高压电力设备在线监测技术-第10章-GIS和高压断路器的在线监测与故障诊断ppt课件

第十章第十章 GIS和高压断路器在和高压断路器在线监测与故障诊断线监测与故障诊断On-line monitoring and fault diagnosis for GIS&GCB 1第十章 GIS和高压断路器在线监测与故障诊断On-line本章内容概述高压断路器的监测内容高压断路器机械特性监测与诊断GIS绝缘故障的监测与诊断SF6气体泄露的检测GIS局部放电的监测2本章内容概述210.1.1GIS&GCB3气体绝缘金属封闭式组合电器(GIS)的优点：敞开式变电站(72kV-1200A,215MVA)替代为金属封闭式组合电器之后 占地面积和空间占有体积小城市征地困难水电站的升压变电站安全可靠人员安全不受气候影响无火灾、不破坏环境电磁兼容性好安装工作量小，检修周期长，寿命长10.1.1 GIS&GCB3气体绝缘金属封闭式组合电419561966200015001000delivered bays197619961986 300 kV2004 2006500 300 kVMilestones GISEarly researchFirst 500 kV GISClaireville(CA)First 170 kV GISSempersteig(CH)Largest 500 kV GISItaipu(BR)First 500 kV GIS in China,JiangmenFirst 800 kV GIS Alpha(ZA)500 kV GISThree Gorges(CN)10.1.1GIS&GCB419561966200015001000delivered510.1.1GIS&GCBGIS间隔元件及系统辅助设备辅助设备备件备件/工具等工具等间隔元件及系统间隔元件及系统GIS的构成510.1.1 GIS&GCBG I S间隔元件及系统61:母线2、8:隔离开关3、7:工作接地开关4、6:电流互感器5:断路器9:接地开关10:电压互感器11:套管避雷器电缆终端控制柜10.1.1GIS&GCB61:母线2、8:隔离开关10.1.1 GIS 7江苏无锡华润变电站10.1.1GIS&GCB甘肃兰州东变电站罐式短路器宁川东变电站7江苏无锡华润变电站10.1.1 GIS&GCB甘肃兰GIS母线结构单相封闭式母线三相封闭式母线D/d=2.7r0/rs=0.55rc/rs=0.167因为分支出线的缘故，三相封闭式母线的导体布置与气体绝缘输电管道不同，内导体位于半径r0的圆周上，位于底部的内导体与其它两相相差90GIL中的电极结构10.1.2基本结构与组成GIS母线结构单相封闭式母线D/d=2.7r0/rs=10.1.2基本结构与组成252单断口断路器本体示意图灭弧室为单压式变开距双喷结构，它是由静触头和动触头，压气缸，活塞以及其它部件组成。在合闸位置，电流从静触头侧梅花触头经静触头座、静触头、动触头、压气缸、中间触指和支持件流向动触头侧梅花触头。灭弧室内部结构图126灭弧室内部结构图SF6 GCB10.1.2 基本结构与组成252单断口断路器本体示意图 10.1.2基本结构与组成q300550 kVq63 kAq4000 AqBLG1002A弹簧操作机构弹簧操作机构10.1.2 基本结构与组成300550 kV合闸灭弧触头分离分闸分闸开始单压式断路器的开断过程10.1.2基本结构与组成断路器特点断路器特点：l优良的开断能力l自力型触头的应用l优良的导电回路设计l结构简单l比较长的电寿命l便于检修合闸灭弧触头分离分闸分闸开始单压式断路器的开断过程10.1断路器的液压操动机构10.1.2基本结构与组成(a)未贮能，分闸状态(b)已贮能，合闸状态(c)已贮能，合闸状态外形图断路器的液压操动机构10.1.2 基本结构与组成 (a)隔离开关a)b)10.1.2基本结构与组成c)三相共箱式隔离开关 隔离开关a)b)10.1.2 基本结构与组成c)三相共箱式接地开关工作用接地开关快速接地开关工作用接地开关是用于保证维修人员安全的，常安装与隔离开关的两端10.1.2基本结构与组成接地开关工作用接地开关是用于保证维修人员安全的，常安装与隔离快速接地开关快速接地开关应具有关合额定动稳定电流的能力。它仅仅在故障的时候工作。快速接地开关的操动机构应符合交流高压断路器标准中有关操动机构的要求。10.1.2基本结构与组成快速接地开关快速接地开关应具有关合额定动稳定电流的能力。它仅电压互感器电磁式电压互感器电容分压器10.1.2基本结构与组成电压互感器10.1.2 基本结构与组成电流互感器采用环状铁芯结构，互感器的初、次级之间的绝缘为气体绝缘10.1.2基本结构与组成电流互感器采用环状铁芯结构，互感器的初、次级之间的绝缘为气体金属氧化物避雷器10.1.2基本结构与组成金属氧化物避雷器10.1.2 基本结构与组成GIS与其他设备的连接主要特点:自清洁硅橡胶伞裙长爬电距离SF6气体绝缘运行可靠性高重量轻复合绝缘套管套管10.1.2基本结构与组成瓷绝缘套管主要特点:长爬电距离纸浸树脂电容屏免维护抗震GIS与其他设备的连接主要特点:复合绝缘套管套管10.1.