Gis局部放电仿真系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种GIS局部放电仿真系统，包括250kV变压器及配套测量控制系统，用于提供高压源，包含对所述250kV变压器提供的高压进行分压的250kV高压分压器；还包括：GIS管道，所述GIS管道的电压等级为110kV，单相，在管道的两侧具有套管，管道中带隔离开关，和在线监测接口，管道各段为可拆卸的独立结构，87kV下局放水平＜5pC；直流屏，为所述GIS管道内部的隔离开关的控制机构提供电源；能够对GIS管道中的局部放电进行测量的局部放电测量装置。该局部仿真系统的GIS管道具有在线监测接口，可以安装不同的传感器，从而对不同的在线监测装置进行测试，同时独立结构的管道拆卸方便可以模拟各种不同的绝缘缺陷。
【专利说明】GIS局部放电仿真系统
【技术领域】
[0001]本申请涉及高压输电领域，特别的涉及一种对GIS局部放电(简称:局放)进行仿真的系统，以及利用该系统对在线监测装置进行检查的方法。
【背景技术】
[0002]SF6气体绝缘组合电器(Gas Insulated Substation，GIS)是上世70年代出现的一种新型电器装置，它将断路器、隔离开关、快速接地开关、电压互感器、电流互感器、避雷器、部分母线、套管和/或电缆终端等电气元件封闭组合在接地的金属外壳中，以SF6气体作为绝缘介质，GIS内输电母线用环氧盆式绝缘子作为支撑绝缘，从而取代了以前的变电所内以裸导线连接各种电气设备、用空气作为绝缘的方法，其作用相当于一个开关站。GIS具有空间体积小、占地面积少、不受外界环境影响、运行安全可靠等优点，已经被广泛应用于城市供电、发电厂、大型工矿企业、石油化工、冶金和铁道电气化等高压输变电系统中。
[0003]应用GIS虽然有如上所述诸多的优点，但同时也具有检修工作复杂，工艺要求精细，一旦发生故障后果严重的问题的缺点。
[0004]GIS的维修方式正在向状态维修(Condition Based Maintenance, CBM)方向发展，而在线监测和故障诊断技术则是状态维修的重要依据。对GIS的在线监测，监测局部放电是最有效的方法。局部放电既是GIS绝缘劣化的征兆和表现形式，又是绝缘进一步劣化的原因。GIS的局部放电在线监测，由于GIS结构的特殊性，可以分为外部电极法、接地线电磁耦合法、绝缘子中预埋电极法、超高频检测法等电学在线监测方法和机械振动监测法、气体检测法、光学检测法等非电量在线监测方法。但是现阶段的GIS局部放电在线监测装置，在安装前，无法对其的现场抗干扰能力、局放定位能力以及故障模式识别能力进行评估，电力系统运行部门也无法完全信任在线监测装置所显示的结果，只有在GIS发生问题后停电检修才能得到验证，这种状况，不利于电力系统的安全可靠运行，也不利于“状态检修”的实现。
[0005]因此本发明所要解决的技术问题为:
[0006]1、如何在使用前对GIS局部放电在线监测装置进行检测，并且进一步的能够对其进行校正，以便给电力部门提供完全可信的在线监测结果。
[0007]2、如何在使用前判断GIS局部放电在线监测装置是否能够满足实际工作的需要，例如具体的来说，是否能够抵御雷电的冲击，在隔离开关开合容性小电流后，在线监测系统能否正常的工作。
实用新型内容
[0008]针对上述提到的所要解决的技术问题，本专利搭建一个开放式的GIS局部放电仿真平台，装有不同方法的在线监测系统，使用校验过的测量仪器进行量值传递，对使用不同方法的在线监测系统的准确度进行检测。
[0009]进一步的，本发明提供了开放式GIS局部放电仿真平台的使用方法，能够对搭载在该平台中的各种不同方法的在线监测系统进行功能检查和校准。
[0010]进一步的，本发明还能利用开放式GIS局部放电仿真平台对各种不同方法的在线监测系统进行环境测试，模拟一定的工作环境，检测在一定的雷电冲击和/或在隔离开关开合容性小电流后，该在线监测系统是否能够正常的工作。
[0011]对此，本发明的技术方案为:
[0012]—种GIS局部放电仿真系统，包括:
[0013]250kV变压器及配套测量控制系统，用于提供高压源，且包含250kV高压分压器，对所述250kV变压器提供的高压进行分压，降为低电压便于测量；
[0014]GIS管道，所述GIS管道的电压等级为110kV，单相，在所述GIS管道的两侧具有套管，在管道中带隔离开关，和在线监测接口，所述管道各段为可拆卸的独立结构，87kV下局放水平<5pC ；
[0015]直流屏，为所述GIS管道内部的隔离开关的控制机构提供电源；
[0016]局部放电测量装置，所述局部放电测量装置能够对GIS管道中的局部放电进行测量，为基于脉冲电流法的可进行校准的局部放电测量装置。
[0017]该局部仿真系统的GIS管道具有在线监测接口，可以安装不同的传感器，从而对不同的在线监测装置进行测试，同时独立结构的管道拆卸方便可以模拟各种不同的绝缘缺陷。这样，GIS局部仿真系统能够模拟不同的绝缘缺陷对不同的在线监测装置进行检测。
[0018]优选地:所述局部放电测量装置为基于脉冲电流法的局部放电测量装置，为可溯源装置，其参数为:2通道，测量灵敏度:0.lpC ;测量频带:10kHz?500kHz ；脉冲分辨时间:小于100 μ s，增益范围-20dB?+40dB四档可调；校准脉冲发生器:输出标准脉冲上升沿小于60ns，下降沿大于100μ s，校准电荷量误差〈±5%。采用脉冲电流法的局部放电测量装置能够对在线监测装置进行对比和校准。保证在在线监测装置投入使用后所获得的数据是可靠可信的。
[0019]优选地:所述GIS管道的所述在线监测接口能够连接不同的在线监测装置，所述在线监测装置为电学在线监测方法或非电学在线监测法的在线监测装置。所述电学在线监测方法为外部电极法、接地线电磁耦合法、绝缘子中预埋电极法或超高频检测法。所述非电学在线监测法为机械振动监测法、气体检测法或光学检测法等。GIS能够配合不同的在线监测装置进行监测，并对这些在线监测装置进行检查和校准。
[0020]优选地:在GIS管道放入模拟绝缘缺陷。所选取的模拟绝缘缺陷包括由自由金属微粒缺陷、金属污染缺陷、绝缘子与内导体间气隙缺陷和金属突出物缺陷所组成的组中的一个或多个。GIS管道能够模拟不同的绝缘缺陷，成为一种开放式的仿真平台。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1为根据本发明的示例性的GIS局部放电仿真系统图；
[0022]图2为根据本发明的一种示例性的GIS管道的正视图；
[0023]图3为图2所示GIS管道的俯视图。
[0024]其中1.250KV实验变压器及配套测量控制系统，2.保护电阻，3.GIS管道，4.模拟绝缘缺陷，5.套管，6.在线监测接口，7.在线监测装置，8.外置天线传感器，9.隔离开关。【具体实施方式】
[0025]下面结合附图，以实施例的方式说明本发明的技术方案。
[0026]实施例1:
[0027]参见附图1，本发明的GIS局部放电仿真系统包括250kV变压器及配套测量控制系统1、保护电阻2、GIS管道3、直流屏、局部放电测量装置。其中250kV实验变压器及其测量控制系统I的作用在于搭建仿真系统的高压电源环境。在一个例子中，250kV实验变压器的参数为输入电压:AC:0~400V ;输出电压:O~250kV，容量:250kVA ;阻抗电压:〈8% ；空载损耗:〈5% ;电压畸变:〈3%。I中包含250KV高压分压器测量试验变压器的输出电压在一个例子中，250KV高压分压器的参数为:分压比:1000:1 ;测量电压:AC:0~250kV ;精度:1.5级；工作温度:_25°C~40°C。保护电阻2为试验变压器提供过电压保护，防止试验中突然出现的大电流对变压器造成损坏，GIS管道3如图1、2所示，是一种开放式平台，其电压等级IlOkV ;单相，两侧具有套管5用于加压和外接其它设备，管道各段为可拆卸的独立结构，且管道可以在没有SF6的情况下从监测接口打开，便于放入模仿各种典型放电类型如毛刺、金属悬浮物的模拟绝缘缺陷4，GIS管道3带有隔离开关9，管道部分有例如开口形式的在线监测接口 6，可用于内置传感器，GIS管道3在87kV下局放水平<5pC。系统还包括经过校准的局部放电测量装置以测量在GIS管道3的局放，并记录局放起始电压，与在线监测装置7测得的局放起始电压对比，比较两者的灵敏度。