專利名稱：六氟化硫氣體絕緣全封閉組合電氣的局部放電檢測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)中高壓絕緣設(shè)備的安全檢測(cè)的技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種SF6氣體絕緣全封閉組合電氣的局部放電檢測(cè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：
氣體絕緣開關(guān)裝置由于占地面積小、可靠性高、受外部環(huán)境影響小，抗震能力強(qiáng)及維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)外得到了越來(lái)越廣泛應(yīng)用。氣體絕緣開關(guān)裝置組成結(jié)構(gòu)是將諸如斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)、TA(電流互感器)、TV(電壓互感器)、母線等電力設(shè)備通過密封法蘭和內(nèi)部導(dǎo)電桿的金屬觸頭連接，密封在充有一定壓力的SF6氣體的封閉金屬腔體內(nèi)，由于SF6氣體良好的絕緣性能，因此相比敞開式變電站，整個(gè)氣體絕緣開關(guān)裝置結(jié)構(gòu)尺寸可以做得較小，但同時(shí)對(duì)整個(gè)裝置的制造和組裝工藝也提出了更高的要求。
國(guó)內(nèi)的氣體絕緣開關(guān)裝置設(shè)備多是在20世紀(jì)80年代求和90年代初開始投入電網(wǎng)運(yùn)行，目前已經(jīng)運(yùn)行了將近20年時(shí)間，已經(jīng)到了一個(gè)事故的高發(fā)階段，最近幾年關(guān)于氣體絕緣開關(guān)裝置的事故報(bào)道也是時(shí)有不斷，因此對(duì)正在運(yùn)行中氣體絕緣開關(guān)裝置沒備的絕緣性能進(jìn)行跟蹤檢測(cè)是非常有必要的，影響該設(shè)備絕緣性能的主要因素有SF6氣體的含水量、絕緣支撐件的內(nèi)部或表面缺陷、制造過程中或運(yùn)行中產(chǎn)生的自由金屬微粒、電極表面的毛刺突起、由于螺絲松動(dòng)或接觸不良造成的懸浮電位及安裝過程中造成的遺留物等。這些潛在的缺陷最主要的先兆表現(xiàn)就是局部放電。因此檢測(cè)氣體絕緣開關(guān)裝置局部放電能發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部早期的絕緣缺陷，對(duì)這些早期缺陷采取相應(yīng)的措施，可以避免由氣體絕緣開關(guān)裝置事故造成的電網(wǎng)停電。
由于氣體絕緣開關(guān)裝置在結(jié)構(gòu)上是全封閉的，直接從內(nèi)部檢測(cè)其可能出現(xiàn)的故障征兆在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)較麻煩，而且必須是在氣體絕緣開關(guān)裝置廠家在生產(chǎn)環(huán)節(jié)上直接將某些傳感器或其他檢測(cè)裝置安裝在氣體絕緣開關(guān)裝置內(nèi)部，有些時(shí)候這些檢測(cè)裝置本身就可能是引起故障的原因之一，因此國(guó)內(nèi)外大部分廠家和氣體絕緣開關(guān)裝置用戶一般不希望采用內(nèi)置式在線檢測(cè)方式。
因此，現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法從氣體絕緣開關(guān)裝置外部檢測(cè)并定位其局部放電，給早期發(fā)現(xiàn)、定位其內(nèi)部絕緣缺陷并采取相應(yīng)措施造成了困難。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種SF6氣體絕緣全封閉組合電氣的局部放電檢測(cè)系統(tǒng)，以從氣體絕緣開關(guān)裝置外部檢測(cè)、定位其絕緣缺陷。