[发明专利]罐式断路器局部放电检测方法

说明书

技术领域：

本发明涉及电力传输设备检测方法，进一步讲涉及罐式断路器局部放电的检测方法。

背景技术：

对局部放电进行运行监测的主要困难在于消除各种干扰的影响，如何从强大的电磁干扰中提取微弱的放电脉冲信号。国内外已经提出了许多方法。

1、外复电极法

SF6断路器为金属外壳，接地点多，不宜从接地线上提取局部放电脉冲电信号。外复电极是提取局部放电脉冲信号的方法之一。在SF6断路器外壳上敷上绝缘膜与金属箔电极，外壳与金属箔电极形成小电容，局部放电引起的脉冲信号通过该小电容耦合到检测阻抗上，即可进行监测。

由于外复电极法提取局部放电脉冲信号的效果比不上内置电极法的效果，为此可采取内置电极以提取局部放电的脉冲信号。例如在盆式绝缘子内靠近接地端预先埋设电极以提取信号。也可将断路器法兰稍加改造，在法兰内部加装金属电极，与外壳形成电容，提取信号。内置电极法的监测效果好，但需对断路器本体进行改造，这往往是不易实现的。

2、超高频检测法

SF6设备采用高压力SF6气体绝缘，耐电强度高，放电引起的脉冲电信号的上升沿极陡，约在0.35-3ns之间，频谱中高频分量可达吉赫数量级，因此可选择超高频段(数百兆赫至数吉赫)进行局部放电的检测。超高频检测法具有以下显著优点：1)由于各种电磁干扰的辐射频率低，选择适当的超高频段可以显著提高信噪比；2)断路器以外的超高频电磁干扰信号很微弱，传播时衰减很快，故对断路器现场测试的干扰影响较小，而断路器的金属同轴结构构成良好的波导，其内部放电产生的超高频信号则可有效传播，这也有利于提高信噪比。超高频检测时一般是采用内部电极或外部电极作为耦合器来提取放电信号。由于内部电极设置上有困难，因此多采用体外检测方式。断路器多处装有盆式绝缘子，于是外壳存在绝缘缝隙，当电磁波沿断路器的金属筒传播时，部分电磁波可以从这里辐射出来。采用无线式传感器，放置在断路器盆式绝缘子外缘，就能从外部测得内部放电的信号。为消除空间干扰的影响，但传感器需采取适当的屏蔽措施，目前此技术还不成熟。

3、机械振动法

局部放电会产生声波。因此，在断路器壳体外表面装设振动传感器，可以监测内部的放电。由于气体和钢板声阻匹配不好，界面衰减较大，因此从断路器外壳上测得的声波，往往是沿固体材料以最短的距离传到壳体后，以横波的形式传播到传感器的。局部放电产生的声波频谱分布很广，但断路器中高频分量在传播过程中严重衰减，所以机械振动法检测到的主要是声波中的低频分量。

总之，当前虽有一些断路器局部放电监测诊断仪已投入运行，却远未推广，一是价格昂贵，二是故障诊断技术本身尚需完善提高，从而使此项研究开发工作仍在继续开展并形成热点。

发明内容：

本发明要解决的技术问题是提供一种超高频罐式断路器局部放电的检测方法。

在断路器局部放电运行监测系统中，信号检出以超高频检测法的信噪比最高，优点最突出，因此是一种很有发展前途的检测技术。UHF法正也是基于电磁波在断路器中的传播特点而发展起来的，尽管在别的电气设备(如电机、电缆)中也有应用，但比较起来，此法特别适用，断路器中局部放电信号的监测，尤其是现场监测。对断路器中上述各类缺陷的诊断均已有研究。它的最大优点是可有效地抑制背景噪声，如空气电晕等产生的电磁干扰频率一般均较低，可用宽频法UHF对其进行有效抑制；而对超高频通信、广播电视信号，由于其有固定的中心频率，因而可用窄频法UHF将其与局部放电信号加以区别。所以罐式断路器局部放电检测仪采用了UHF前沿技术，对断路器系统的安全稳定和经济运行具有重要意义。

放电电磁波的传输特性，研究和试验表明，GIS中由局部放电辐射出的特高频电磁波，其在同轴波导中传播时，不仅存在横向电磁波(TEM)，而且还有横电波(TE)和横磁波(TM)。TEM波为非色散波，它能以任何频率在GIS中传播，而TE、TM波则不同，各自具有截止频率f_c，其取决于GIS的同轴尺寸，只有当电磁波频率f>f_c时，电磁波才能传播。

将母线腔，近似为同轴波导系统，内导体外半径为a，外导体的内半径为b。两导体之间充有SF6气体，其介电常数为ε，导磁率为μ，其中外导体模拟GIS外壳，电位为零。对图1所示的同轴波导，场域(a≤r≤b)内任一点其场量E和H满足下列麦克斯韦方程