电检测法包括超声波检测法、光检测法和化学检测法。1）超声波检测法
GIS的PD超声波检测法是利用安装在GIS外壳上的超声波传感器来检测内部PD时电子间剧烈碰撞产生的超声波信号。由于该方法不受电气干扰及它能对PD源进行定位，因此人们对超声法的研究较为深入。超声波检测法的灵敏度不仅取决于PD产生的能量，而且取决于信号的传播路径。近年来，由于声一电换能器效率的提高和放大技术的发展，超声波检测法的灵敏度有了较大的提高。该方法的主要优点有定位方便，不受电磁干扰的影响以及适合在线监检测等，适用于委托试验和周期性运行检查，但目前无法利用超声波信号对PD进行模式识别和放电量标定，主要作为一种辅助测量方法。
2）光检测法
GIS中PD是在电场较为集中的局部使SF6原子发生电离，电离后的离子又会复合，复合后以光子的形式释放能量。根据气体放电理论，在离子复合过程中会激发出不同频率的光谱成分，因此，可用安装在GIS内部的光电传感器(如光电二极管、三极管或光电倍增管等)进行光测量来检测PD信号。由于SF6气体的光吸收能力会随着气体密度的增大而提高，GIS光滑的内壁可能引起光的反射，以及会出现检测“死角”，所以采用这种方法的准确性较低。另外，实际GIS因有许多气室，所以需要大量传感器，检测的成本高，因此这种方法不适合对GIS进行PD在线监测。
3）化学检测法
国内外大量研究表明，由PD引起SF6气体分解产生的化合气体主要有SOF2、SOF4、S2F10、SO2F2、CF4、SO2、SiF4、HF、CO、CO2、CH4、SF4等，其中SO2F2和SF4属剧毒物质，SO2属腐蚀性物质。研究表明：不同绝缘缺陷引起的PD会产生不同的分解化合气体，相应的分解化合气体成份、含量以及产生速率等也有差异。因此，可以通过检测GIS设备SF6气体不同分解组分含量与变化趋势来判断其内部绝缘缺陷的情况。
目前，对SF6气体分解物的检测项目及其方法已有离线检测标准，检测方法主要有五种：a.气相色谱法；b.离子色谱法；c.红外吸收光谱法；d.检测管法；e.化学分析法。这五种方法都是IEC60480-2004推荐的检测方法，而GB/T8905-1996仅推荐气相色谱法。
②电测法
PD的电测法主要有传统电测法(IEC60270标准推荐方法)、UHF法，甚高频法等。1）传统电测法
传统电检测法是IEC60270标准推荐的检测方法，由于PD发生时试样两端电荷的变化，与试样两端连接的测试回路中就会有脉冲电流，通过测量PD所产生的脉冲电流在检测阻抗两端响应的脉冲电压，因此也称为脉冲电流法，它是检测PD最常用的方法，测量频率在10MHz以内。其优点是可通过校准对PD进行定量测量，灵敏度取决于耦合电容与被试品等值电容的比值，精度可达到2pC。若要获得最大的灵敏度，测试系统必须有良好屏蔽并需要合适的电容相匹配。这种方法要求试验回路中所有组件包括高压引线均不能产生大于被试品本身的PD水平。
2）高频法
高频法检测信号的频率范围在30-300MHz。虽然这个频率范围可避开一些电晕干扰，但并不能完全消除。用高频法也可以对PD进行定位。高频法的主要优点是对放电量的校准可靠。
3）超高频法
UHF法是利用装设在GIS内部或外部的天线传感器接收PD激发并传播的300-3000MHz频段UHF信号进行检测和分析。
运行中的GIS内部充有高压SF6气体，其绝缘强度和击穿场强都很高。当PD在很小的范围内发生时，具有极快的放电时间特性，因此，PD陡脉冲含有从低频到微波频段的频率成分，并且脉冲向四周辐射出电磁波；电力系统中的电晕放电脉冲持续时间长、脉冲上升沿的陡度较缓，其等值频率一般在150MHz以下。GIS波导壁为非理想导体，电磁波在GIS内部传播时会有功率损耗，因此，电磁波将沿传播方向衰减，并且SF6气体会引起波导体积中的介质损耗，也会造成波的衰减。由于这种衰减的衰减量比信号在绝缘子处反射造成的能量衰减低得多，因此在用波导理论对PD仿真和测量时可以不考虑这种衰减。GIS有许多法兰连接的支撑绝缘子、L型结构和T型接头、隔离刀闸及断路器等不连续点，UHF信号在GIS内传播过程中经过这些结构时，必然会造成较大衰减。研究表明，在绝缘子和T型接头处的反射是造成信号能量损失的主要原因。根据GIS中电磁波的传播特点，可以利用UHF传感器接收其发出的电磁波中300-3000MHz信号来评价PD情况，从而避开常规电气测试方法中难以避开的电晕放电等干扰，以提高检测系统的信噪比。
GIS腔体结构相当于一个同轴波导，因此可用同轴波导的概念来分析UHF信号在GIS中的传播过程。采用UHF法检测GIS中PD信号的基础是PD陡脉冲所激发的UHF电磁波在等效同轴波导激发横向电磁波(TEM)、横电波(TE)和横磁波(TM)。如果在GIS装置上用多个UHF传感器检测接收到同一放电源产生的UHF信号时间差，可以根据这些时差和电磁波的传播速度可进行定位。基于这一原理的PD定位法，所要测量的信号时差通常在纳秒甚至皮秒级，这不仅要求测量记录设备具有很高的频带和采样率，还要求被测信号本身具有很陡的起始沿，才能读取纳秒或皮秒量级的信号起始时刻，UHF及以上频段的信号正好满足这一要求。因此，采用UHF法对PD源进行定位的准确度是其它方法所不及的。
UHF法分为宽频法和窄频法，宽频法加前置高通或带通滤波器，窄频法利用频谱分析仪对所要研究的频段进行筛选。对空气电晕产生的频率较低的电磁干扰，只需加200MHz左右的高通滤波器即可消除；对UHF通讯、电视信号可用窄频法对其与PD信号加以比较后来区分。UHF法具有以下特点：a.传感器接收UHF频段信号，避开了电网中主要电磁干扰，具有良好的抗干扰能力；b.根据电磁脉冲信号在GIS内部(同轴波导)传播的特点，利用传感器接收信号的时间差，可进行故障源定位；c.根据放电脉冲的波形特征和UHF信号的频谱特征，可进行故障类型识别；d.UHF传感器相对于振动检测法而言，其PD有效检测范围更大，因此需要安装传感器的检测点相对减少。
对以上检测GIS中PD的方法进行综合比较可知，超声波检测法、光检测法、化学法、传统的电测法及高频法均不太适合或目前还未开展PD的在线监测，而UHF法抗干扰能力强，在PD在线监测中具有很好的应用前景。
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