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的SF6氣體絕緣全封閉組合電氣的局部放電檢測(cè)系統(tǒng)，包括用于設(shè)置在氣體絕緣開關(guān)裝置中的盆式絕緣子外緣的超高頻信號(hào)接收器、用于設(shè)置在氣體絕緣開關(guān)裝置外壁上的超聲波接收器、以及中央控制單元；中央控制單元連續(xù)接收來(lái)自超高頻信號(hào)接收器的超高頻信號(hào)和超聲波接收器的超聲波，并判斷所述超高頻信號(hào)和超聲波是否持續(xù)存在相關(guān)性；所述相關(guān)性是指超高頻信號(hào)的幅值、時(shí)間、相位特征圖譜與超聲波的幅值、時(shí)間、相位特征圖譜相對(duì)應(yīng)；若所述超高頻信號(hào)和超聲波持續(xù)存在相關(guān)性，則多次移動(dòng)超聲波接收器在氣體絕緣開關(guān)裝置外壁上的檢測(cè)位置，并記錄各檢測(cè)位置上的超高頻信號(hào)的幅值特征圖譜中的出現(xiàn)最大幅值與超聲波的幅值特征圖譜中的出現(xiàn)最大幅值的時(shí)間差即時(shí)延，然后根據(jù)各時(shí)延計(jì)算出放電點(diǎn)與各檢測(cè)位置的間距，并根據(jù)各檢測(cè)位置及絕緣開關(guān)裝置的外形尺寸計(jì)算出氣體絕緣開關(guān)裝置內(nèi)的絕緣缺陷的位置；若所述超高頻信號(hào)和超聲波持續(xù)不存在相關(guān)性，但存在多個(gè)不同的相位特征圖譜，則判斷氣體絕緣開關(guān)裝置中存在多個(gè)絕緣缺陷；然后，通過多次移動(dòng)超聲波接收器在氣體絕緣開關(guān)裝置外壁上的檢測(cè)位置并記錄相應(yīng)的超聲波信號(hào)強(qiáng)度和幅值特征，最后確定氣體絕緣開關(guān)裝置內(nèi)的各絕緣缺陷所在的區(qū)域。
作為另一種技術(shù)方案，將16個(gè)超高頻信號(hào)接收器構(gòu)成4×4陣元的方陣以構(gòu)成超高頻接收陣，將64個(gè)超聲波接收器構(gòu)成8×8陣元的方陣以構(gòu)成超聲波接收陣，超高頻接收陣中的陣元間距相等且為2-5m，超聲波接收陣中的陣元間距相等且為0.2m，且超聲波接收陣置于超高頻接收陣中并構(gòu)成一平面?zhèn)鞲衅?，且超聲波接收陣與超高頻接收陣的中心點(diǎn)重合；中央控制單元以超高頻接收陣檢測(cè)到的局部放電超高頻電磁波信號(hào)作為時(shí)間基準(zhǔn)，得出各超聲波接收器接收到的超聲波信號(hào)的時(shí)延，進(jìn)而計(jì)算出放電點(diǎn)與各超聲波接收器的間距，并根據(jù)各超聲波接收器的位置和絕緣開關(guān)裝置的外形尺寸計(jì)算出氣體絕緣開關(guān)裝置內(nèi)的絕緣缺陷的位置。
進(jìn)一步，所述超高頻信號(hào)接收器包括超高頻信號(hào)傳感器、與超高頻信號(hào)傳感器的信號(hào)輸出端相連的前置放大器、與前置放大器的信號(hào)輸出端相連的混頻器、與混頻器的本振信號(hào)端相連的頻率綜合器、與混頻器的中頻輸出端相連的信號(hào)放大器、與信號(hào)放大器的輸出端相連的低通濾波器、與低通濾波器的信號(hào)輸出端相連的檢波對(duì)數(shù)放大器、以及與檢波對(duì)數(shù)放大器的信號(hào)輸出端相連的數(shù)據(jù)采集卡；數(shù)據(jù)采集卡的輸出端與中央控制單元的超高頻信號(hào)輸入端相連，超高頻信號(hào)傳感器的信號(hào)輸出端與地線之間串聯(lián)有過壓保護(hù)器。
進(jìn)一步，所述超高頻信號(hào)傳感器包括依次上下粘貼的矩形金屬貼片、聚苯乙烯材料的介質(zhì)板和金屬底板；矩形金屬貼片上連接有同軸探針饋電接口，以通過50Ω同軸射頻電纜把信號(hào)引給所述前置放大器；所述介質(zhì)板為楔形。
進(jìn)一步，所述金屬底板的底部和超高頻信號(hào)傳感器的任意兩個(gè)側(cè)面設(shè)有金屬屏蔽材料(一般為導(dǎo)電橡膠)，可沿兩個(gè)側(cè)面包裹住盆式絕緣子，防止干擾信號(hào)進(jìn)入傳感器。