电缆终端插拔式电缆终端采用插拔式电缆终端，使得GIS的安装可以与电缆的安装完全分开，在电缆试验、检修时可以直接将电缆终端头拔出，而不需要打开GIS的SF6气室。10.1.2基本结构与组成电缆终端插拔式电缆终端10.1.2 基本结构与组成与变压器连接套管10.1.2基本结构与组成与变压器连接套管10.1.2 基本结构与组成外壳GIS的外壳一般为钢或铝合金制。它必须能承受一定的压力，密闭性要好，当GIS内部万一发生电弧时，必须不被烧穿，而且高温造成的压力上升不至于引起爆炸。外壳一般采用焊接或法兰进行连接。具有绝缘子的法兰连接法兰10.1.2基本结构与组成外壳GIS的外壳一般为钢或铝合金制。它必须能承受一定的压力，压力释放装置当压力释放装置动作时，不应危害工作人员的安全。电弧造成的压力升高，也可用来检测故障位置。10.1.2基本结构与组成压力释放装置当压力释放装置动作时，不应危害工作人员的安全。电2410.1.2基本结构与组成接地系统2410.1.2 基本结构与组成接地系统25SF6系统10.1.2基本结构与组成动、静密封采用双道密封（O形圈+密封胶技术）25SF6系统10.1.2 基本结构与组成动、静密封采用双控制柜用于指令输入、报警和联锁等用途的辅助电气设备均安装在相应的就地控制柜内。用户控制保护设备需要的电压、电流等信号也是从就地控制柜的端子排上接取ABB的GIS的控制柜10.1.2基本结构与组成控制柜用于指令输入、报警和联锁等用途的辅助电气设备均安装在相2710.1.2基本结构与组成典型布置形式 标准桥型布置形式单母布置形式双母线布置形式252kV双母线布置形式2710.1.2 基本结构与组成典型布置形式 标准桥型布置2810.1.3故障调查与分析GIS的可靠性相当高，一般被称为免维护设备，随着技术的发展，其平均无故障时间提高到400-1000年/间隔。采用耐电强度非常高的SF6作为绝缘和灭弧介质高压导体全部在金属封闭外壳之内，不受外界气候和污染的影响SF6基本不发生老化现代电力系统对GIS可靠性的要求：在电气时代和信息时代，供电可靠性要求越来越高GIS在电力系统中占有一个很重要的位置投资削减造成的延长GIS寿命的要求GIS系统真的不需要维护吗？不！合适的GIS故障监测技术2810.1.3 故障调查与分析GIS的可靠性相当高，一般29持续的监督可以提高设备的可靠性，延长设备寿命TBM及CBM的概念Time based maintenance Condition based Maintenance (TBM)(CBM)10.1.3故障调查与分析29持续的监督可以提高设备的可靠性，延长设备寿命TBM及C30根据CIGRE的第二次GIS调查结果被调查GIS的平均投运时间为9年，只有8.4%的GIS运行超过20年全球平均GIS故障率为0.75次/100间隔年大约87%的GIS从未发生故障，约7%发生过1次故障大约20%的故障发生在投运后1年之内断路器、母线和隔离开关是最容易出问题的部分现存GIS的预期寿命大约为30-40年，新安装的GIS的寿命预期为30-50年GIS的年漏气率一般小于0.5%10.1.3故障调查与分析30根据CIGRE的第二次GIS调查结果10.1.3 故障快速暂态过电压的问题波前时间很陡(520ns)耐电强度高，放电形成时延短有频率很高的高频电压分量电压波在GIS中折反射造成0.1-10MHz幅值并不高，很少到达2.0p.u.VFTO的幅值大小与隔离开关触头间电弧重燃电压大小有关，也与被开断的母线上的参与点和的电压值有关。危害：引起GIS或相邻设备的绝缘故障10.1.3故障调查与分析快速暂态过电压的问题波前时间很陡(520 ns)危害：132GIS绝缘事故的数量及绝缘事故的比例全球平均GIS故障率为0.75次/100间隔年电压等级越高，问题越严重10.1.3故障调查与分析32GIS绝缘事故的数量及绝缘事故的比例全球平均GIS故障率33GIS事故原因统计绝缘故障、机械故障等，其中绝缘故障超过50%10.1.3故障调查与分析33GIS事故原因统计绝缘故障、机械故障等，其中绝缘故障超34 GIS事故的具体原因10.1.3故障调查与分析34 GIS事故的具体原因10.1.3 故障调查与分析3510.1.3故障调查与分析q检查瓷套和机构清洁度检查瓷套和机构清洁度q检查加热器功能检查加热器功能q检查气体压力检查气体压力A类 目视检查3510.1.3 故障调查与分析检查瓷套和机构清洁度A类 3610.1.3故障调查与分析q操作记数器检查操作记数器检查qSF6气体压力及露点气体压力及露点q开关位置的效验开关位置的效验q主回路电阻测试主回路电阻测试q机械特性测试机械特性测试q分合闸动作电压检查分合闸动作电压检查q防跳回路检查防跳回路检查 q操作测试操作测试q检查弹簧储能检查弹簧储能q分合闸掣子检查分合闸掣子检查q缓冲器缓冲器 q防误操作的机械联锁防误操作的机械联锁q热成像检查热成像检查q螺栓、螺母紧固检查螺栓、螺母紧固检查q防锈蚀检查防锈蚀检查q润滑检查润滑检查B类 预防性维护3610.1.3 故障调查与分析操作记数器检查检查弹簧储能37q大修条件：线路断路器nI=20000 电容器组断路器电抗器组断路器滤波器组断路器q大修工作内容：更换吸附剂、密封圈、触头、导弧罩等。