开关柜特高频局部放电在线监测系统

产品概述

高压开关柜是电力系统配电网中的关键设备,变电站变压器低压侧大多采用开关柜设备,连接变压器和负荷用户。其主要作用是进行开合、控制和保护用电设备。近年来,随着开关柜制造质量有所提高,配网改造力度的加大,开关柜事故率有所降低。但在设计、制造、安装和运行维护等方面仍存在着不同程度的问题,例如仍存在绝缘等级差、防护等级不符合要求、防爆能力不足等安全隐患,而且开关柜一旦发生故障,影响范围很大,危害程度很高。因此,近年来运维单位为提高开关柜的运行可靠性,广泛开展开关柜状态在线检测,包含触头在线测温、局部放电在线监测以及机械特性在线监测。其中局部放电在线监测可有效发现开关柜潜伏性的绝缘缺陷,确保开关柜设备可靠运行。

 

目前在开关柜状态检测中,大多采用暂态地电压、非接触式超声波以及柜外特高频法进行巡检。由于暂态地电压和非接触式超声波灵敏度有限,而且抗干扰能力较弱,现场使用效果并不理想。体外特高频法由于传感器布置在开关柜的金属柜体外部,只能接受从柜体缝隙处泄露出的局部放电特高频信号,因此检测灵敏度也大大降低。因此可见目前的带电检测巡检很难发现开关柜内部的一些早期缺陷。而且带电巡检通常存在长至半年的检测周期,对于一些开关柜内发展较快的缺陷,定期巡检存在天然的短板。因此对于一些重要的开关柜设备进行局部放电在线监测意义重大。

 

目前开关柜局部放电在线监测大多数解决方案是通过在开关柜柜体外壁的玻璃观察窗附近增设外置特高频传感器或在外壁固定布置暂态地电压传感器,这种方式在传感器供能及信号传输方面存在诸多不便,而且对于SF6气体绝缘的开关柜或观察窗内装设有屏蔽网的开关柜,这种传感器布置灵敏度极低。也有一些解决方案将传感器至于开关柜高压柜内,这种方式存在绝缘风险。我公司经过与清华四川能源研究院长期合作研究,探索出一种全新的解决方案,具有较高的检测灵敏度和抗干扰性能,而且供能可靠、安装方便,与一次高压回路没有任何关联,传感单元装设在二次继保隔室内,没有任何绝缘风险。既适用于在运开关柜改造和新建开关柜成套配置。

 

本产品采用基于特高频电流穿心传感(UHFCT)原理,当开关柜内部的绝缘中存在局部放电时,局部放电在开关柜电路中产生高频暂态,使得与高压导体相连的带电指示器信号引出线上将流过高频暂态电流。因此在开关柜带电指示器信号引出线上加装穿心式特高频电流传感器,即可实现开关柜的局部放电检测。本产品能够实现开关柜内局部放电的实时监测,包括局部放电信号的幅值、相位、放电频次,并生成局部放电的工频单周实时波形、PRPS和PRPD放电特征图谱,以及局部放电发展的发展趋势图。利用图谱特征分析,自动进行故障模式识别,分析和预测局部放电缺陷的严重程度和发展趋势,对绝缘缺陷进行实时报警,为绝缘状态诊断提供可靠判据。

 

 

技术参数

  穿心电流传感器有效测量频带:100MHz~1000MHz;平均等效阻抗大于15Ω。

  放大单元增益>45dB,有效带宽>500MHz。

  智能监测终端(子IED)采样率为50MS/s、带宽20MHz,可同时接入10路监测通道。

  系统检测的最小放电量<5 pC,检测范围可有效覆盖3面开关柜(灵敏度<10pC)。

  系统可实现局部放电信号的幅值、相位、放电频次的实时监测,提供局部放电的工频单周 实时波形、PRPS和PRPD放电特征图谱,以及局部放电发展的发展趋势图,放电故障类型自动诊断正确率不低于95%。

 

 

产品优势

  灵敏度高、覆盖范围广。

  检测频带高、抗干扰能力强。

  传感单元与开关柜高压区域隔离,安全可靠性高。

  供电可靠、安装便捷。

  缺陷库丰富,故障模式识别高,可实现初步定位。

 

 

产品结构

系统结构采用网络拓扑的结构形式,见下图。系统按监测功能包括:特高频穿心电流传感器(UHFCT)、放大单元、监测终端、综合监控主机。

 

 

1)特高频穿心电流传感器

采用合金铁磁新材料设计的特高频穿心电流传感器,可检测100MHz-1000MHz特高频电流信号,其等效阻抗如下图所示,最大等效阻抗可达36Ω,平均等效阻抗大于15Ω。

 

实物图和安装图

 

 

2)放大单元

为了降低干扰提高检测灵敏度,设计了放大单元,其检测频带在100MHz~1000MHz,放大单元增益>45dB,有效带宽>500MHz。同时通过放大单元将模拟信号转换成光纤信号,并且具备原始高频信号输出口,用于后续放电定位以及自检。

 

3)智能监测终端

对上传的局放模拟信号进行同步采集,采样率为50MS/S、带宽20MHz,可同时接入10路监测通道,采样精度12位。通过TCP/IP协议与上位机连接。

 

 

4)上位机和在线监测软件系统

开关柜局部放电在线监测系统软件由系统软件、支持软件和应用软件组成。软件系统采用模块化结构设计,以方便修改和维护。设计的可靠性、兼容性、可移植性、可扩充性及界面的友好性等性能指标均满足系统本期及远景规划要求。

 

系统可实现局部放电信号的幅值、相位、放电频次的实时监测,提供局部放电的工频单周实时波形、PRPS和PRPD放电特征图谱,以及局部放电发展的发展趋势图,放电故障类型自动诊断正确率不低于95%。

 

 

典型业绩

  (1)国网四川省电力公司遂宁供电公司

  于2018年12月,在110kV乌木变电站投运10套开关柜特高频局放在线监测系统。

 

  (2)国网四川省电力公司德阳供电公司

  于2019年1月,在110kV元石变电站投运24套开关柜特高频局放在线监测系统。

 

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