本發(fā)明具有積極的效果(1)本發(fā)明的SF6氣體絕緣全封閉組合電氣的局部放電檢測(cè)系統(tǒng)中，氣體絕緣開關(guān)裝置上通常有很多盆式絕緣子，盆式絕緣子對(duì)外絕緣部分一般為環(huán)氧樹脂澆注件和聚四氟乙烯等，局部放電所產(chǎn)生的高頻電磁波可輕易穿透它們輻射到外部。氣體絕緣開關(guān)裝置內(nèi)部局部放電激發(fā)的高頻電磁波(300M～3GHz)經(jīng)過盆式絕緣子傳播時(shí)，通過環(huán)氧樹脂等輻射到氣體絕緣開關(guān)裝置體外，同時(shí)局部放電還產(chǎn)生超聲波信號(hào)，超聲波在氣體中衰減很快，但在金屬中則衰減不大。同時(shí)由于超聲波的波長(zhǎng)較長(zhǎng)，因此它的方向性較強(qiáng)，能量比較集中。通過附著在外殼上的超聲傳感器可以接收到這個(gè)聲信號(hào)，通過對(duì)聲信號(hào)的分析判斷可以診斷出是否發(fā)生了局部放電。
(2)將超聲波接收陣置于超高頻接收陣內(nèi)，且使它們的中心重合于同一點(diǎn)，目的是使放電點(diǎn)對(duì)超高頻和超聲波相控接收陣面掃描的方位角和仰角一致，以便簡(jiǎn)化計(jì)算和處理。
(3)局部放電測(cè)量通常只關(guān)心信號(hào)的峰值及其出現(xiàn)的相位，將超高頻信號(hào)無(wú)失真地采集下來(lái)也意義不大，且數(shù)據(jù)量極大，數(shù)據(jù)處理難度高。因此，必須對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，使得能任意選通超高頻段一定帶寬的某一中心頻率的信號(hào)，將信號(hào)調(diào)整到普通數(shù)據(jù)采集卡能處理的頻率范圍，并保留其峰值和相位等特征，達(dá)到既能檢測(cè)信號(hào)，避開干擾，又降低技術(shù)要求的目的。本發(fā)明的基于混頻技術(shù)的超高頻信號(hào)接收器便能實(shí)現(xiàn)這一功能。從應(yīng)用角度講，放電信號(hào)的頻率降得越低，就可大大降低設(shè)備造價(jià)，然而，考慮到超高頻信號(hào)比較微弱，采集信號(hào)的帶寬太窄，頻率就降得越低，包含的有用信息量就越少，分析起來(lái)難度較大；反之，雖然增加了檢測(cè)信號(hào)的信息量，但卻很容易引入通訊干擾信號(hào)，因此，降頻的選取是與普通采集卡的處理范圍、信號(hào)帶寬和外界干擾相聯(lián)系的，從全面考慮宜將頻率降至40MHz左右。同時(shí)，混頻技術(shù)實(shí)際上是提取所需頻段信號(hào)的包絡(luò)，它保留了原放電信號(hào)超高頻分量的峰值與相位特征，但不能完全復(fù)原原信號(hào)，因此不宜采用多級(jí)混頻，采用一級(jí)混頻較為合適。
(4)本發(fā)明采用的超高頻信號(hào)傳感器采用了外置超高頻微帶天線傳感器，其由矩形金屬貼片粘貼在背面有導(dǎo)體接地板的介質(zhì)板上形成的。該傳感器利用金屬貼片和金屬底板之間的縫隙接收超高頻電磁波，并轉(zhuǎn)化為高頻電流，用同軸探針作為饋線進(jìn)行饋電，并通過50Ω的同軸射頻電纜把信號(hào)傳輸?shù)匠哳l信號(hào)接收器中的前置放大器。該傳感器安裝在氣體絕緣開關(guān)裝置中的盆式絕緣子外緣處，接收從盆式絕緣子處向外泄漏的超高頻電磁波，并對(duì)周圍空間電磁干擾有較好的抑制作用。其有效工作頻帶為400-1200MHz(駐波比＜2)，達(dá)到了寬頻帶天線范圍，并且最大輻射和接收方向上的增益達(dá)到了5.38dBi。其中，介質(zhì)板選用介電常數(shù)較低的聚苯乙烯材料，其介電常數(shù)為2.62。
超高頻信號(hào)傳感器的帶寬可用高端頻率與低端頻率之差與中心頻率之比的百分?jǐn)?shù)表示，即

，式中f0為中心頻率。局部放電的脈沖能量幾乎與頻帶寬度成正比，而超高頻信號(hào)傳感器的窄頻帶特性是有其高Q的諧振本性所決定的，即存貯于超高頻信號(hào)傳感器結(jié)構(gòu)中的能量比輻射和其他的能量損耗大得多，這意味著諧振時(shí)實(shí)現(xiàn)了匹配，而頻率偏離諧振時(shí)電抗分量急劇變動(dòng)使之失配。超高頻信號(hào)傳感器的總品質(zhì)因數(shù)Q為