q准备工作：检修车间及真空泵、干燥的氮气、微水测量仪、机械特性测试仪等。建议：有条件返厂大修。10.1.3故障调查与分析C类 断路器的大修37大修条件：10.1.3 故障调查与分析C类 断路器的10.2高压断路器的监测内容38卧式双断口卧式双断口GCBGCB如何保证稳定可靠的开断性能?10.2 高压断路器的监测内容38卧式双断口GCB如何保证3910.2.1断路器基本特性触头寿命操作次数操作次数开断短路电流开断短路电流(kA)kA)10000次操作后的滑动触头次操作后的滑动触头3910.2.1 断路器基本特性触头寿命操作次数开断短路电40低温性能10.2.1断路器基本特性a：0.5MPab：0.45MPac：0.43MPa40低温性能10.2.1 断路器基本特性a：0.5MPa41操作机构动作时间操作机构动作时间10.2.1断路器基本特性 动作时间的增加反映动触头运动速度下降，而动触头运动速度下降则可能由于跳闸线圈工作异常（阻抗大或线圈有短路）、脱扣器卡涩、润滑不良、元件的紧固问题、轴承磨损或滞塞、储能系统（弹簧或气动）泄压等造成，在线监测仪监测记录操作机构动作时间，用于辅助判断断路器操作机构存在的问题，并在需要进行维修的时候提出建议。41操作机构动作时间10.2.1 断路器基本特性 4210.2.1断路器基本特性电弧燃弧时间电弧燃弧时间一个断路器的灭弧能力可以通过监测燃弧时间来反映。如果一个断路器的动作行程时间没变，而燃弧时间变长，那么可以推断灭弧室里一些部件出现了问题：如灭弧介质的介质强度降低(污染的油、污染的气体)，断口电场变差(触头烧损)等。主触头电寿命主触头电寿命通过测量主触头的IT的累加值可以记录主触头的烧损情况。4210.2.1 断路器基本特性电弧燃弧时间一个断路器的43断路器特性监测单元断路器特性监测单元v电寿命监测：开断电流、开断次数、累计触头磨损量v机械状态监测：分闸、合闸电磁线圈电流；分合闸速度；断路器操作的机械振动信号；储能电机关键信息；10.2.2断路器监测内容43断路器特性监测单元电寿命监测：机械状态监测：10.2.4410.2.2断路器监测内容断路器触头温度监测单元断路器触头温度监测单元4410.2.2 断路器监测内容断路器触头温度监测单元断路器磨损机械状态绝缘材料的性能由于负荷造成的主触点侵蚀断路器动作过程分闸过程合闸过程储能过程4510.3断路器机械特性监测与诊断断路器磨损4510.3 断路器机械特性监测与诊断4610.3.1断路器触头磨损断路器的磨损表现在机械机构性能、用来灭弧的绝缘材料的性能以及断路器开断电流造成的的主触点的侵蚀等方面。断路器的分合闸期间，机械动作实质上由三个部分组成：闭锁动作，移动，移动结束，可导致机械机构出现问题的原因：分合闸线圈故障；弹簧机构内部粘着；缺乏润滑；组件之间的粘结；轴承卡住；储能系统受损（弹簧，气动装置）。断路器移动速度变化4610.3.1 断路器触头磨损断路器的磨损表现在机械机4710.3.2绝缘材料性能与触点磨损据统计，能够导致断路器灭弧能力发生问题的因素有：油被污染（对于少油、多油断路器）；气体被污染（SF6断路器）；档板磨损；喷管烧蚀。电弧持续时间由于负荷造成的主触点侵蚀：断路器主触点的磨损主要来自于电弧带来发热。在每一次电弧期间，断路器主触点的腐蚀对于I2T来说是按比例变化。B、C相500kV断路器开断时电弧重燃将触头烧伤 4710.3.2 绝缘材料性能与触点磨损据统计，能够导致4810.3.3断路器动作过程分闸过程分闸过程T1T5T3T2T4t1t2t3 t4t5t故障电流分闸线圈带电时间轴t1-故障开始时刻t2-保护分闸命令输出时刻(分闸线圈开始带电)t3-动静触头分离时刻t4-故障电流灭弧时刻t5-分闸线圈回路辅助触点断开时刻4810.3.3 断路器动作过程分闸过程T1T5T3T249合闸过程合闸过程10.3.3断路器动作过程T6T7T8t6t7t8t9负荷电流合闸命令时间轴tt6-合闸命令发出时刻（合闸线圈开始带电时刻）；t7-断路器一次断口电弧接通时刻；t8-动静触头接触时刻；t9-合闸线圈回路辅助触点断开时刻。49合闸过程10.3.3 断路器动作过程T6T7T8t650储能过程储能过程10.3.3断路器动作过程阶段I，t=t0t1，为电机的起动阶段。