[发明专利]可变结构的气体绝缘组合电器局部放电实验装置及其方法

说明书

技术领域

本发明属于电气设备绝缘在线监测技术领域，具体涉及气体绝缘组合电器绝缘在线监测的实验装置及实验方法。

背景技术

气体绝缘组合电器(GIS)具有绝缘强度高、运行稳定、占地面积少和维护工作量小等优点，在大中城市电网建设和改造中得到愈来愈广泛的应用。但是从近十年的运行实践看，国内外的GIS在运行中出现许多故障中，以绝缘故障为主。而绝缘故障主要由GIS内部存在的长期各种缺陷所产生的局部放电(PD)导致SF₆气体绝缘性能下降而引起的。由于GIS中产生的PD信号等值频率高(脉冲陡度可达1～2ns，等效频率可高达1GHz以上)、信号微弱(主要通过传感器检测GIS连接法兰处的泄漏电磁波来实现超高频检测)、周围存在的电磁干扰大(实验室和现场存在着大量的窄带干扰、白噪声干扰和各种随机干扰，微弱的GIS PD脉冲信号有时几乎完全被干扰信号所淹没)等特点，再加上PD放电的模式多种多样，检测和识别PD信号，保证GIS的安全可靠运行是亟待解决的难题。

对于GIS的PD的实验装置，首先要能模拟GIS的真实运行情况，以便准确检测和识别PD信号。目前国内外仅有少数研究单位开展了这方面研究。如英国、德国等，国内的如清华大学、西安交通大学、重庆大学等单位，但目前尚处于研究和应用的初步阶段。如专利号为“ZL200510057032.6”的“气体绝缘组合电器局部放电模拟实验装置及实验方法”公开的实验装置，由感应调压器、无晕实验变压器、无局放保护电阻、标准电容分压器、GIS模拟元件、内外超高频天线传感器、微带线滤波放大器、超高频智能多路开关、数字存储示波器、微型计算机组成。该装置的GIS模拟元件，只是简单的“一”形结构，在其上只装设了一个内置圆环超高频传感器，并可人为设置了绝缘子表面污秽缺陷、外电极毛刺缺陷、内电极毛刺缺陷和自由金属微粒缺陷等。“一”形结构的GIS模拟元件，通过一个内置超高频传感器与滤波放大单元连接，再与超高频智能多路开关连接。“一”形结构的GIS模拟元件直接与标准电容分压器连接而获得高电压实验电源。该装置及实验方法主要有以下缺点。

(1)不能模拟真实GIS中PD的检测和识别。

真实的GIS设备是由“一”形直线段部分和“T”形连接及“L”形连接部分组合而成。该实验装置的GIS模拟元件，只是简单的“一”形结构，仅能反映GIS中的直线段部分。在“T”形和“L”形结构中，PD信号的传播特性将发生根本性转变，除了电磁波的折射反射现象外，还伴随有电磁波传播模式转变等复杂电磁过程，其衰减的方式也将随电磁波模式转变而发生变化。因此现有装置不能模拟真实GIS中PD的检测和识别。

(2)不能进行超高频PD信号的传播特性的实验。

现有的实验方法为内加人工缺陷，使其在高电压下放电，通过检测系统采集信号再研究信号特性，但这种方法有其本质的局限。试验中，检测系统采集到的PD波形经过了一定距离传播并被传感器所衰减，由于不知道放电源的真实PD波形，所以无法确定信号在传播与采集过程的衰减和畸变情况，因此不能实现超高频PD信号的传播特性的实验。

(3)不能进行多个超高频PD信号相互影响的实验。

对于现有的实验方法，当出现多个放电源同时放电时，由于不知道每个放电源放电的精确时间及放电波形，因此也无法确定不同信号在同一空间中的叠加、衰减、放大及传播过程中的相互作用等问题。故不能实现多个超高频PD信号相互影响的实验。

(4)不能实现超高频PD放电量的标定研究。

超高频PD放电量标定是困扰超高频在线监测技术发展的难题。其放电量的大小不仅与信号幅值有关，还与波形相关。与“一”形结构相比，在“T”形和“L”形结构中，超高频PD信号不论幅值还是波形都将发生本质改变。因此，要标定超高频PD的放电量，必须深入了解其传播特性，根据采集到的超高频信号传播的距离和经过的结构，对其进行算法还原，得到放电源处信号的幅值和波形，然后才能标定其放电量。因此，现有的实验装置及实验方法均不能实现超高频PD放电量的标定研究。

发明内容

本发明的目的是针对现有GIS的PD实验装置及实验方法的不足，提供的一种可变结构的气体绝缘组合电器局部放电实验装置及其方法。本装置能模拟“T”形、“L”形和“一”形三种GIS中的结构；本方法能用于解决PD信号传播特性、多信号相互影响及超高频信号放电量标定等问题的实验研究，具有实验灵活、真实、准确等特点。