，式中Qr、Qc和Qd分別代表由輻射功率Pr、導(dǎo)體損耗功率Pc、介質(zhì)損耗功率Pd所引起的相應(yīng)的Q值。為了獲取更多的局部放電信息，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該展寬頻帶。展寬頻帶的方法可以從降低總的Q值的各個(gè)方面去探求，也可以用附加的匹配措施來(lái)實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明采用如下方法進(jìn)行展寬頻帶(a)采用介電常數(shù)εr較小的基板介質(zhì)基板選用了介電常數(shù)較低的聚苯乙烯材料，目的是降低εr，天線的儲(chǔ)能因εr的減小而變小，從而使頻帶變寬。(b)采用厚基板厚度的增加輻射電導(dǎo)也隨之增大，輻射對(duì)應(yīng)的Q和總的Q值降低，使得頻帶加寬。(c)選用楔形基板在相同饋電點(diǎn)位置，楔形介質(zhì)基板諧振器的駐波比小于2的頻帶比普通的矩形要寬很多。實(shí)驗(yàn)表明采用該方法可將頻帶展寬一倍左右，這種基板形狀變化使頻帶展寬的原因是由于兩輻射端口處基板厚度不同的兩個(gè)諧振器經(jīng)階梯電容耦合產(chǎn)生的雙回路現(xiàn)象造成的。(d)采用附加阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)超高頻信號(hào)傳感器的等效電路可以用一個(gè)RLC并聯(lián)諧振電路來(lái)描述，在背饋情況下，饋電探針可視為一個(gè)電抗，此時(shí)附加一個(gè)串聯(lián)電容，與天線探針電感形成一串聯(lián)諧振電路，并使它與超高頻信號(hào)傳感器所等效的并聯(lián)諧振電路在同一頻率上諧振，串并聯(lián)諧振回路在諧振頻率附近的電抗趨于抵消，使之避免了偏離諧振時(shí)電抗的迅速變化，從而展寬了頻帶。采用選擇天線基板材料、厚度和形狀、附加阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)等方法進(jìn)行了頻帶展寬，頻帶展寬后的微帶天線的工作頻帶400-1200MHz，駐波比小于2，達(dá)到寬頻帶天線范圍；在實(shí)驗(yàn)室與內(nèi)置圓環(huán)傳感器對(duì)比測(cè)試表明，超高頻信號(hào)傳感器具有較高的靈敏度，實(shí)測(cè)增益達(dá)到了5.38dB，有利于微弱局部放電信號(hào)的檢測(cè)；在結(jié)構(gòu)上，對(duì)超高頻信號(hào)傳感器的背面和部分側(cè)面采用金屬材料屏蔽封裝設(shè)計(jì)，提高了超高頻信號(hào)傳感器的抗干擾能力。對(duì)超高頻信號(hào)傳感器的底部和部分側(cè)面進(jìn)行屏蔽，使超高頻信號(hào)傳感器具有方向性，使接收的超高頻電磁波得到最大增益，并使從側(cè)面耦合的干擾信號(hào)增益較小。超高頻信號(hào)傳感器通過環(huán)氧樹脂制成的支撐架固定在盆式絕緣子法蘭上。



圖1為本發(fā)明的SF6氣體絕緣全封閉組合電氣的局部放電檢測(cè)系統(tǒng)的電路框圖； 圖2為本發(fā)明的氣體絕緣開關(guān)裝置的局部剖面視圖； 圖3為所述局部放電檢測(cè)系統(tǒng)中的超高頻信號(hào)接收器的電路框圖； 圖4為所述局部放電檢測(cè)系統(tǒng)中的超高頻信號(hào)傳感器的外形結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施例方式 (實(shí)施例1) 見圖1-4，本實(shí)施例的SF6氣體絕緣全封閉組合電氣的局部放電檢測(cè)系統(tǒng)，包括用于設(shè)置在氣體絕緣開關(guān)裝置中的盆式絕緣子7的外緣9的超高頻信號(hào)接收器、用于設(shè)置在氣體絕緣開關(guān)裝置外壁上6的超聲波接收器、中央控制單元1、以及與中央控制單元1相連的顯示器2、與中央控制單元1相連的用于提供無(wú)線通訊的GPRS3、與中央控制單元1相連的用于與遠(yuǎn)程監(jiān)控中心5通訊的局域網(wǎng)通訊單元4。盆式絕緣子7套在氣體絕緣開關(guān)裝置的內(nèi)導(dǎo)體8上。
