[发明专利]一种适用于陡波侵入GIS绝缘状态在线监测诊断方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及GIS绝缘状态在线监测领域，更具体地说，涉及一种适用于陡波侵入GIS绝缘状态在线监测诊断方法及装置。

背景技术

气体绝缘金属封闭式组合电器(Gas Insulated Switchgear，简称GIS)在实际运行和实验中发现，GIS内部的隔离开关在切合小容量负载时，由于触头运动速度慢、隔离开关灭弧能力弱等原因，触头间可能会发生重击穿，产生波头很陡的行波，在GIS内发生多次折反射，形成频率高达MHz数量级的操作过电压，称之为快速暂态过电压(very fast transient over-voltage，VFTO)。VFTO含有三个主要的频率分量：2MHz的基本振荡频率、10MHz的高频分量和40MHz的快速暂态分量，其中40MHz的快速暂态分量是陡形侵入波在GIS中发展形成的，直接影响着GIS的绝缘。

在实际运行中多次发生由VFTO过电压引发的事故，GIS中的支撑绝缘子通常是GIS绝缘中最薄弱的环节，GIS在制造和运行中都难免会产生由于导电微粒等原因所导致的电场集中，特别是GIS在加工、装配过程中以及开关操作时的电弧燃烧都会产生一些导电微粒，导电微粒在电场作用下很容易附着在绝缘子表面，使绝缘子沿面闪络电压显著降低。研究结果表明：当GIS中的盆式绝缘子表面无导电微粒附着时，VFTO作用下的SF6气隙击穿电压并不比其在雷电作用下的击穿电压低(在GIS设备选型时，就是以雷电冲击过电压为依据加以选择的)。而当绝缘子表面存在由金属微粒或表面电荷集聚等原因造成的局部电场集中时，即使在实际应用气压范围(0.3-0.5MPa)内，VFTO作用下的绝缘子沿面放电电压也远低于雷电作用下的沿面放电电压值。

无论是雷电冲击电压还是由GIS中的隔离开关分合母线电容电流时产生的快速暂态过电压，均具有上升时间短及幅值高的特点，因此当这些陡波侵入GIS中时，可能会在GIS的不同部位，如高压开关本身、绝缘间隙、绝缘子、套管等出现故障，这不仅影响金属封闭开关设备本身的可靠性，而且对其邻近的电力变压器绝缘结构也造成很大危险。

当运行工况下GIS遭遇陡波电压侵入时，可能使本来不发生局部放电的GIS类设备发生局部放电。假定当两种电压叠加时，陡波与交流的放电机理相互没有影响，当冲击电压的幅值足够高时，使得总的电压幅值达到主放电的电压U_cB时，出现放电。这次放电建立起很高的反向电压，随着陡波冲击电压下降，就会在几十μs内出现几次放电，这过程与冲击电压下的局部放电过程相同。在冲击电压消失后，气隙上经过几次放电会留下一定的残余反向电压U_p，这个电压叠加在交流电压上，随着交流电压瞬时值U_C’的升高，一旦达到气隙的交流击穿电压U_cB时，又出现放电，如图1(a)表示只发生一次放电，以后就不会再出现放电；图1(b)表示不仅在第一个半周出现放电，而且在以后各个半周期内都会持续出现放电，显然后者对绝缘的破坏严重得多。是否会出现这种情况，决定于交流电压的幅值、冲击放电的剩余电压幅值、冲击电压作用在交流电压上的相位以及缺陷的放电电压等。绝缘劣化缺陷在冲击电压下产生放电后，绝缘缺陷的击穿电压会降低，再加上剩余电压的叠加影响，总是会加剧局部放电，因此，实时在线监测陡波侵入GIS绝缘状态变化，对于GIS类设备安全运行具有重要的实际意义。因此陡波侵入GIS绝缘状态在线监测诊断方法具有重要的工程应用价值。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种适用于陡波侵入GIS绝缘状态在线监测诊断方法及装置，可实时监测陡波电压侵入前后GIS绝缘状态变化，提供陡波侵入电压类型、GIS局部放电类型及击穿定位结果。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种适用于陡波侵入GIS绝缘状态在线监测诊断方法，包括以下步骤：

S1、采用窄带电流传感器和宽带高频电流传感器穿套在GIS设备接地线上，用于接收接地电流信号，接地电流信号转换为电压信号，电压信号通过陡波过电压侵入保护后端处理器的浪涌保护器；

S2、将超声波传感器分别布置在各气室支撑绝缘子旁，并布置相应供电单元和前置放大器，陡波侵入运行工况GIS类设备时，超声波将接收到相应超声波信号；

S3、GIS设备在运行工况下出现陡波侵入时，窄带电流传感器将接收频率范围在20kHz-3MHz内的陡波基本振荡频率信号，记时刻T1，最大幅值记为A1，宽带高频电流传感器将接收频率范围在1MHz-50MHz的陡波高频振荡频率信号，记时刻T2，最大幅值记为A2；记A=A1-A2，T=(T1+T2)/2；