GIS在线检测中局部放电和外部干扰信号的识别.docx
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GIS在线检测中局部放电和外部干扰信号的识别
0引言
气体绝缘金属开关设备（GIS具有占地面积小、
运行可靠性高等优点。
但是,全封闭的结果使发生在其内部的局部放电难以把握,因此,局部放电的在线检测显得尤为重要[1]。
和常规的方法（如气体分析、光电检测方法相比,使用内部或外部传感器检测由GIS内部局部放电而激发的电磁波信号是一种比较实用的方法[2-4]。
外部的空间干扰往往会影响局部放电检测的准确性,为了避开具有固定中心频率的干扰信号,通常选取无干扰频段检测局部放电,但是,以高频小信号放大器发现局部放电的选频检测理论上虽然可行,实践尚有许多工作[5]。
现以发生在GIS内部由放电脉冲而激发的电磁波信号为实验样本,使用小波变换对局部放电信号进行了时频分析,讨论了利用数字处理的方法区分和识别内部放电和外界干扰的可能性,并给出了相应的结论。
1
试验方法及检测结果
1.1
试验方法
所研制的GIS在线检测系统在某电力试验研究所一段长5m、110kV的模拟故障GIS上进行了相关试验。
该装置由3个盆式绝缘子、2段同轴体和高压套管组成,内部的SF6气体压力为0.2MPa,这样的实验装置可以真实反映运行中的局部放电特性[6-8]。
模拟故障GIS的放电回路如图1所示（图中
单位为mm,矩形开口天线1与天线2外置于GIS金属法兰与盆式绝缘子的表面,用于接收缝隙处泄
漏出来的电磁波,高压进线悬空。
在图中箭头指示位置,设置了一颗金属螺母作为放电源,螺母和管壁形成针-板电极。
信号由数字示波器采集,波形文件通过GPIB上传至计算机存盘处理,采样频率为2.5GHz,采集长度为10KByte。
1.2检测结果
图2、图3是两天线的原始波形及其频谱。
从原始波形可以看出,时间轴160￣180ns、170￣190ns左右的区域是频率较高的直达波,后续部分是频率较低、幅值较大的后续波形,后续波形可以考虑是信号的反射和外界干扰引起的波形叠加的结果。
比较两天线的原始波形,可以看到比较明显的时间差,其结果符合故障点到两天线的安装位置。
从频谱看,放电信号主要集中在50~250MHz之间,但当f>100MHz时信号的峰值随频率的增大而减小[9],说明在本次试验条件下GIS管道中主要传播的是中低频段的横电磁波（TEM波而非横电波（TE波或横磁波（TM波。
此外,实验的结果也说明了缺陷的曲率半径越大,放电的幅值和放电频率越低,反之就越高[10]。
GIS在线检测中局部放电和
外部干扰信号的识别
卢
毅,杨
静
（东南大学电气工程系,江苏南京210096
摘要:
采用小波时频分析的方法对发生在气体绝缘金属开关设备（GIS内部局部放电而激发的电磁波和外界的电晕干扰进行了分析,讨论了区分和识别外部和内部放电及外界干扰的可能性。
在单一信号存在的情况下,发生在GIS变电所的电晕干扰一般在130MHz以下,频宽小于70MHz,而内部放电激发的电磁波信号无论何种缺陷以及类型如何,其频宽至少是电晕干扰的2倍以上,所以,从信号的带宽上可以判别是内部放电还是外部干扰。
当电晕和放电信号共存时,可以通过信号的带宽和信号到达的前沿综合判断。
结果表明,该方法简单有效,可以满足在线检测中信号识别的要求。
关键词:
GIS;局部放电;电磁波;时频分析;干扰识别
中图分类号:
TM855
文献标识码:
A文章编号:
1006-6047（200706-0071-03收稿日期:
2006-11-02;修回日期:
2006-11-
16
电力自动化设备
ElectricPowerAutomationEquipment
Vol.27No.6Jun.2007
第27卷第6期2007年6月
图1GIS模拟装置示意图
Fig.1SketchmapofGISsimulationdevice
天线2安装位置
局部放电源
天线1安装位置
!
100
!
310
24302430
2
局部放电信号的时频分析及讨论
2.1
小波变换
小波分析是一种对信号的精细分析方法,它利用具有一定频率的基本小波和信号进行卷积（滤波,并通过变换基本小波的频率可以将信号划分为不同频率的块信号进行分析[11-12]。
这里使用的基小波是Gabor基小波中的一种,其定义如下[13]:
φ（x=12!