中央控制單元1連續(xù)接收來(lái)自超高頻信號(hào)接收器的超高頻信號(hào)和超聲波接收器的超聲波，并判斷所述超高頻信號(hào)和超聲波是否持續(xù)存在相關(guān)性；所述相關(guān)性是指超高頻信號(hào)的幅值、相位特征圖譜與超聲波的幅值、相位特征圖譜相對(duì)應(yīng)；若所述超高頻信號(hào)和超聲波持續(xù)存在相關(guān)性，則多次移動(dòng)超聲波接收器在氣體絕緣開關(guān)裝置外壁上的檢測(cè)位置，并記錄各檢測(cè)位置上的超高頻信號(hào)的幅值特征圖譜中的出現(xiàn)最大幅值與超聲波的幅值特征圖譜中的出現(xiàn)最大幅值的時(shí)間差即時(shí)延，然后根據(jù)各時(shí)延計(jì)算出放電點(diǎn)與各檢測(cè)位置的間距，并根據(jù)各檢測(cè)位置及絕緣開關(guān)裝置的外形尺寸計(jì)算出氣體絕緣開關(guān)裝置內(nèi)的絕緣缺陷的位置。
若所述超高頻信號(hào)和超聲波持續(xù)不存在相關(guān)性，但存在多個(gè)不同的相位特征圖譜，則判斷氣體絕緣開關(guān)裝置中存在多個(gè)絕緣缺陷；然后，通過多次移動(dòng)超聲波接收器在氣體絕緣開關(guān)裝置外壁上的檢測(cè)位置并記錄相應(yīng)的超聲波信號(hào)強(qiáng)度和幅值特征，最后確定氣體絕緣開關(guān)裝置內(nèi)的各絕緣缺陷所在的區(qū)域。
以相位為變量的局部放電譜圖反映了放電量及次數(shù)在工頻周期內(nèi)按相位的分布，將0～360度的相位分成一定數(shù)目的相位窗，觀察每個(gè)相位窗內(nèi)的局部放電特性，從而形成一個(gè)完整的包含所有相位的局部放電譜圖。
所述超高頻信號(hào)接收器包括超高頻信號(hào)傳感器UHF、與超高頻信號(hào)傳感器UHF的信號(hào)輸出端相連的前置放大器10、與前置放大器10的信號(hào)輸出端相連的混頻器11、與混頻器11的本振信號(hào)端相連的頻率綜合器16、與混頻器11的中頻輸出端相連的信號(hào)放大器12、與信號(hào)放大器12的輸出端相連的低通濾波器13、與低通濾波器13的信號(hào)輸出端相連的檢波對(duì)數(shù)放大器14、以及與檢波對(duì)數(shù)放大器14的信號(hào)輸出端相連的數(shù)據(jù)采集卡15；數(shù)據(jù)采集卡15的輸出端與中央控制單元1的超高頻信號(hào)輸入端相連，超高頻信號(hào)傳感器UHF的信號(hào)輸出端與地線之間串聯(lián)有過壓保護(hù)器17。
所述超高頻信號(hào)傳感器UHF包括依次上下粘貼的矩形金屬貼片A、聚苯乙烯材料的介質(zhì)板B和金屬底板C；矩形金屬貼片A上連接有同軸探針饋電接口D，以通過50Ω同軸射頻電纜把信號(hào)引給所述前置放大器10；所述介質(zhì)板B為楔形。
所述金屬底板C的底部和超高頻信號(hào)傳感器UHF的任意兩個(gè)側(cè)面設(shè)有金屬屏蔽材料。
超高頻信號(hào)接收器在本振信號(hào)的參與下，將輸入信號(hào)的頻率或已調(diào)信號(hào)的載頻變換到中頻，而保持保留其峰值和相位等特征，這種頻率變換過程稱為混頻。
其中過壓保護(hù)器17，可防止瞬態(tài)高能量損壞信號(hào)調(diào)理單元和數(shù)據(jù)采集卡。前置放大器10，用于保證放電信號(hào)經(jīng)過遠(yuǎn)距離傳輸后到達(dá)信號(hào)調(diào)理單元時(shí)信號(hào)的功率幅值符合其輸入范圍。系統(tǒng)所用的寬頻放大器的頻帶范圍為0-800MHz，覆蓋系統(tǒng)的工作頻帶?；祛l器11，主要起降頻作用，即輸出本振信號(hào)與輸入信號(hào)的差頻信號(hào)。系統(tǒng)中選用的混頻器的本振輸入范圍為20MHz-1.5GHz，中頻輸出范圍為DC-1GHz，動(dòng)態(tài)范圍為60dB。