用于中压开关设备和电机控制中新的 预先式电弧故障检测技术

发布日期:2020-11-9 22:02:22 浏览次数:754

    摘要:对于林产工业,预先式电力设备的弧闪保护和在线状态监测的显著优势并不广为人知。本文以此为目的,提供了研究围绕研发和测试新的先进传感技术概要。本文介绍了作者们最初的研究,以及他们支持的出版物所提供的更广泛和详细的现场测量支持预先式检测那些重要的可以导致弧闪事件的缺陷。早期的中压开关设备和电机控制中心(MCC)即将发生故障的检测和未来发生弧闪的预测是非常有益的。新传感器技术的发展对局部放电检测和热检测得到了讨论和评价。两种最普遍的非接触式导致在中压开关设备和电机控制中心的弧闪事件是绝缘老化和热应力。本文将会突出在所有实验室状态和实际安装状态下非常详细的测量结果。概述了有效的信号处理方法,用于提取必要的指示数据,并将该系统集成到现有的保护可编程逻辑控制或监视控制和数据采集系统( SCADA)中。
    关键词:弧闪;电弧故障;离散小波变换(DWT);电机控制中心(MCC);非侵入式传感器;在线状态检测:主动技术;信号处理;开关设备

    0 引言

            在过去的20年中,一些单元素在线状态监测概念在某些电气学科中变得非常受欢迎。这些都是基于状态维修技术的趋势,取代定期和不经常的维护,例如变压器油的监测和扭矩程序等。但是,这些技术在空气绝缘的中压(MV)开关设备和电机控制中心(MCC)的使用一直被忽略直到最近。这可能是因为在这类设备故障相比其他设备例如变压器、电机等发生的频率低。开关设备或者MCC在长时间内可能没有恶化的迹象。但是,绝缘老化和不良接触可能会出现出乎意料的发展。这有可能会在数月、数周或几天内发生,导致设备故障或灾难性系统崩溃[12]。
    弧闪事件的原因可以被细分为两个主要类别,即分别是瞬间的和缓慢的发展。在文献[3]中详细解释了这两个原因。瞬间电弧故障的原因包括由于人或动物无意的触及影响,例如工具打滑、动物桥架在两相之间等。因此,预测这些类型的故障非常有挑战性。
    缓慢发展故障的主要原因是典型的接触不良、绝缘老化和热应力。不良的接触将会进一步产生接触点的热应力[2,4]。本文的主要目标是在中压开关和MCC中提供尽可能早的检测方法发现逐渐发展的电气故障,以致可能会导致的弧闪事件。将一种新开发的传感器与经过验证的测量装置,即高频电流传感器(HFCT)进行了比较。两个装置都是首次在实验室进行了测试和校准,以证实其灵敏度和可靠性。在很多方面比较了传感器性能。微分电场(D-dot)传感器和热离子检测器选来用作工业化实施。本文讨论了已经提供的典型实施,以及连接到上层的监控和控制系统。

    1 放电瞬态信号

            最常用的高压和中压设备的设计技术是限制局部电场强度,使它们水远不会超过发生绝缘击穿的临界值。即使这些严格设计,如气隙的缺陷仍可能发生在绝缘材料的内部或表面。和空气介质的击穿场强比固体电介质小得多。因为如此,有空气填充的气隙或裂纹会导致局部电场增强。在这些情况下,不期望的电离可能发生在任何绝缘材料的气隙或裂纹内部,导致正离子和电子的产生。当施加电压低于击穿场强时局部放电消失。放电与熄灭的时间间隔非常短(不到0.1μs)[5]。如果局部电场超出介电强度表面放电和电晕开始发生电离周围的空气。如果电场超过了空气在接触之间的介电强度,则空气分子(等离子体)的电离发生在任何松动的接触中。产生的电磁辐射瞬变通过电路和空气叠加到电压和电流波形中。这些电磁波的传播取决于辐射能量频谱。这种辐射能的短延长时间将它们置于射频频谱中[6]。