起动电流峰值Ist的大小由电源电压和电机的参数决定。阶段II，t=t1t2，作用在储能轴上的力矩不大，在此阶段电流略有上升，但可基本认为是常数Ia。阶段III，t=t2t3，作用在储能轴上的力矩明显增大，点击电流显著上升。t3时刻力矩达到最大值，电机电流也达到最大值Im。阶段IV，t=t3t4，作用在储能轴上的力矩减小，电机电流下降。t4时刻弹簧达到预期位置。阶段V，t=t4t5，弹簧到达预定位置后，微动开关将电机电流切断。储能过程结束。由电机的电流波形可以得到下列参数：电机启动电流的峰值Ist，储能期间的电流峰值Im和平均值I,电动机的起动时间t1-t0，最大力矩时间t3-t0，储能时间t4-t0，电流切断时间t5-t4。通过监测储能电机的电流能够监测弹簧、储能机构以及电机和微动开关的状态。50储能过程10.3.3 断路器动作过程阶段I，t=t051监测单元监测单元10.3.4断路器机械特性监测51监测单元10.3.4 断路器机械特性监测52主要监测参数v 三相电流的实时值v 开关的动作时间v 累计的动作次数v 触头磨损量及累计磨损v 相对剩余电寿命v 开关辅助接点动作状态v 开关动作时负荷波形v 分合闸线圈电流波形v 储能电机打压时刻v 储能电机储能时间按断路器形式，系统有分动、联动两种不同监测装置。10.3.4断路器机械特性监测52主要监测参数按断路器形式，系统有分动、联动两种不同监测装5310.3.4断路器机械特性监测5310.3.4 断路器机械特性监测54 欧洲欧洲 挪威的统计挪威的统计:82 GIS和约和约 500 台开关台开关125-145 kV:每年每百个间隔每年每百个间隔1.21个故障个故障 300 kV:每年每百个间隔每年每百个间隔3.4个故障个故障420 kV:每年每百个间隔每年每百个间隔2.23个故障个故障 国际大电网国际大电网的统计的统计:125-145 kV:每每年年每每百百个个间间隔隔0.26个个故故障障 245 kV:每年每百个间隔每年每百个间隔0.67个故障个故障300 kV:每年每百个间隔每年每百个间隔1.8个故障个故障420 kV:每年每百个间隔每年每百个间隔3.9个故障个故障 GISGIS内部故障统计内部故障统计10.4.1GIS绝缘故障统计与分析54 欧洲 挪威的统计:82 GIS和约 500 台开55悬浮屏蔽悬浮屏蔽导体上的毛刺导体上的毛刺盆式绝缘子上的颗粒盆式绝缘子上的颗粒导体导体壳体上的毛刺壳体上的毛刺自由颗粒自由颗粒盆式绝缘子内部缺陷盆式绝缘子内部缺陷壳体壳体盆式绝缘子盆式绝缘子10.4.1GIS绝缘故障统计与分析GISGIS内部故障的种类内部故障的种类55悬浮屏蔽导体上的毛刺盆式绝缘子上的颗粒导体壳体上的毛刺自5610.4.1GIS绝缘故障统计与分析故障按故障出现瞬间的作用电压分类如下：l 正常电压：在故障出现时没有已知的过电压，占61%l AC和/或操作过电压：在断路器或隔离开关操作时或操作后紧接着发生的事故l 雷暴：由于靠近雷暴而发生的事故大部分事故是在正常电压下发生的。AC和/或操作过电压下百分比较高是由于在中性点通过消弧线圈接地的110和123kV电网中，因单相接地而引起的故障较多，这导致长时间的1.7p.u.工频过电压，所以增大了在缺陷发展的早期阶段发生闪络的危险。雷暴期间发生的事故，可能因为事故发生前绝缘已严重老化。运行中绝缘故障的分布与电压的关系运行中绝缘故障的分布与电压的关系5610.4.1 GIS绝缘故障统计与分析故障按故障出现57运行中绝缘故障的分布与其原因的关系运行中绝缘故障的分布与其原因的关系10.4.1GIS绝缘故障统计与分析对已报导的事故按以下原因分类：l 设计：因设计不完善引起的故障，通常比本文统计的所有绝缘故障更多，l 加工：因加工缺陷产生的故障，例行试验和现场试验未发现它们，l 现场：因运输问题或现场安装时产生的故障l 未知：前三类故障约各占30%，大约10%不能分类，因为它们的原因是不知道的。这清楚的表明，GIS的可靠性不仅与现场绝缘试验有关，而且也依赖于出厂前的试验。试验方法的改进应该包括机械试验、温升试验以及绝缘试验。57运行中绝缘故障的分布与其原因的关系10.4.1 GI58高压绝缘试验的局限性高压绝缘试验的局限性仅用现场高压绝缘试验（AC试验和雷电冲击试验）能检测出的危险缺陷，是那些能使GIS的实际耐受电压降低到LIWL和PFWL（IEC517）的80%以下的缺陷。目前进行现场高压绝缘试验主要检测如下缺陷：l 能够使AC耐受电压降低的自由移动金属颗粒，l 变形的或安装不良的屏蔽，l 使雷电冲击耐受电压降低的高压导体上的突起，l能使雷电冲击耐受电压降低的固体绝缘材料表面上的颗粒。l能够引起运行故障的其它类型的缺陷诸如湿气、绝缘材料的内部缺陷、不良的或松动的电气或机械接触（静电屏蔽、悬浮部件）单单采用现场高压绝缘试验是不能发现的，除非它们使GIS的耐受电压降低到LIWL和PFWL（IEC517）的80%以下。