頻率綜合器16，主要功能是產(chǎn)生滿足要求的本振信號(hào)，通過計(jì)算機(jī)并行接口程控該單元，由此可調(diào)節(jié)采集信號(hào)的中心頻率。該系統(tǒng)可調(diào)的中心頻率范圍為400-1200MHz，最小步長(zhǎng)為25MHz。信號(hào)放大器12，對(duì)混頻器輸出的中頻信號(hào)進(jìn)行放大，滿足后續(xù)處理的需要。低通濾波器13，其作用是濾除混頻后的和頻分量，輸出差頻分量。系統(tǒng)設(shè)計(jì)了7階切比雪夫LC低通濾波器。通過改變低通濾波器的帶寬可改變選通頻帶的帶寬，帶寬設(shè)置為25、50MHz兩種檔位可選，該操作通過計(jì)算機(jī)的并行口實(shí)現(xiàn)。檢波對(duì)數(shù)放大器14，對(duì)由低通濾波器輸出的信號(hào)進(jìn)行檢波(包絡(luò)提取)和放大。
經(jīng)過混頻調(diào)理單元后局部放電超高頻信號(hào)(中心頻率在400-1200MHz之間，帶寬為25、50MHz可選)可降頻為低于20MHz的信號(hào)，最后可將調(diào)理好的信號(hào)送入采集卡進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
混頻技術(shù)的應(yīng)用相當(dāng)于實(shí)現(xiàn)了帶寬可選、中心頻率可調(diào)的帶通濾波器，它將局部放電超高頻信號(hào)(中心頻率在400-1200MHz之間，帶寬為25、50MHz可選)降頻為低于20MHz的信號(hào)，并保留了信號(hào)的峰值和相位等特征。用混頻技術(shù)可以有效地提取氣體絕緣開關(guān)裝置典型局部放電模型的超高頻放電信號(hào)，能準(zhǔn)確地計(jì)算放電相關(guān)參數(shù)，既避開了干擾又包含了盡可能多的放電信息，從性能和適用性上較頻譜分析儀和全頻帶直接檢波法更加適合于進(jìn)行局部放電超高頻在線監(jiān)測(cè)。
(實(shí)施例2) 在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，本實(shí)施例的SF6氣體絕緣全封閉組合電氣的局部放電檢測(cè)系統(tǒng)有如下變形 將16個(gè)超高頻信號(hào)接收器構(gòu)成4×4陣元的方陣以構(gòu)成超高頻接收陣，將64個(gè)超聲波接收器構(gòu)成8×8陣元的方陣以構(gòu)成超聲波接收陣，超高頻接收陣中的陣元間距相等且為2-5m，超聲波接收陣中的陣元間距相等且為0.2cm，且超聲波接收陣置于超高頻接收陣中并構(gòu)成一平面?zhèn)鞲衅?，且超聲波接收陣與超高頻接收陣的中心點(diǎn)重合。
中央控制單元1以超高頻接收陣檢測(cè)到的局部放電超高頻電磁波信號(hào)作為時(shí)間基準(zhǔn)，得出各超聲波接收器接收到的超聲波信號(hào)的時(shí)延，進(jìn)而計(jì)算出放電點(diǎn)與各超聲波接收器的間距，并根據(jù)各超聲波接收器的位置和絕緣開關(guān)裝置的外形尺寸計(jì)算出氣體絕緣開關(guān)裝置內(nèi)的絕緣缺陷的位置。
(實(shí)施例3) 在實(shí)施例1和2的基礎(chǔ)上，本實(shí)施例的SF6氣體絕緣全封閉組合電氣的局部放電檢測(cè)系統(tǒng)有如下變形 考慮D個(gè)局部放電的窄帶信號(hào)(S1，S2，...，SD)入射到超高頻接收陣的一個(gè)線陣上，其中陣列由M個(gè)陣元組成，陣元間隔為d(見圖1)。
陣列輸出向量可以表示為X(t)＝A(θ)S(t)+N(t)， --(1) 式(1)即為窄帶遠(yuǎn)場(chǎng)信號(hào)的數(shù)學(xué)模型，其中，A(θ)＝[α(θ1)，α(θ2)，...，α(θN)]為陣列的方向矩陣或陣列流型； α(θi)＝[1，e -j2πdSinθi/λ，...，e-j(M-1)2πdSinθi/λ]t，為入射信號(hào)的方向向量(λ為入射信號(hào)的波長(zhǎng))；S(t)為入射信號(hào)向量；X(t)為接收信號(hào)向量；N(t)為陣列噪聲向量。求出陣列輸出向量X(t)的協(xié)方差矩陣R R＝E[XXH]＝AE[SSH]AH+σ2I＝ARSAH+σ2I， 其中，RS＝E[S(t)S(t)H]為信號(hào)協(xié)方差矩陣，σ2I＝E[n(t)n(t)H]。AH為A的共軛轉(zhuǎn)置；σ2為噪聲功率；n(t)為噪聲序列。