    2 初始传感器选择

            修感器技术是任何在线监测系统的基本组成部分。传感器的特性和传感器的位置对测量结果有很大的影响。对于开关设备的在线监测,包括实验室测量,传感器选择和设计中考虑了以下因素:
    1)成本效益,包括传感器的数量和输入/输出设备;
    2)紧凑性和易用性;
    3)与应用程序的兼容性
    4)灵敏度和可靠性
    5)传感器与保护、监视和控制系统的连接[监视控制]和数据采集( SCADA)。
    在中压控制设备中,绝缘老化和松动接触会逐渐导致产生大功率弧闪的情况。绝缘材料中的表面放电、裂纹或气隙在长期的绝缘能力降低方面也起着重要影响。在中压和高压中连续的低功耗电弧在松动接触中是常见的。在低压开关设备中,绝缘的热或环境退化更容易引起电弧。在松动接触中的局部放电(PD)和电弧在低压开关柜中并不突出[2-3]。
    根据此前列举以及文献[2]中的因素,下文的非侵入式传感器技术使用在实验室的中压等级的局放和电弧测量中:
    1)微分电场传感器(D-dot传感器);
    2)罗氏线圈;
    3)环形天线;
    4)HFCT,用来比较的参考传感器
    图1显示了不同传感器的照片,表1列举了这些传感器的频段。
    高频电流传感器是一种成熟、可靠的传感器,目前使用在不同的电气设备中的局部放电测量,包括变压器、旋转电机和气体绝缘开关设备。然而,由于MV/HV设备对绝缘和低电感的要求,这种技术是昂贵的。在案例中,高频电流传感器是对于确定测试其他传感器的可靠性和精度有效的传感器。在本文中,使用了从其他传感器技术资料中获得可靠性和数据的商业高频电流传感器。                                        表1  传感器性能

     

    传感器

    下截止频率

    上截止频率

    HFCT

    1 Hz

    100 MHz

    D-dot传感器

    1 Hz

    18 GHz

    罗氏线圈

    1 kHz

    150 MHz

    环形天线

    1 kHz

    100 MHz

     

     

     

     

     

    3新型传感器的发展

    3.1  D-dot传感器

            图1和17显示了用在测量中的D-dot传感器(微分电场传感器),这是一个由标准A型微型连接器(SMA)构成的同轴传感器。其工作原理在文献[2]中得到了充分的解释如图2。在通电设备中产生的正常电场,在传感器的中心导体上产生表面电荷密度。在零频率下,中心导体通过终端电阻保持在零电位。然而,在较高的频率下(例如在局放或电弧期间)与不断变化的电场中,由于表面电荷在中心导体感应出了电流[7]。D-dot探头的输出与电场的时间导数成正比(dE/dt),因此可以用示波器记录为dv/dt。
     

    D-dot传感器是一种非常廉价的但是强大的中高压电气设备放电测量解决方案。它的体积非常小,几乎可以安装在任何开关柜的任何地方。它可以安装在开关柜的金属板上或是通过在金属板钻孔(即嵌入式安装)。传感器的直径可以是1.5cm那么小。它具有高的工作带宽(高达18GHz),使该传感器可以灵敏地适合开关柜或MCC柜内的大多数类型的放电。如果安装在封闭和接地金属间隔内,它不受任何外部放电的影响。接地的隔间有助于吸引外部噪音到地面。然而,由于它的高带宽能力,它将捕获包括系统频率信号在内的其他高频信号。这种噪声可以用离散小波变换(DWT)进行分析、识别和消除。第5节概述了这一点。

    3.2罗氏线圈

            罗氏线圈是一种空心感应传感器,它的绕组是由两个线环在相反方向上电连接构成的。罗氏线圈安装在载流导体上(电源相或接地)。对由于载流导体的磁场变化引起的罗氏线圈的绕组电压是由下列公式得出:
     

