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GIS局部放电检测系统标准化及标定体系研究与应用——广东电网公司电科院提高GIS运行可靠性研究成果

2015-10-21

  GIS即全封闭气体绝缘组合电器,在20世纪80年代逐渐引入我国,随着电力建设与城市土地资源紧缺的矛盾越加尖锐,GIS成为城网改造的主要内容并得到了迅猛发展。截止2011年,国内GIS数量已超过41000间隔,占开关设备总数的1/3。保证GIS局放状态检测的准确可靠不仅涉及到电力系统和电力用户的经济利益,更对电网的安全运行和社会秩序的和谐稳定具有重要的现实意义。但是,GIS局放检测规范化进度严重滞后于应用需求,行业生产无标准可依、无规范可守,产品性能无法评判、质量无法保证,产业技术守旧、发展动力不足,这直接造成了GIS故障预防机制可靠度下降,GIS缺陷检测能力不足。广东电网20082011年开关事故统计显示,GIS事故竟占据了77%,严重影响了电网安全运行。

  广东电网有限责任公司电力科学研究院(简称“广东电科院”)在国内外率先开展的“GIS局部放电检测系统标准化及标定体系研究与应用”项目针对GIS局放检测系统行业秩序混乱、产品质量无法规范和标定的现状,经过三年多的艰苦攻关,确立了GIS局部放电系统的标准体系,并自主研发出一批具有自主知识产权的先进装置,是GIS局部放电超高频和超声检测系统标准化和有效标定领域的先行者和开拓者,解决了GIS局部放电系统技术标准化及标定体系建设难题,实现了经济与社会效益。项目成果得到电力行业专家的高度评价,先后获得中国电力科学技术二等奖奖、广东省科学技术二等奖奖、中国南方电网科技进步一等奖、中国市场协会金桥奖等科技奖励。

  一、项目完成情况

  项目针对GIS局部放电系统技术标定技术和方法开展了大量工作。建立了GIS局放特高频、超声检测系统标定平台,提出了GIS局放检测装置性能评价技术和方法。制定了GIS局放特高频检测装置技术规范及检测规范,建立了广东电网GIS局放特高频检测装置入网检测和到货抽检体系,杜绝了不合格产品的流入,保障了GIS运行可靠性。

  依托项目成果形成专利24项,其中发明专利“设备局部放电检测的干扰抑制方法与装置,ZL 201010104878.1”“一种UHF局部放电检测系统的信号接收调理器,ZL201010104206.0”等计14项,实用新型专利“一种突发性/大动态范围局部放电超声信号的测量装置,ZL201220285904.X”“一种局部放电特高频检测装置的实体GIS评价测试平台,ZL20122 0457050.9”等10项;制定标准规范32份,出版专著1部,发表学术论文25篇。

  二、主要创新点

  1.提出以“瞬态电场强度”为标准量纲建立起量化评价体系,解决由于量纲不统一造成系统质量无法量化评定的难题。

  2.将GTEM小室应用于GIS局放特高频检测系统检测灵敏度检验,实现了对特高频检测系统灵敏度的定量评价。

  3.研发出多功能特殊设计的GIS实体全尺寸标定平台,在国内外首次将传感器配置有效性检测纳入GIS局放特高频在线监测系统性能评价指标,并首次提出了成熟的评价方法。

  4.推进在运局部放电在线监测装置现场校核方法,保障在运设备工作质量,为GIS局放在线监测装置的定检奠定了基础。

  5.GIS局放超声检测系统标定平台,实现超声波检测系统量化评价。

  三、关键技术和措施

  1.基于GTEM小室建设GIS局放特高频检测系统检测灵敏度检验平台

  采用脉冲时域参考法,在GTEM小室内建立由上述标定脉冲信号源激发的类均匀电场,通过考核检测系统测试GTEM小室内类均匀电场的能力来评价传感器检测性能;联合运用GTEM小室前端测试平台与被检系统后台信号检测与处理系统,通过观察被检系统最小可检测瞬态电场强度,检验被检系统检测灵敏度。