因?yàn)锳各列相互獨(dú)立，且在入射信號(hào)互不相關(guān)時(shí)，RS為非奇異陣，故 Rank(ARSAH)＝D。因RS是正定陣，則矩陣ARSAH是非負(fù)定的，共有D個(gè)正的特征值，和M-D個(gè)零特征值[19，20]。又因σ2＞0，ARSAH非負(fù)定，R為滿秩陣，故R有M個(gè)實(shí)正的特征值。對(duì)R進(jìn)行特征分解 其中，λ1，λ2，...，λM表示R的特征值，并對(duì)特征值進(jìn)行降序排列，則有 λ1＞λ2...λD＞λD+1＝λD+2＝...＝λM 其中，R的D個(gè)大特征值對(duì)應(yīng)的特征向量∑S＝diag(λ1，λ2，...，λD)張成的子空間US＝Span{e1，e2，...，eD}＝Span{α(θ1)，α(θ2)，...，α(θD)}，稱為信號(hào)子空間。M-D個(gè)小特征值對(duì)應(yīng)的特征向量∑n＝diag(λD+1，λD+2，...，λM)所張成的子空間 Un＝Span{eD+1，eD+2，...，eM}，稱為噪聲子空間，根據(jù)特征分解理論可知，US和Un相互正交，即αH(θ)Un＝0。
--(2) 經(jīng)典MUSIC算法是基于上述這個(gè)性質(zhì)提出的，但考慮到實(shí)際接收數(shù)據(jù)矩陣有限長(zhǎng)，即R的最大似然估計(jì)為

，對(duì)

進(jìn)行特征分解可以計(jì)算得到噪聲子空間特征向量矩陣

因噪聲的存在，α(θ)與

不能完全正交，即式(2)不成立。實(shí)際上求波達(dá)方向是以最小優(yōu)化搜索實(shí)現(xiàn)的，即
故MUSIC算法的空間譜估計(jì)PMIISIC公式為

角譜P(θ)的N個(gè)峰值對(duì)應(yīng)的方位角就是局部放電點(diǎn)的方向。
其中的MUSIC算法是多重信號(hào)分類算法，是經(jīng)典的空間譜估計(jì)算法，通過將接受信號(hào)分成噪聲子空間和信號(hào)子空間(這兩子空間正交)達(dá)到超分辨譜估計(jì).MUSIC算法可以完成DOA(波達(dá)方向)估計(jì)和頻率估計(jì).其實(shí)質(zhì)是基于一維搜索的噪聲子空間算法。
權(quán)利要求
1、一種六氟化硫氣體絕緣全封閉組合電氣的局部放電檢測(cè)系統(tǒng)，包括用于設(shè)置在氣體絕緣開關(guān)裝置中的盆式絕緣子外緣(9)的超高頻信號(hào)接收器、用于設(shè)置在氣體絕緣開關(guān)裝置外壁上(6)的超聲波接收器、以及中央控制單元(1)；其特征在于
中央控制單元(1)連續(xù)接收來(lái)自超高頻信號(hào)接收器的超高頻信號(hào)和超聲波接收器的超聲波，并判斷所述超高頻信號(hào)和超聲波是否持續(xù)存在相關(guān)性；所述相關(guān)性是指超高頻信號(hào)的幅值、時(shí)間、相位特征圖譜與超聲波的幅值、時(shí)間、相位特征圖譜相對(duì)應(yīng)；若所述超高頻信號(hào)和超聲波持續(xù)存在相關(guān)性，則多次移動(dòng)超聲波接收器在氣體絕緣開關(guān)裝置外壁上的檢測(cè)位置，并記錄各檢測(cè)位置上的超高頻信號(hào)的幅值特征圖譜中的出現(xiàn)最大幅值與超聲波的幅值特征圖譜中的出現(xiàn)最大幅值的時(shí)間差即時(shí)延，然后根據(jù)各時(shí)延計(jì)算出放電點(diǎn)與各檢測(cè)位置的間距，并根據(jù)各檢測(cè)位置及絕緣開關(guān)裝置的外形尺寸計(jì)算出氣體絕緣開關(guān)裝置內(nèi)的絕緣缺陷的位置。