采用极性反转直流电压的GIS内部微粒检测方法

摘要

采用极性反转直流电压的GIS内部微粒检测方法，本发明在GIS内部布置金属性微粒缺陷；同期装置控制选向开关联通负极性直流电压；在GIS试验段内，获取线微粒、球形微粒及其多种数量（或长度）微粒组合时橡胶锤锤击前后超声信号水平数据库，比较获取正极性和反极性直流电压下典型超声信号水平差异及其量化标准；同期装置控制选向开关使得GIS高压端连接至正极性直流电压1分钟，然后选向开关选向至负极性直流电压1分钟，如此往复持续10分钟，消除施加直流电压引起的空间电荷和残余电荷的影响，区分GIS内部存在金属微粒的方法，本发明具有方法简单、功率小、易操作、便携、灵敏度高的显著优点。

说明书

技术领域

本发明属于GIS类电气设备内部微粒缺陷检测技术领域，尤其适用于GIS类设备内部金 属微粒的检测。

背景技术

GIS由于其体积小、运行稳定、灭弧能力强，常常用于电力系统关键领域。然而在GIS 长期运行情况表明，GIS具有很好的绝缘性能，但是GIS内部时常会出现金属微粒大大降低 其绝缘性能，是GIS安全稳定运行的最大隐患。因而电力科研工作者希望通过GIS带电检测 方法将GIS内金属导电微粒清除或者危险的金属微粒控制在较为安全的区域，尽可能避免和 消除GIS由于内部金属微粒引起的安全事故。

目前，GIS内绝缘缺陷，尤其是微粒缺陷的检测方法主要是脉冲电流法、超声法、超高 频法，这些方法对与GIS内金属微粒缺陷均有其独特的优势，并在实际GIS内金属微粒缺陷 检出方面有较为广泛的应用。这些方法对于金属导电微粒没有达到局放起始电压时，金属微 粒端部附近是不会产生电晕放电现象，也就不会有局部放电现象。虽然金属微粒在高场强作 用下会带电荷，在电场作用下会有力的作用而起跳或者运动，称之为“飞莹现象”，但是在交 流电压下由于在一个工频周期内微粒由于自身重力影响，加上微粒电场力作用，虽然具有一 定加速度，但是由于工频周期内交流电压方向发生改变，导致微粒飞行时间不长，很难达到 高压导体表面，因此交流电压下检测存在敏感性不足等问题。而金属微粒在直流电压下，由 于其电场方向单一，因而微粒在加速时能够飞行时间较长，因而其撞击GIS内表面具有较大 的幅度，所产生的超声振动信号也相应较强。

另外，交流电压在长期加压时，会使得GIS内部空间和绝缘子表面积累电荷，电荷积累 有可能影响电气设备绝缘性能，因而本发明针对以上问题，提出采用极性反转的直流电压检 测GIS内部金属微粒缺陷。该方法利用微粒在静止和运动超声信号幅值水平的大小，以及通 过极性变化的直流电压研究并确认微粒以上两种状态的超声信号水区分微粒的存在与否，然 后通过有序间隔的直流电压消除GIS内部残余电荷的影响。

发明内容

本发明的目的在于解决GIS内重要的金属微粒缺陷检测的实际问题，主要通过正极性和 负极性直流电压将微粒静止和运动时的超声信号水平进行比较，然后通过实验室获取的各类 数量和形状的金属微粒超声信号水平图谱进行特征对比，从而判断GIS内部是否存在金属微 粒。

本发明是通过下列技术方案来实现的。

采用极性反转直流电压的GIS内部微粒检测方法，本发明在GIS（Gas Insulated  Switchgear，气体绝缘组合电器)内部布置金属性微粒缺陷，通过同期装置控制选向开关联通 正极性直流电压，同时施加至GIS高压端及其导体，通过超声局放测试仪获取微粒静止时超 声信号水平，然后通过橡胶锤锤击GIS外壳，微粒起跳，获取微粒在正极性电压时的微粒运 动时超声信号水平，比较前后测试超声信号水平差异，评估和判断GIS内部微粒存在与否。 同期装置控制选向开关联通负极性直流电压，通过超声局放测试仪获取微粒静止时的超声信 号水平，然后通过橡胶锤锤击GIS外壳，微粒起跳，获取微粒在负极性电压时的微粒运动时 超声信号水平，比较前后两次测量信号水平差异，综合上次评估结果共同评估和判断GIS微 粒存在与否。在GIS试验段内，获取线微粒、球形微粒及其多种数量（或长度）微粒组合时 橡胶锤锤击前后超声信号水平数据库，比较获取正极性和反极性直流电压下典型超声信号水 平差异及其量化标准，从而评估和判断微粒存在情况，甚至可评估微粒类型及其数量级。同 期装置控制选向开关使得GIS高压端连接至正极性直流电压1分钟，然后选向开关选向至负 极性直流电压1分钟，如此往复持续10分钟，消除施加直流电压引起的空间电荷和残余电荷 的影响。