10.4.1GIS绝缘故障统计与分析58高压绝缘试验的局限性仅用现场高压绝缘试验（AC试验和雷电59摘自国际大电网CIGRE联合工作组联合工作组 33/23.12 报告报告GIS缺陷现场试验方法的相对有效性（有效低效）缺陷高压AC低压AC加局放高压AC加局放LISI固定在带电部分的尖锐突起固定在带电部分的球状突起（安装缺陷）绝缘子表面的颗粒绝缘子中的裂缝自由颗粒悬浮部件遗忘的外部物件10.4.1GIS绝缘故障统计与分析59缺 陷高压AC低压AC加局放高压AC加局放LI6010.4.2GIS绝缘故障可检测内容1.颗粒颗粒:自由颗粒和盆式绝缘子上的固定颗粒自由颗粒和盆式绝缘子上的固定颗粒 雷电冲击电压影响很小，工频耐压会有很大的降低（取决于颗雷电冲击电压影响很小，工频耐压会有很大的降低（取决于颗粒所在粒所在 的位置）的位置）在盆式绝缘子上的颗粒是非常危险的在盆式绝缘子上的颗粒是非常危险的 可能造成盆式绝缘子表可能造成盆式绝缘子表面损坏面损坏2.悬浮屏蔽（由于电气或机械松动）悬浮屏蔽（由于电气或机械松动）机械的屏蔽松动可以引起悬浮电位机械的屏蔽松动可以引起悬浮电位.接近电极的悬浮屏蔽会使屏蔽与电极之间的放电增加接近电极的悬浮屏蔽会使屏蔽与电极之间的放电增加6010.4.2 GIS绝缘故障可检测内容1.颗粒:6110.4.2GIS绝缘故障可检测内容3.导体和壳体上的毛刺导体和壳体上的毛刺 局部场强增加局部场强增加 由于电晕球的保护作用，工频耐压水平不受影响由于电晕球的保护作用，工频耐压水平不受影响 雷电冲击电压水平会大幅度下降雷电冲击电压水平会大幅度下降 毛刺如果大于毛刺如果大于 1-2mm 就认为是有害的就认为是有害的6110.4.2 GIS绝缘故障可检测内容3.导体和壳6210.4.2GIS绝缘故障可检测内容4.盆式绝缘子内部缺陷盆式绝缘子内部缺陷 盆式绝缘子内部的缺陷会产生放电，形成电树，最终产生盆式绝缘子内部的缺陷会产生放电，形成电树，最终产生击穿放电击穿放电 这类缺陷应该在这类缺陷应该在GIS出厂试验中检查。应该避免出现在投出厂试验中检查。应该避免出现在投运的运的GIS中中6210.4.2 GIS绝缘故障可检测内容4.盆式绝缘6310.4.2GIS绝缘故障可检测内容GIS中的颗粒中的颗粒颗粒撞击时的声信号和电信号颗粒直径颗粒直径长度长度平平均均声声信信号号平均放电量平均放电量5pC灵灵敏敏度度6310.4.2 GIS绝缘故障可检测内容GIS中的颗粒64颗粒飞行图颗粒飞行图 大小与电压的影响大小与电压的影响 10.4.2GIS绝缘故障可检测内容64颗粒飞行图 大小与电压的影响 10.4.2 G65GIS绝缘故障诊断绝缘故障诊断绝缘诊断绝缘诊断GNDHVSpacerSF6 gasSurfaceParticle ProtrusionFree particleDetachmentVoidGIS故障原因微粒及突出物微粒及突出物25%Shield&electrostaticcontacts18%Currentcurryingcontacts11%支撑10%绝缘配合10%受潮7%其他19%击穿击穿LI 微粒及突出物微粒及突出物 局部放电局部放电(PD)AC10.4.2GIS绝缘故障可检测内容65GIS绝缘故障诊断绝缘诊断GNDHVSpacerSF6 66传统方法：传统方法：温度功率机械诊断方法：声音声谱分析机械单元电介质诊断方法局部放电诊断材料分析方法：UV、VIS、IR-spectrum气相色谱原子光谱光学诊断方法：UV监控视频监控热相仪内窥镜闪光放电管放射线照相诊断技术诊断技术10.4.3GIS绝缘故障诊断技术66传统方法：机械诊断方法：电介质诊断方法局部放电诊断材料分67现场现场GIS耐压试验耐压试验10.4.3GIS绝缘故障诊断技术67现场GIS耐压试验10.4.3 GIS绝缘故障诊断技68风险评估风险评估严重程度估计严重程度估计缺陷识别缺陷识别PD检测 缺陷类型缺陷类型 缺陷大小缺陷大小 缺陷定位缺陷定位 等等绝缘诊断流程：绝缘诊断流程：SF6气体中不同缺陷类型具有典型局放特征可作气体中不同缺陷类型具有典型局放特征可作为为GIS故障诊断的方法！故障诊断的方法！10.4.3GIS绝缘故障诊断技术68风险评估严重程度估计缺陷识别PD检测 缺陷类型绝缘诊断6910.4.4GIS绝缘故障监测技术69气体压力监测分解气体监测混合气体监测局部放电监测监测传感器监测传感器6910.4.4 GIS绝缘故障监测技术69气体压力监测10.5SF6气体成分与泄漏的检测70防止全球变暖的呼声越来越大！防止全球变暖的呼声越来越大！