系统还包括直流屏，主要作用是为GIS管道内隔离开关的控制机构提供电源，在一个例子中，直流屏包括直流电源箱、微机监控系统、充电模块、电池等，制造标准为GB / T19826-2005 ;直流电源箱主要参数:输入电压:交流220V+15% ;输出电压:直流220V ;输出电流:最大9A ;稳压精度:< ±0.5% ;使用环境温度:_10°C —+40°C。电池模块主要参数:输入电压:交流220V+15%;输出电流:最大IOA ;输出电压:直流220V ;稳压精度 .( ±0.5% ;使用环境温度:-10°C —+40°C。电池容量:40Ah微机监控系统主要功能:过压、欠压告警功能，电池管理功能，输出控制等。
[0028]在本实施例中，250kV变压器及配套测量控制系统1、保护电阻2 —起搭建了模拟的高压环境，并加载到GIS管道3。GIS为开放的平台，可以带有在线监测接口 6，该在线监测接口 6的形式为开口的形式以搭载内置传感器，从而加载不同的在线监测装置7，在线监测装置除了具有内置传感器，还可以由外置天线传感器以进行不同形式的GIS管道局放的监测。而独立结构的管道3拆卸方便可以模拟各种不同的绝缘缺陷。这样就构成了开放式的GIS局部放电仿真系统。而经过校正的局部放电测量装置也能同时地监测管道内的局放，记录局放初始电压，并与所加载的不同的在线监测装置7的局放初始电压进行比较，以便对在线监测装置7进行校准。
[0029]实施例2: [0030]本实施例与实施例1的结构相同，不同的是，对在线监测装置7进行校准的局部放电装置可以为各种不同的常用的局部放电装置。优选地，该局部放电装置为基于脉冲电流法的局部放电测量装置。在一个例子中，其参数为:2通道，测量灵敏度:0.1pC ;测量频带:IOkHz~500kHz ;脉冲分辨时间:小于100 μ S，增益范围-20dB~+40dB四档可调；校准脉冲发生器:输出标准脉冲上升沿小于60ns，下降沿大于100 μ S，校准电荷量误差〈±5%。
[0031]实施例3:
[0032]本实施例与实施例1的结构相同，只是进一步的限定了在线监测装置7的类型。在线监测装置7可以为电学在线监测方法的在线监测装置和非电学在线监测法的在线监测装置。其中电学在线监测方法为外部电极法、接地线电磁耦合法、绝缘子中预埋电极法、超高频检测法。其中非电学在线监测法为机械振动监测法、气体检测法、光学检测法等非电量在线监测方法。这些在线监测装置能够通过GIS管道中的在线监测结构对GIS管道中的局放进行监测，其具有内部传感器，其也可以具有外部传感器，也可以不具备外部传感器。
[0033]实施例4:
[0034]本实施例与实施例1的结构相同，只是进一步的限定了模拟绝缘缺陷。模拟绝缘缺陷模型包括自由金属微粒缺陷物理模型，金属污染缺陷物理模型，绝缘子与内导体间气隙缺陷物理模型和金属突出物缺陷物理模型，这仅仅是一组具体的模型，现有技术中存在这些类型的模型，这些模型本身也并不是本发明创新所在。在实际测试中，所选取的模拟绝缘缺陷模型包括上述缺陷模型中的一个或多个。
[0035]应当明白，实施例1-4之间是可以相互结合的。
[0036]实施例5:
[0037]在本实施例中，公开了利用实施例1-4所搭建的GIS局部放电仿真系统，对各种在线监测系统进行功能性的检查方法。首先将待检的GIS局放在线监测装置7按其现场安装方式，安装于GIS管道3上，在管道内分别模拟不同模式的典型绝缘缺陷4，通过套管5给管道3加电压，记录在线监测装置7测得的局放起始电压，检验在线监测装置7是否能够识别缺陷模式，进一步的，如有定位功能，则考核其是否能够对缺陷点进行定位，记录实际缺陷点位置及在线监测装置定位的位置，实验过程中使用局放测量装置，例如基于脉冲放电法的局放测量装置监测GIS管道3的局放，并记录局放起始电压，与在线监测装置7测得的局放起始电压对比，比较两者的灵敏度，并可以用于对在线监测装置7的校准。
[0038]实施例6:
[0039]本实施例基本与实施例5相同，不同的是其进一步对在线监测装置7能否在极端的工作条件下工作进行了测试。该极端工作条件为雷电冲击实验。该测试的步骤为:将待检的GIS局放在线监测装置7按现场运行方式安装于GIS管道3上，对管道施加标准雷电冲击，电压550kV，正负极性各3次，判断本实验后在线监测装置7是否能够正常工作。
[0040]实施例7:
[0041]本实施例基本与实施例5相同，不同的是其进一步监测了 GIS管道隔离开关特性，判断在隔离开关开合容性小电流实验，在线监测装置7是否能正常工作。其步骤为:将待检的GIS局放在线监测装置7按现场运行方式安装于GIS管道3上，GIS管道3 —端套管5连接电容量为5000pF的电容器,另一端5施加电压63.5kV,同时操作隔离开关开合,开合3次，判断本实验中及实验后在线监测装置7是否能正常工作。
[0042]应当明白，实施例5-7之间能够相互结合。对于实施例6、7，其与实施例5结合时，实施例6、7的执行的顺序不做特别的要求，只要在安装好待检的GIS局放在线监测装置后即可进行。
[0043]本发明公开了一种GIS局部放电仿真系统的建立，通过建立GIS管道系统，模拟GIS内部的特征绝缘故障模式，模拟GIS运行中可能遇到的各种过电压情况，同时可以在GIS管道上安装各种不同的在线监测系统，通过对安装在GIS上的局部放电在线监测装置的性能进行检测，检测其局放定位、模式识别的准确性，检测其抗干扰能力，也可检验装上在线监测装置后对GIS的绝缘性能是否有影响。通过对GIS局部放电在线监测装置性能的全面检测，提高入网的在线监测装置的质量以及可信度，为电力运行部门提供可靠的在线监测装置，使其可信任GIS局放在线监测所监测的数据，对GIS的绝缘状况进行准确的评估，对故障及时准确地排除，保障电力系统的安全可靠运行。
[0044]例如:1、建立一套标准方波标准源，该装置能在实验室环境下对被试设备基本性能进行考核。2、在实验室环境下，对被试设备和实验室标准源进行比对。实验在带有人工制造缺陷的样品上进行，对实验室环境条件下，被试设备局放量、波形和缺陷识别功能进行考核；3、在现场干扰环境下，对被试设备和标准源进行比对。实验在带有人工制造缺陷的样品上进行，对现场干扰环境下，被试设备局放量、波形和缺陷识别功能进行考核。
[0045]以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的【具体实施方式】仅限于此，上述实施例之间可以进行相互结合。对于本发明所属【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定保护范围。
【权利要求】
1.一种GIS局部放电仿真系统，包括:.250kV变压器及配套测量控制系统，用于提供高压源，且包含250kV高压分压器，对所述250kV变压器提供的高压进行分压，降为低电压便于测量；GIS管道，所述GIS管道的电压等级为llOkV，单相，在所述GIS管道的两侧具有套管，在管道中带隔离开关，和在线监测接口，所述管道各段为可拆卸的独立结构，87kV下局放水平< 5pC ；直流屏，为所述GIS管道内部的隔离开关的控制机构提供电源；局部放电测量装置，所述局部放电测量装置能够对GIS管道中的局部放电进行测量，为基于脉冲电流法的可进行校准的局部放电测量装置。
2.根据权利要求1所述的GIS局部放电仿真系统，其特征在于:所述局部放电测量装置为基于脉冲电流法的局部放电测量装置，为可溯源装置，其参数为:2通道，测量灵敏度:0.lpC ;测量频带:10kHz?500kHz ;脉冲分辨时间:小于.100 μ S，增益范围-20dB?+40dB四档可调；校准脉冲发生器:输出标准脉冲上升沿小于.60ns,下降沿大于100 μ s,校准电荷量误差< ±5%。
【文档编号】G01R35/00GK203535206SQ201320086648
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年2月26日 优先权日:2013年2月26日
【发明者】王保山, 刘翔, 叶国雄, 郭克勤, 熊易, 汤霖, 付超, 胡民杰, 杨亚北, 彭超, 张锐, 黄华, 代静, 汪英英, 刘彬, 童悦, 杨帆 申请人:中国电力科学研究院, 国家电网公司