    在公式(1)中,m0是自由空间磁导率,Ac是核心的横截面积,n是线圈圈数,ip是初始电流,Mc是互感系数。传感器的基本构造如图3所示。


    导线环的相反连接使得从外部噪声效果得到更好的补偿。放电瞬变导致电流脉冲叠加在电源上。瞬变往往通过最近的接地路径被拖到地端。因此,罗氏线圈可安装在现有相位或为接地端子测量瞬态脉冲。罗氏线圈可用于测量高频放电脉冲具有一定的精度。谐振频率、带宽和灵敏度是设计线圈时要考虑的关键参数。如果罗氏线圈是安装在相导体上,则线圈必须在标称系统电压的绝缘水平上设计。另外,如果被测导体已经有合适的绝缘水平,罗氏线圈不需要高水平的绝缘。如果罗氏线圈需要达到标称系统电压的绝缘水平,线圈的设计将更加昂贵。安装在接地导体(电缆护套)上的线圈不需要更高的绝缘强度。

    3.3环形天线

            射频天线将电磁能转换为电能。放电瞬变是电磁发射的来源。这些辐射可以通过射频天线通过电磁感应检测。环形天线的输出与变化的磁场成比例。变化的磁场和电场成正比。因此,环形天线测量电场或磁场的变化是正确的状态,这类似于D-dot传感器。
    各种类型的天线在市面上都有售,它们也可以很容易地设计和制造,这是一种非常便宜且可靠的解决方案。天线可以安装在开关柜内可能出现故障的某个位置。为了从测量中获得有用的信息需要对信号进行适当的信号处理,以消除捕获信号中的高频噪声。

    3. 4 HFCT

            电流互感器的工作原理是众所周知的。它是一种感应传感器,用来测量载流导体周围产生的磁通变化。磁通量与电流的变化率成正比(di/dt),因此用积分电路来确定一次电流。高频电流传感器的工作原理类似,但是仅设计用来测量高颗电流。高频电流传感器夹具如图18所示。

    4实验室测量步骤

            测量采用3种不同的设置。图4所示的设置用于开关柜内部的局放测量(气隙和表面放电中的局放)。图7所示的设置是在非常小的电弧间隙(0.2mm)实现的电弧(低功率)。

    4.1局放测量(第1步)

            局放测量是在开关柜内部进行的。断路器处于合闸状态,其中一相的输出侧断开,另两相接地。局放源连接到分闸的那一相的端部。开关设备放在一个木制底座上,它的外壳通过一个点接地。局放源通过一个低压调压变压器和0.23/100kV变压器。图4显示了装置的电路图。D-dot传感器固定在开关柜隔室上部,距离放电位置在13cm的位置。环形天线距离放电点为16cm,放置在同一位置,而高频电流传感器和罗氏线圈分别安装在开关柜的接地连接处。传感器的位置如图5(a)所示。高压变压器和用于电压测量的电容分压电路如图5(b)所示。放电脉冲是由上述传感器在不同电压水平下测量的。
      
    使用16位数字示波器在20GHz采样频率下捕获数据。测量是在图4所示的下列放电条件下进行的:
    1)气隙中的局部放电:
    2)绝缘子表面放电。
    电压逐渐增加,直到开始产生局部放电信号。放电瞬变叠加在电参数(电压和电流)上,引起电磁辐射。通过电网的瞬变比通过空气的电磁信号强得多。信号通过空气时比通过导体时衰减得多[1]。
    电弧通过松动接触的行为类似于低能电弧(火花)穿过一个小的弧隙,它们都引起射频电磁发射。为了研究各种传感器对电弧通过松动接触的响应,建立了一个非常小的弧隙(棒-球)为0.2mm。该系统是由一个低压调压变压器和0.23/100kV变压器供电。图7显示电路图,图8表示不同的传感器的物理位置(约1m距离的弧源)。该测量装置还包括用于电压测量的电容分压器。

    5信号处理

    5.1离散小波变换(DWT)

            小波是一种具有有限持续时间和零均值的小波形。从零开始振荡的幅奋减并奋减到零。小波变换(WT)是一种工具,广泛应用于图像去噪。目前,它用于分析电磁和电磁应用中的瞬态(非平稳或时变)信号。它的工作原理类似于傅立叶变换(FT),它将信号分解成各种频率的正弦波。WT将信号分解为原始(或母)小波的移位和缩放的版本。WT可应用于连续信号和离散(数
     