对SF6气体泄漏进行严格控制 IEC-62271-203(2003)通过监测达到气体泄漏控制 CIGRE TF B3.02.01(2005)建议对GIS气体室进行气体压力/密度监测Less than 1%/year 0.5%/year 10.5 SF6气体成分与泄漏的检测70防止全球变暖的呼运行运行20年后气体泄漏的概率增加年后气体泄漏的概率增加7110.5.1SF6气体泄漏原因GIS密封性能衰退密封性能衰退密封圈老化密封圈老化/劣化增加劣化增加SF6气体从气体从O形环泄漏的概率！形环泄漏的概率！运行运行3131年年GIS的法兰的法兰腐蚀腐蚀运行20年后气体泄漏的概率增加7110.5.1 SF6气72SF6 测量仪器测量仪器SF6-分析仪分析仪便携式湿度测量仪便携式湿度测量仪SF6-检漏检漏仪仪SF6维护装置维护装置SF6测量装置测量装置10.5.2SF6气体维护方法72SF6 测量仪器SF6-分析仪便携式湿度测量仪SF673SF6气体泄漏管理气体泄漏管理传统传统SF6气体泄漏管理气体泄漏管理通过气体密度开关定点监测严格控制严格控制SF6气体泄漏量不超过气体泄漏量不超过 0.5%0.5%/年年通过高性能气体压力传感器趋势监测10.5.2SF6气体维护方法73SF6气体泄漏管理传统SF6气体泄漏管理严格控制SF6气74密度继电器原理74密度继电器原理项目项目性能性能传统传统新型新型检测能力检测能力限定压力值限定压力值缓慢泄漏缓慢泄漏方法方法定点监测定点监测趋势监测趋势监测精度精度1 kPa0.02 kPa稳定性稳定性(包含漂移包含漂移)0.5%/月月 0.2%/年年高性能气体压力传感器高性能气体压力传感器10.5.3SF6气体维护新技术项目性能传统新型检测能力限定压力值缓慢泄漏方法定点监测趋势监离子迁移率波谱仪(IMS)评估六氟化硫电气设备中绝缘介质状况可现场检测和在线监测气相色谱与质谱的联用可检测六氟化硫电气设备电弧作用下的分解产物试图达到对设备故障早期诊断的目的气体泄漏激光成像10.5.3SF6气体维护新技术离子迁移率波谱仪(IMS)10.5.3 SF6气体维护新IMSIMS实物实物IMS实物IMS IMS 原理原理取样口离子化源离子化区气体出口离子栅栏迁移环多孔栅动态离子入口法拉第极迁移区电场区IMS 原理取样口离子化源离子化区气体出口离子栅栏迁移环IMS谱谱IMS谱红外光谱红外光谱原理原理10.5.3SF6气体维护新技术红外光谱原理10.5.3 SF6气体维护新技术红外光谱红外光谱校准校准 以傅立叶红外分析仪的测量结果为准，校验分解物以傅立叶红外分析仪的测量结果为准，校验分解物的波峰位移！的波峰位移！红外光谱校准 以傅立叶红外分析仪的测量结果为准，红外光谱红外光谱标准标准污染等级迁移波谱峰值差值ms样气中总杂质含量ppm无污染01.562000红外光谱标准迁移波谱样气中总杂质无污染0 1.5 10.5.3SF6气体维护新技术气体泄漏激光成像气体泄漏激光成像原理原理10.5.3 SF6气体维护新技术气体泄漏激光成像原非接触式、远距离检测（15-30m)设备带电时可实时监测气体泄漏,快速、准确找出泄漏位置可探测到0.002ml/s的泄漏率激光照相机产生传统的实时电视图像、视频输出，可以在任何标准的显示器上显示或记录在录像带上。气体泄漏激光成像气体泄漏激光成像特点特点非接触式、远距离检测（15-30m)气体泄漏激光成像特点气体泄漏激光成像：气体泄漏激光成像：实例实例1 1气体泄漏激光成像：实例1SF6leakagefromloadbreak132kVswitchgearmechanism.BlacktraceofSF6gasunderlasercamera气体泄漏激光成像：实例实例2 2 SF6 leakage from load break 111kV开关压力计接头处发生SF6气体泄漏气体泄漏激光成像：实例实例3 311kV开关压力计接头处发生SF6气体泄漏气体泄漏激光成像：补气周期：补气周期：补气周期：补气周期：4 4个月个月个月个月设备本体（沙眼)补气周期：4个月设备本体（沙眼)补气周期：补气周期：补气周期：补气周期：6 6个月个月个月个月设备本体(沙眼)补气周期：6个月设备本体(沙眼)补气周期：补气周期：补气周期：补气周期：6 6个月个月个月个月室内-GIS补气周期：6个月室内-GIS室外-GIS室外-GIS室外-GIS室外-GIS室外-GIS(PT)室外-GIS(PT)室外-GIS室外-GIS10.6GIS局部放电的监测9510.6 GIS局部放电的监测95GIS局放的频谱局放的频谱 10.6.1GIS局部放电机理pulse current,mA脉冲电流，毫安0 2 4 6 8 10 ns024Amplitude幅值0 750 1500MHz frequency/频率GIS局放的频谱 10.6.1 GIS局部放电机理pul电磁波信号 -electromagnetic energy which is coupled into the GIS chamber 