该平台从反映局放信号的物理本质入手,以“瞬态电场强度”作为检测系统标准量纲,统一检测系统评价量纲,具有操作简单、适用性强的特点,可实现对各种GIS局放特高频检测系统系统灵敏度的评价。

  2.基于GIS全尺寸等效试验平台与标准放电源建设GIS局放特高频在线监测系统传感器配置有效性检定系统

  综合考虑国内外典型GIS产品特点,建立GIS全尺寸等效试验平台;采用激光内刻、真空浇注等技术研制放电量可稳定于多等级等效放电量的模拟局放源;通过改变模拟局放源布置方式与放电类型,校核被检监测系统能确保监测到的最小放电量,以此考核被检监测系统的传感器配置能否满足要求。

  该检定系统能够反映各种典型GIS的主要特点,适用性强,可实现对各种GIS局放特高频在线监测系统传感器配置有效性检定。

  3.基于“两步法”建立GIS局放特高频在线监测系统现场工作可靠性评价系统

  应用脊波导技术,使天线发射信号极化方向与长方形孔的短边方向一致,开发了外置式局放特高频模拟信号注入天线;通过特高频信号传播规律研究,确定了不同GIS结构模拟局放注入信号修正系数;利用上述注入天线及注入信号强度算法,采用“两步法”,即先建立局放信号和模拟注入信号的等效关系再以模拟信号校核监测系统性能的方法,实现了在线监测系统现场综合测试有效性评价。

  该检定系统可在不同GIS上使用,且通过前期数据储备,可实现对已投运设备的带电现场校核。

  4.GIS局放超声检测系统标定平台

  采用声发射激励比较法,基于回溯原理,通过建立标准声学探头比较平台,实现超声波检测系统量化评价。

  该系统解决了GIS局放超声检测系统无处标定的问题,填补了行业空白。

  5.GIS局放特高频检测装置技术规范和检验规范的制定

  基于项目成果及广东电网实行经验,编制了《变电设备在线监测装置检验规范》第4部分:气体绝缘金属封闭开关设备局部放电特高频在线监测装置、《变电设备在线监测装置技术规范》第4部分:气体绝缘金属封闭开关设备局部放电特高频在线监测装置等行业标准。

  行业标准的制定标志着该项目成果在行业范围内的普遍认可和全面推广。

  四、应用情况及效益

  项目成果已成功应用。20122014年完成GIS局放特高频检测超过4000间隔·次,2012年广东电网在世界范围内率先建立了GIS局放特高频检测装置入网检测体系,20122014年开展了3批次共计28厂家·次的GIS局放特高频检测装置入网检测及2批次16厂家·次的传感器入网检测,并完成8厂家·次的委托测试及多个变电站GIS局放在线监测系统的性能校核,2015年承接深圳供电局GIS局放在线监测系统到货抽检工作,还将在广东电网范围内开展GIS局放在线监测系统到货抽检。

  项目成果实施效果显著,成功发现GIS局放缺陷36起,通过入网检测杜绝了大量不合格GIS局放特高频检测产品的流入,成果实施的20122014年GIS事故(事件)数较20092011年降低57%,保障了GIS运行安全。已取得经济效益超过1.5亿元,避免停电造成的经济损失过亿元。

  该项目的实施显著促进了GIS局放特高频检测技术的进步与推广应用,充分发挥了局放检测的作用,提升了入网GIS局放检测装置的质量,保障了GIS运行缺陷检测水平,显著提升了GIS运行可靠性,降低了电网事故风险,避免了社会、经济损失。

  GIS局放特高频检测装置性能检测的实施,加速了行业技术发展,产品合格率由7.7%(2012年)大幅提升至40%(2014年),显著提高了行业水平及国际竞争力。

  通过行业标准的制定,项目成果已在全国范围内推广应用,在保障GIS安全水平方面意义重大,将在电力、铁路、石化等应用GIS的领域发挥巨大作用。