    字)信号;因此它有两种类型,即一个连续小波变换(CWT)和离散小波变换(DWT)。离散小波变换用于由示波器记录的数字数据。不同与连续小波变换,离散小波变换速度更快不会产生冗余数据[9]。

     
    在线测量不是纯故障暂态信号,但也包含各种类型的电磁噪声,包括离散频谱干扰、周期性脉冲随机脉冲、白噪声和开关柜柜板反射信号。在进行数据分析之前,必须对测量施加一个离散小波变换。

    5.2使用离散小波变换去噪信号

            从局放或电弧故障得到的瞬态脉冲有一个非常快的上升时间和宽带频谱。DWT的使用已被证明是去噪这些类型信号最有效的方法[10-11]。通过视觉检测和频率特性知识,识别出各级局放信号中的分量、干扰和随机噪声,为每个级别定义阈值电平来过滤噪声。然后,可以消除与干扰相关的组件和随机噪声。去噪后的信号由切割低水平噪声的有用信号和阈值的所有有用的信号加起来。信号重构基于所选择的组件,给出一个无干扰信号。

    5.3去噪后的信号与原始数据比较

            采用小波变换对D-dot传感器和罗氏线圈捕获的信号进行降噪处理。通过添加组件对去噪后的信号进行重构。图9和10分别显示了D-dot传感器和罗氏线圈的原始信号和去噪后信号的时间尺度图。这些数字表明,采集到的信号含有大量的在放电信号开始前后的高频噪声,而去噪信号并不包含上述噪声。图11和图12分别显示了D-dot传感器和罗氏线圈的原始和去噪信号的快速傅立叶变换(FFT)光谱图。原始信号的FFT表明,频谱具有主频高达100MH。去噪信号的FFT谱表明,一个有用的信号大致位于5~30MHz的范围内。其他可见的FFT原始信号的更高的频率对应于各种类型的噪音。
     
    这证实了小波变换技术从干扰、电场和磁场的耦合中实际的局放信号成功地去噪,并且反映在测量系统中。为了对故障的性质有一个清晰的认识,在对信号进行分析和找出故障特征之前,有必要对故障信号进行去噪。
     

    6实验室测定结果分析

    6.1不同传感器信号的时域比较

            图13显示了所有传感器采集的信号(在绝缘子表面的局放和0.2mm气隙电弧分别见图14和图15)。由于高频电流传感器和罗氏线圈安装在接地周围,它们的信号具有更高的振幅。在这种情况下的高频电流传感器是最敏感的,其次是罗氏线圈、环形天线和D-dot传感器。高频电流传感器和罗氏线圈测量电流的变化(di/dt),而环形天线和D-dot传感器测量磁场和电场的变化。由于所有传感器具有不同的带宽和不同灵敏度,它们测量的直接比例不能确定。由于测量的参数和带宽的不同,所测量的信号略有不同。然而所有传感器对应同一放电响应是很清楚的,这证明了所使用的传感器的可靠性和可用性。

     

    6.2频域分析的比较

     

            为了研究3个传感器的频率响应,绘制了不同类型放电条件下每个传感器去噪信号的FFT。表2显示了每个放电条件下捕获信号的频率范围。由于设计参数、测量变量和灵敏度的差异, 各种传感器的频率略有不同,例如通过高频电流传感器和罗氏线圈获取的FFT或电弧信号相比那些由环形天线和D-dot传感器获取的信号具有较低的频率。这是由于它们的电流测量能力不同。低频电弧脉冲的影响占主导地位。
    表面放电的频率是最高的,电弧信号的频率是最低的,有一些是在千赫兹范围内。一般认为,局放频谱比电弧的频谱要高,这在表2中可以观察到。可以得出结论,所有传感器都是一致的,并且确定彼此的可靠性以检测某些故障。
    表2不同传感器在各种放电条件下捕获的信号频率