本发明的有益效果是：1）体积小、便携，易于控制和操作；2）利于发现GIS内部的金 属微粒缺陷。

下面结合附图及实例进一步阐述本发明内容。

附图说明

图1极性反转直流电压微粒检测方法示意图；

图2极性反转直流电压施加示意图（针对220kVGIS）。

图中：1、调压器低压端；2、调压器高压端；3、选向开关；4、接地；5、同期装置；6、高 压引线；7、正极性直流发生器低压端；8、负极性直流发生器低压端；9、正极性直流发生器 高压端；10、负极性直流发生器高压端；11、开关转动方向；12、开关；13、GIS、14、线微 粒；15、球微粒；16、高压导体；17、GIS外壳；18、超声传感器；19、前置处理器；20、 信号处理终端；21、橡胶锤。

具体实施方式

采用极性反转直流电压的GIS内部微粒检测方法，本发明的方法为：

（1）GIS内部布置金属性微粒缺陷，通过同期装置控制选向开关联通正极性直流电压，同时 施加至GIS高压端及其导体，通过超声局放测试仪获取微粒静止时超声信号水平，然后通过 橡胶锤锤击GIS外壳，微粒起跳，获取微粒在正极性电压时的微粒运动时超声信号水平，比 较前后测试超声信号水平差异，评估和判断GIS内部微粒存在与否。

（2）同期装置控制选向开关联通负极性直流电压，通过超声局放测试仪获取微粒静止时的超 声信号水平，然后通过橡胶锤锤击GIS外壳，微粒起跳，获取微粒在负极性电压时的微粒运 动时超声信号水平，比较前后两次测量信号水平差异，综合上次评估结果共同评估和判断GIS 微粒存在与否。

（3）在GIS试验段内，获取线微粒、球形微粒及其多种数量（或长度）微粒组合时橡胶锤锤 击前后超声信号水平数据库，比较获取正极性和反极性直流电压下典型超声信号水平差异及 其量化标准，从而评估和判断微粒存在情况，甚至可评估微粒类型及其数量级。

（4）同期装置控制选向开关使得GIS高压端连接至正极性直流电压1分钟，然后选向开关选 向至负极性直流电压1分钟，如此往复持续10分钟，消除施加直流电压引起的空间电荷和残 余电荷的影响。

见图1，该图示出了极性反转直流电压微粒检测方法示意图。该方法首先是通过调压器 高压端2连接至选向开关3，选向开关3通过高压引线6与正极性直流发生器低压端7和负 极性直流发生器低压端8分别连接而产生极性不同的直流电压，然后在GIS 13的高压导体16 施加正极性直流电压，同期装置5控制选向开关3和开关12同期连接；由于线微粒14或者 球微粒15一般处于静止状态，此时通过超声传感器18获取微粒静止时产生超声信号水平或 者噪声水平，然后通过橡胶锤21锤击GIS 13外壳，使得微粒能够脱离GIS 13壳体内部表面 的粘滞力，从而起跳，由于电场作用，使得微粒能够在GIS 13内部飞行，从而不断往复撞击 GIS壳体，从而产生超声振动信号，这些由超声传感器18获取的信号传输至前置处理器19， 前置处理器再连接至信号处理终端20，然后由信号处理终端20比较静止和运动状态的超声 信号水平的差异，判断微粒存在与否。此外通过负极性电压下的静止和运动状态的超声信号 水平的差异，联合确认微粒存在与否。

见图2，该图示出了极性反转直流电压施加示意图。图中显示了GIS 13高压导体16施加 正极性和负极性电压交替时间的关系，该方法的主要目的是通过交变的电压注入不同极性的 电荷，消除GIS 13由于内部试验过程中直流电压产生的电荷积累的影响，从而保证GIS 13 绝缘环境状态保持较高水平。