在GIS气室中耦合的电磁能 -acoustic pressure wave due to the rapid expansion of the ionised gas channel 在气室中电离的迅速膨胀所产生声波 -chemical breakdown products，化学反应10.6.1GIS局部放电机理电磁波信号 -electromagnetic energUHFUHF局放局放侦查原理侦查原理UHFsensoroutput waveform100 nsclosed metal tank,1 m3E+E-air(free space)outline of a cylindrical bushing 圆柱形套管(r=5.5)HV conductorPD pulse0.5 ns导体局放波空气密封的金属箱 探头信号波形10.6.2UHF局部放电监测UHF局放侦查原理UHFoutput waveform100UHF band300-3000 MHzPD Pulse Width and Frequency PD Pulse Width and Frequency ContentContent0123456789100.510time (ns)PD current (A)T=0.2ns,q=540pCT=2.0ns,q=540pC0.0010.010.11101061071081091010frequency (Hz)spectral magnitude(normalized)PD pulse in Oil or SF6 PD pulse in Air PD pulse in Air is strongly attenuated at UHF 10.6.2UHF局部放电监测UHF bandPD Pulse Width and FreComparison between UHF technique and PD-physics(PD-CPWA)PD generation:Particle in SF6 gas 0.4MPaPositive:13,182 pps Negative:105 ppsPDBGNPD-CPWAUHFVoltagePulse current(mA)Electromagnetic wave(dBm)Electromagnetic wave(dBm)*11K.Nishizawa,etal:ParticleSizeIdentificationinGISbyUltraHighSpeedmeasurementofPD,CMD2008,Beijing,2008100Nagoya UniversityComparison between UHF techniq电磁波传感器的不同安装位置电磁波传感器的不同安装位置电磁波传感器的不同安装位置用埋入电极测量用埋入电极测量GISGIS局放局放用埋入电极测量GIS局放外天线法外天线法环形传感器及超高频前置放大器外天线法环形传感器及超高频前置放大器UHF传感器标定及测试UHF传感器标定及测试高压电力设备在线监测技术-第10章-GIS和高压断路器的在线监测与故障诊断ppt课件用用UHFUHF测测GISGIS局放局放用UHF测GIS局放UHF信号耦合装置信号耦合装置盘式测量电极嵌入环氧绝缘子的环式测量电极EpoxyinsulatorMetalN-typeconnectorResistor(500W)Loop-typemeasuringelectrodeMetalN-typeconnectorDisc-typeelectrodeInsulatorGISenclosureThe synchronous measurements of“Disc-A&Disc-B”,“Disc-A&Disc-C”were performed so as to -obtain the transmissivity that is normalized by the peak-to-peak value of the output of the Disc-A.-clarify how the kind of defects and couplers affect on the transmissivity.UHF信号耦合装置盘式测量电极嵌入环氧绝缘子的环式测量电极E特高频局放监测系统原理特高频局放监测系统原理特高频局放监测系统原理UHF局放监测系统案例分析局放监测系统案例分析例子1-核电厂UHF局放监测系统案例分析例子1-核电厂UHFUHF局放监测系统案例分析局放监测系统案例分析局放监测系统案例分析局放监测系统案例分析放电早期UHF局放监测系统案例分析放电早期 （一段时间后）高压电力设备在线监测技术-第10章-GIS和高压断路器的在线监测与故障诊断ppt课件 事故调查（连接处断裂）事故调查（连接处断裂）UHFUHF局放监测系统案例分析局放监测系统案例分析局放监测系统案例分析局放监测系统案例分析案例2：某核电站 