    放电类型

    HFCT

    罗氏线圈

    环形天线

    D-dot传感器

    环氧绝缘子的局放

    3-20 MHz

    3-25 MHz

    5-25 MHz

    3-20 MHz

    绝缘子表面的放电

    5-35 MHz

    5-40 MHz

    5-40 MHz

    5-40 MHz

    0.2mm气隙的电弧

    1k-10 MHz

    1k-13 MHz

    1k-25 MHz

    1k-27 MHz

    6.3累积能量和峰-峰值

            放电脉冲的表面电荷和上升时间不能用射频传感器测量或计算。电压信号的峰值(Vp)和蜂—峰值(Vpp)提供放电强度的细节,但这些值到表面电荷的确切的关系仍然是非常复杂的。另一个参数,即测量信号的累积能量,可以提供关于放电程度的更深入的了解。这是因为一些信号可能没有高幅值,但它们可能持续更长时间。因此,峰值到峰值可能会减少,但累积能量可以高得多。所以,累积能量可以被认为是个比峰值更可靠的参数。
    示波器输入电阻的电能可以计算如下:
     
    式中,△t是采样时间,R是示波器的输入电阻,Ui是取样电压。方程(3)给出了一个样本的能量。如果所有样品的能量值相加,如下面所述,则获得信号的总能量:
     
    式中,N是采样次数
    计算了由不同传感器获得的峰—峰值(Vpp)和累积的能量值(ETot也简称Ec)的所有信号,对传感器的特性进行比较。表3(a)-(c)显示峰—峰值与罗氏线圈、环形天线和D-dot传感器的高频电流传感器测量的信号的累计能量值之间的比较。从电弧放电测量链中只采集到10个随机样本。为了比较起见,计算了信号峰—峰值和累积能量值之比。如果两个信号在性质上是一致的,它们的峰—峰值比和能量比也将是一致的。辐射模式中的任何影响或变化都会影响两个传感器在同一范围内测量的两个参数,因此这个比率将保持不变。如果比值改变,则两个测量信号彼此不一致。结果表明,虽然不同样品的峰一峰值和累积能量值不同,但其比值基本不变,这证明了所有的3个传感器测量同一信号正如高频电流传感器一样。因此,这些传感器可以使开关柜和MCC的在线监测结果令人满意。

    7在线监测保护和 SCADA系统连接的简介

            对开关柜和MCC在线监测的主要目的是防止高能故障。在线监测系统应该能够对测量数据进行分析,并向上层系统提供适当的信息,例如保护系统可编程逻辑控制系统、分布式控制系统或 SCADA系统。根据前面提出的所需的信号处理能力,似乎有理由有一个单独的处理单元,从传感器收集信息,并将被过滤的信息发送到被监控的远程系统或中央控制室(例如通过SCA-DA)。
    表3 测量的高频电流传感器和各种传感器的参数比较
    (a)

     

    HFCT

    罗氏线圈

    比率

     

    VPP1(V)

    EC1(nJ)

    VPP2(V)

    EC2(nJ)

    VPP1/VPP2

    EC1/EC2

    M1

    13,207

    92,05

    10,109

    187,39

    1,306

    0,491

    M2

    13,681

    95,12

    10,400

    198,25

    1,316

    0,480

    M3

    13,768

    96,29

    10,489

    202,32

    1,313

    0,476

    M4

    12,867

    86,66

    9,824

    176,23

    1,310

    0,492

    M5

    13,793

    97,56

    10,531

    202,80

    1,310

    0,481

    M6

    13,794

    100,59

    10,547

    204,97

    1,308

    0,491

    M7

    12,863

    87,23

    9,856

    177,74

    1,305

    0,491

    M8

    12,852

    86,93

    9,839

    176,85

    1,306

    0,492

    M9

    12,760

    86,77

    9,759

    174,74

    1,307

    0,491

    M10

    13,554

    97,25

    10,375

    198,19

    1,306

    0,491

    (b)

     

    HFCT

    罗氏线圈

    比率

     

    VPP1(V)