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的六氟化硫氣體絕緣全封閉組合電氣的局部放電檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于若所述超高頻信號(hào)和超聲波持續(xù)不存在相關(guān)性，但存在多個(gè)不同的相位特征圖譜，則判斷氣體絕緣開關(guān)裝置中存在多個(gè)絕緣缺陷；然后，通過多次移動(dòng)超聲波接收器在氣體絕緣開關(guān)裝置外壁上的檢測(cè)位置并記錄相應(yīng)的超聲波信號(hào)強(qiáng)度和幅值特征，最后確定氣體絕緣開關(guān)裝置內(nèi)的各絕緣缺陷所在的區(qū)域。
3、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的六氟化硫氣體絕緣全封閉組合電氣的局部放電檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述超高頻信號(hào)接收器包括超高頻信號(hào)傳感器(UHF)、與超高頻信號(hào)傳感器(UHF)的信號(hào)輸出端相連的前置放大器(10)、與前置放大器(10)的信號(hào)輸出端相連的混頻器(11)、與混頻器(11)的本振信號(hào)端相連的頻率綜合器(16)、與混頻器(11)的中頻輸出端相連的信號(hào)放大器(12)、與信號(hào)放大器(12)的輸出端相連的低通濾波器(13)、與低通濾波器(13)的信號(hào)輸出端相連的檢波對(duì)數(shù)放大器(14)、以及與檢波對(duì)數(shù)放大器(14)的信號(hào)輸出端相連的數(shù)據(jù)采集卡(15)；數(shù)據(jù)采集卡(15)的輸出端與中央控制單元(1)的超高頻信號(hào)輸入端相連，超高頻信號(hào)傳感器(UHF)的信號(hào)輸出端與地線之間串聯(lián)有過壓保護(hù)器(17)。
4、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的六氟化硫氣體絕緣全封閉組合電氣的局部放電檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述超高頻信號(hào)傳感器(UHF)包括依次上下粘貼的矩形金屬貼片(A)、聚苯乙烯材料的介質(zhì)板(B)和金屬底板(C)；矩形金屬貼片(A)上連接有同軸探針饋電接口(D)，以通過50Ω同軸射頻電纜把信號(hào)引給所述前置放大器(10)；所述介質(zhì)板(B)為楔形。
5、根據(jù)權(quán)利要求4所述的六氟化硫氣體絕緣全封閉組合電氣的局部放電檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述金屬底板(C)的底部和超高頻信號(hào)傳感器(UHF)的任意兩個(gè)側(cè)面設(shè)有金屬屏蔽材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種六氟化硫氣體絕緣全封閉組合電氣的局部放電檢測(cè)系統(tǒng)，其中央控制單元連接有超高頻信號(hào)接收器和超聲波接收器，若測(cè)得超高頻信號(hào)和超聲波持續(xù)存在相關(guān)性，則多次移動(dòng)超聲波接收器在氣體絕緣開關(guān)裝置外壁上的位置，并記錄各檢測(cè)位置上的超高頻信號(hào)的幅值特征圖譜中的出現(xiàn)最大幅值與超聲波的幅值特征圖譜中的出現(xiàn)最大幅值的時(shí)間差，以計(jì)算放電點(diǎn)與各檢測(cè)位置的間距，再根據(jù)絕緣開關(guān)裝置的外形尺寸計(jì)算氣體絕緣開關(guān)裝置內(nèi)的絕緣缺陷的位置。
文檔編號(hào)G01R31/12GK101644738SQ20091030648
公開日2010年2月10日 申請(qǐng)日期2009年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月2日
發(fā)明者圣 王, 宏 吉, 楠 謝, 箴 許 申請(qǐng)人:江蘇省電力公司常州供電公司