GISUHF局放监测系统案例分析案例2：某核电站 GIS高阻抗的母线连接 高阻抗的母线连接 被烧坏的接触卡环 被烧坏的触点被烧坏的接触卡环 超声局放的测量原理超声局放的测量原理导体导体超声局放的测量原理导体超声局放的测量原理超声局放的测量原理局放源局放源反射超声传感器超声传感器高频高频低频低频低频低频超声局放的测量原理局放源反射超声传感器高频低频低频声测法局部放电试验声测法局部放电试验声测法局部放电试验超声局放检测现实例超声局放检测现实例超声局放检测现实例有害和无害的粒子有害和无害的粒子明显不同的幅值明显不同的幅值 和和/或或 飞行时间飞行时间 10 mm 长的长的 Al 粒子粒子 1 mm 长的长的 Cu 粒子粒子有害的有害的 无害的无害的有害和无害的粒子 10 mm 长的 Al 粒子 悬浮屏蔽悬浮屏蔽-132 kV 不加电压200 kV100 kV100 kV 紧固后 故障故障为连接锥体的弹簧未为连接锥体的弹簧未压紧压紧 仪器测到很高的局部放电仪器测到很高的局部放电 局放的电压相关性很强局放的电压相关性很强 紧固后局部放电水平大幅紧固后局部放电水平大幅度降低度降低悬浮屏蔽-132 kV 不加电压200 kV 100 275 kV 275 kV 母线上的毛刺母线上的毛刺 壳壳体表面测到局部放电体表面测到局部放电 局放的图性分析，确定缺陷为毛刺局放的图性分析，确定缺陷为毛刺 打开该间隔进行检查。打开该间隔进行检查。发现有微小颗粒，在壳体油漆上一条发现有微小颗粒，在壳体油漆上一条 15 mm划痕划痕 清扫后局放仍然存在。判断局放是由于划清扫后局放仍然存在。判断局放是由于划痕产生的痕产生的 决定以后适当的时候进行维修决定以后适当的时候进行维修记录的局放信号记录的局放信号清扫后记录的局放信号清扫后记录的局放信号 275 kV 母线上的毛刺 壳体表面测到局部放电记录的局放飞行颗粒飞行颗粒 420 kV 开关开关 第一第一幅为背景噪音测量幅为背景噪音测量 敲击壳体触发了颗粒的飞行敲击壳体触发了颗粒的飞行 对幅值分析认为是小颗粒对幅值分析认为是小颗粒飞行颗粒 420 kV 开关 第一幅为背景噪音测量振动传感器测局放振动传感器测局放各监测原理对比各监测原理对比各监测原理对比各监测原理对比1.电测法电测法(IEC270)作为一个工业标准，可以对局放准确定量分析，但运行局限性较大：由于对测量现场背景噪音非常敏感，为了获取较高的检测精度，必须将试品进行良好屏蔽；只可测量局放大小，无法判断局方类；无法进行局放定位分析；受试验设备容量限制，只可运行于小段试品上，无法在组装好的GIS 上开展。2.超声波检测法作为目前对GIS局放的一种常用的监测手段,有点如下:对动粒子造成的局放有较高的灵敏度；可运用时间差异法对局放进行定位；由于其是在GIS外部侦测信号，无需对GIS进行改造，不影响GIS的正常运行；但是，超声波信号衰减过大，如用作在线监测，则需沿GIS气室布置大量超声波探头，所以并不适于实际运作。各监测原理对比.化学法通过监测气室内的气体成分来判定是否发生局放放电。其优点是不受外界电子信号的干扰，但是由于GIS的气室大，在能侦测到GIS内气体成分由变化时，局放已经在高强度下持续发展了一段时间，因此：该手段无法侦测早期的缺陷不适应于大气室无法识别局放类型特高频法（）侦测由局部放电产生的电磁脉冲而引发的特高频波，虽然无法直接进行定量测量（），但通过对探头灵敏度的校验，可确定特高频波与局放量的转换关系。特高频法特点如下：整个GIS的气室可看作特高频波的传播导体灵敏度高，可侦测到以下的局放可通过时间差异法对局放进行精确定位国际大电网会议（）于年开展了侦测法的研究，并得到了以下结论：超声波法，电测法与特高频法具有良好的灵敏度超声波法不易受外界干扰，但是信号衰减强电测法受自身侦测手段限制，无法运用于投运的特高频法适合于投运的在线检测.化学法不同的局放测量技术的灵敏度的比较特高频超声波常规法 侦测游离体的灵敏度对比侦测游离体的灵敏度对比灵敏度不同的局放测量技术的灵敏度的比较特高频超声波常规法 局放侦测手段对比局放侦测手段对比局放侦测手段对比局放侦测手段对比特高频超声波常规法 绝缘体毛刺的灵敏度对比绝缘体毛刺的灵敏度对比 灵敏度局放侦测手段对比特高频超声波常规法 一次设备智能化一次设备智能化一次设备智能化思考问题1.为了为了保证保证GIS投运后的运行安全，现场进投运后的运行安全，现场进行绝缘试验是行绝缘试验是否否必要必要？2.GIS确内部缺陷确内部缺陷如何如何通过现场试验发现通过现场试验发现？3.GIS现场试验的最佳方法是什么？现场试验的最佳方法是什么？4.GIS在线监测技术都有什么？在线监测技术都有什么？130思考问题为了保证GIS投运后的运行安全，现场进行绝缘试验是否Thank you！131Thank you！131