    EC1(nJ)

    VPP2(V)

    EC2(nJ)

    VPP1/VPP2

    EC1/EC2

    M1

    13,207

    92,05

    28,64

    8,251

    4,610

    11,156

    M2

    13,681

    95,12

    29,70

    8,916

    4,606

    10,670

    M3

    13,768

    96,29

    29,71

    8,907

    4,633

    10,810

    M4

    12,867

    86,66

    27,69

    7,784

    4,647

    11,132

    M5

    13,793

    97,56

    29,79

    8,952

    4,629

    10,899

    M6

    13,794

    100,59

    29,53

    8,813

    4,671

    11,414

    M7

    12,863

    87,23

    28,12

    8,043

    4,574

    10,845

    M8

    12,852

    86,93

    27,92

    7,844

    4,604

    11,083

    M9

    12,760

    86,77

    27,79

    7,800

    4,592

    10,995

    M10

    13,554

    97,25

    28,54

    8,312

    4,750

    11,700

    (c)

     

    HFCT

    D-dot 传感器

    比率

    VPP1(V)

    EC1(nJ)

    VPP2(V)

    EC2(nJ)

    VPP1/VPP2

    EC1/EC2

    M1

    13,207

    92,05

    0,384

    0,099

    34,40

    933,78

    M2

    13,681

    95,12

    0,397

    0,108

    34,50

    883,02

    M3

    13,768

    96,29

    0,399

    0,109

    34,52

    880,21

    M4

    12,867

    86,66

    0,373

    0,092

    34,53

    937,27

    M5

    13,793

    97,56

    0,401

    0,110

    34,41

    890,71

    M6

    13,794

    100,59

    0,399

    0,109

    34,57

    92167

    M7

    12,863

    87,23

    0,375

    0,095

    34,34

    916,23

    M8

    12,852

    86,93

    0,375

    0,093

    34,28

    931,13

    M9

    12,760

    86,77

    0,373

    0,091

    34,25

    941,32

    M10

    13,554

    97,25

    0,366

    0,097

    36,99

    1001,15

          

            要发送的信息可以是表示局放水平的模拟信号,也可以是“警报”和“跳闸”类别的数字信息。报警信号可能是一个早期预警提供了一个机会来检查发展性故障的其他可能的迹象和改变电力系统开关状态来隔离故障区域的发展。另一方面,检测到的高温或局放可以激活保护继电器中的跳闸信号。因为保护收集系统电量的基础信息和非常规传感器(PD或热传感器),设置继电器的动作标准相对简单。可能的保护系统设置的更详细的规格超出了本文的范围。
    图16示出了典型中压配电系统中可能实现的情况。在这张图中,只有D-dot传感器已经实现。然而,热传感器也可以被组合到同一个系统中。数据采集和信号处理单元以一定的数据速率获取数据,并通过保护继电器发送到上层系统前对这些数据进行信号处理。

    8现场测量用传感器

     

    8.1  D-dot传感器

            传感器的头部如图17所示,这是一个同轴装配有传感电极和外壳作为接地中心导体。D-dot传感器是一个微分电场传感器,在中心导体的表面测量电通量密度的时间变化率。电通量密度(D)与电场强度(E)的表达,D=∈0E,其中∈0是自由空间的介电常数。传感器安装在接地平面上,并安装在开关柜壁上进行测量。传感器i(t)的时变输出由以下表达式(5)给出:
     (5)
    其中,C是局放源和传感器之间的电容,k是故障和传感器之间的距离常数。

    8.2使用HFCT

            高频电流传感器的夹具如图18所示,其易于安装用于现场测量。值得注意的是,高频电流传感器是一种昂贵的传感器,用它来确定D-dot传感器的可靠性。在所有现场安装的设备上一直都使用它是不实际的。
     