ex2
/σ2
e-jx（1
当σ=6时,两天线的变换结果如图4所示。
图中选取基本小波的中心频率从30MHz到210MHz,共计19步,步长为10MHz,这样组成的时频分析图可以直观地了解整个信号的时域和频域的变化情况。
图中小波变换的强度由浓淡表示,振幅最大的部分最淡,其余的以此类推。
2.2信号的时频分析[14-17]
从时频分析图中可以看出,信号的频谱主要分为2个区域,即图中标注的A和B。
B块的频宽比较窄,为20~50MHz（信号源稍后分析,而处于A
区域的GIS管道内由局部放电激发的电磁波信号具有较宽的频带,即使在250MHz以后也能明显地看出放电波形,而前面所分析的直达波群基本上都发生在120MHz以后。
文献[18]对550kV的普通、户外GIS以及地下GIS变电所进行了连续几天的电晕干扰检测,结果为普通变电所电晕放电最强,户外GIS变电所电晕放电次之,地下GIS变电所电晕放电最弱,普通变电所的电晕放电主要集中在150MHz以下,而户外GIS变电所的电晕放电主要分布在30~80MHz,这个结果比在某市110kVGIS变电所进线端所检测到的电晕干扰频宽的结果稍小（见图5。
以上分析可以看出,发生在GIS变电所的电晕干扰一般在100MHz以下,频宽小于70MHz,而内部放电激发的电磁波信号无论来自何种缺陷以及类型如何
（中低频、
超高频,其频宽至少是电晕干扰的2倍以上。
所以,从信号的带宽可以判别是内部还是外部的放电信号,而用于定位的波形的频段最好选择在150MHz以上。
为了解B区域的信号来源,这里分别抽取中心频率为40MHz和160MHz小波处理的波形进行分析。
从图6（a中可以看出,天线1波形的幅值明显要小于天线2波形的幅值,且天线2信号到达的前沿要超前信号1的前沿,这个和放电信号相违背的现象恰恰说明了50MHz以前的信号并不是放电点发出的,而是其方向相反的外界干扰,通过对模拟装置进行空载试验,证实干扰来自套管处的导线放电,正是由于这种较大幅值干扰信号的存在,才使得离放电点较近的天线1所接收信号的幅值要小于较远的天线2信号（外界干扰和内部的放电信号进行叠加,此外,通过比较图6（b中两波形的信号前沿,
第27卷
电力自动化设
备
图2天线1接收到的原始波形及其频谱
Fig.2Originalwaveformanditsfrequency
spectrumofsignalreceivedbyantenna1
0.101.0
图3天线2接收到的原始波形及其频谱
Fig.3Originalwaveformanditsfrequencyspectrumofsignalreceivedby
antenna2
0.80-0.8
100
200
300400500
t/ns（a原始波形
u
/V
0.050
0.20.40.60.8f/GHz（b频谱
A/d
B
0.60-0.6
100
200
300400500
t/ns（a原始波形
u/V
0.0500
0.2
0.4
0.60.81.0
f/GHz（b频谱
A/dB0.025
u/V
6004002000
300200100
0150
90
30
210
（a天线1
BA
t/ns
f/MH
z图4天线1、天线2的时间、频率分析图
Fig.4Time-frequencyanalysisofsignals
receivedbyantenna1and2
8004000300
2001000210
150
90
30
（b天线2
u/V
t/ns
f/MH
zBA
图5110kVGIS变电所电晕放电的时间、频率分析图
Fig.5Time-frequencyanalysisofcoronadischarge
of110kVGISsubstation
u/V
321
01500100050002101509030
f/M
HzB
t/ns
可以发现干扰信号要迟于内部放电到达的时间,这与实际情况相吻合。
故此,在实际的检测过程中如果出现外界的干扰这种情况,通过时-频分析很容易发现干扰的位置以及所处的频段,在计算时延时的波形选取中应该去除这部分频段的信号。
3结论
a.外部电晕放电和内部局部放电激发的电磁波
信号在时域上非常相似,但在频域有较大的区别。
发生在GIS变电所的电晕干扰一般在100MHz以下、频宽不超过70MHz,而内部放电激发的电磁波信号的频宽通常至少为电晕放电的2倍以上,因此,可以通过信号的频宽来区别是外部干扰还是内部放电。
b.利用小波的时间-频率分析方法,可以方便地发现干扰和放电在信号到达时间和频带上的区别,这样在时间（时延的计算时有可能剔除外部干扰信号这部分的频段,为准确定位打下基础。
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（责任编辑:
李玲
作者简介:
卢毅（1957-,男,江苏南京人,副教授,研究方向为电力需求侧管理及电气设备的故障诊断（E-mail:
yilu@seu.
。
（下转第84页continuedonpage84
卢毅,等:
GIS在线检测中局部放电和外部干扰信号的识别
第6
期
6000
-600
0100200
300400500
u/V
t/ns
（a中心频率40MHz
ch2
ch1
图6信号的小波变换
Fig.6Wavelettransformofsignal
2000-200
100
200300
t/ns
（b中心频率160MHz
u/V
ch1
ch2
DesignofEthernetnetworkserverforintelligentelectricalapparatus
NIUBo,SONGZheng-xiang,WANGJian-hua,GENGYing-san,RUIXiao-liang
（Xi’anJiaotongUniversity,Xi’an710049,China
Abstract:
Aimingattherequirementsofintelligentelectricalapparatusnetworkfortheopenness,agilityandreliability,anEthernetnetworkserverisdeveloped,whichapplies32-bitARMmicroprocessorasitshardwareplatform.Theembeddedreal-timeoperatingsystemμC/OS-ⅡistransplantedtothepreparedhardwareplatformasthesoftwareplatformandLwIP,theopensourceTCP/IPstack,isthentransplantedtotheμC/OS-Ⅱtosupportnetworkapplication.TheconversionprogramsfromEthernettoserialandviceversaaredesignedfortheconnectionbetweenintelligentelectricalapparatusandEthernet.Furthermore,applicationsbasedonnetworkaredevelopedtorealizeintelligentEthernetcommunication,suchasembeddedWebservers,Telnetlong-distanceconfigurationandonlineupdating.Keywords:
intelligentelectricalapparatus;Ethernet;networkserver
38（1:
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[4]ESTRIND.Connectingthephysicalworldwithpervasivenet-works[J].IEEEPervasiveComputing,2002,1（1:
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任雁铭,操丰梅,秦立军,等.基于嵌入式以太网的变电站自动化系统通信网络[J].电力系统自动化,2001,25（17:
36-38.RENYan-ming,CAOFeng-mei
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