    9现场安装测量装置

            在文献[3]和[4]的报道中,在空气绝缘开关设备和MCC中D-mod传感器的使用性能和适用性已在实验室试验成功。然而,由于传感器的宽频带,它很容易受到其他干扰,如其他射频信号、电力电子噪声和其他电磁干扰。现场安装和测量收集的主要目标是在实际工业条件下测试传感器的性能,外部噪声是显著的,与实验室测量不同。在实验室中,高频电流传感器用于验证传感器的结果。获取和评估现场测量的其他目标可用于更好地设计传感器,以及改善信号去噪的各种噪声水平。现场测量分两个阶段进行。

     

            在第1阶段,测量了包括开关设备系统中的任何局放问题的干扰,该测量不需要在开关设备中创造任何人为局放源。测量装置如图19和图20所示。在芬兰赫尔辛基的3个不同中压变电站进行了测量。开关柜的一部分是给工业负荷供电(一个变压器制造厂使用各种类型的电机),另两个站则是不同的负载类型。两个D-dot传感器安装在开关柜内壁上,如图19所示。两个传感器的结果是相同的,因此本文仅给出一个传感器的结果。高频电流传感器安装在引出电缆室接地屏/片的周围。由传感器采集的信号也由高频示波器记录,在不同的时间从每个地点收集了几百个样本。
    在测量的第2阶段,如图21所示,通过在母线上缠绕绞合裸导体和绝缘导线,创建了一个人工局放原。该开关柜在测试期间没有加载任何负载,由于场地安全原因被选作局放的创建。传感器的位置与第阶段相同(见图19和图20)。在任何用于生产目的的设备中,人为地制造人工局放信号都存在一定的挑战和风险。局放电源必须具有比额定工作电压更高的击穿电压。如果没有,它可能在额定电压下击穿,并可能使上游设备跳闸。此外,为了避免直接闪络和设备损坏,不能将局放源安装在离地面太近的地方。
     

    10结语

            本文使用或开发了4种不同类型的传感器,并在实验室进行了测试。两种专感器成功地集成到开关柜,且用于实际工业生产和控制应用中
    在实验室中重新创建了类似于中压绝缘缺陷的电磁发射,然后在工业用户的开关设备中重新产生记录并比较了传感器输出信号。设计并应用了离散小波变换去噪方法,从实测数据中提取有用信息。
    用不同的方法对测量信号进行分析。测量的时域和频域分析表明,所有传感器都捕捉到相同的故障。然而,由于设计和测量参数的不同,测量信号之间存在时间和频率偏移。
    比较不同传感器的尺寸、成本、使用便利性、灵敏度以及可靠性,表明D-dot传感器是最有利的放电传感器(空气绝缘中压开关柜和MCC中监测局放或电弧)。
    本文研究了采用非侵入式传感器来检测开关柜和MCC在导致弧闪前的早期故障的可能性。D-dot传感器被认为是监测工业开关柜和MCC目的最合适的传感器。
    分析了通过D-dot传感器和高频电流传感器获得的各种类型噪声和局部放电信号。D-dot传感器能够测量局放最多50pC,即使在恶劣的工业环境下。
    新安装的D-dot传感器,以及高频电流传感器和相应的数据测量和分析工具,被放置在实际现场设备以验证在实验室环境以外的性能。
    在实验室和实际工业应用成果的基础上,有理由说,新的D-dot传感器技术用于中压开关柜、MCC、电缆终端盒或电缆桥架中连续在线监测是一个非常有用的解决方案。这项技术在工业应用中的实施可以在早期发现故障从而导致弧闪事件之前提供良好的结果。
    本文的结果还概述了抢先式的传感技术和新的信号处理技术的能力和实用性。与其他现有的保护和控制技术相结合,可以实现一种非常有效的抢先式保护系统。

    附录:其他辅助测量和结果

    1.高频电流传感器和D-dot传感器获取的各种噪声信号
    高频电流传感器和D-dot传感器输出特性的图形比较,在中压绝缘中类似缺陷的各种不同现象,如图22-25所示。

      
    2.局部放电信号和噪声的快速傅立叶变换
    图26和图27分别显示了典型的局部放电信号和典型噪声信号的快速傅立叶变换。


      

    参考文献

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    韩辰光  译
    任稳柱  校

     

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