專利名稱：可變結構的氣體絕緣組合電器局部放電實驗裝置及其方法
技術領域：
本發明屬于電氣設備絕緣在線監測技術領域，具體涉及氣體絕緣組合電器 絕緣在線監測的實驗裝置及實驗方法。
背景技術：
氣體絕緣組合電器(GIS)具有絕緣強度高、運行穩定、占地面積少和維護 工作量小等優點，在大中城市電網建設和改造中得到愈來愈廣泛的應用。但是 從近十年的運行實踐看，國內外的GIS在運行中出現許多故障中，以絕緣故障 為主。而絕緣故障主要由GIS內部存在的長期各種缺陷所產生的局部放電(PD) 導致SF6氣體絕緣性能下降而引起的。由于GIS中產生的PD信號等值頻率高(脈 沖陡度可達l-2ns，等效頻率可高達lGHz以上)、信號微弱(主要通過傳感器 檢測GIS連接法蘭處的泄漏電磁波來實現超高頻檢測)、周圍存在的電磁干擾大 (實驗室和現場存在著大量的窄帶干擾、白噪聲干擾和各種隨機干擾，微弱的 GIS PD脈沖信號有時幾乎完全被干擾信號所淹沒)等特點，再加上PD放電的 模式多種多樣，檢測和識別PD信號，保證GIS的安全可靠運行是亟待解決的難 題。
對于GIS的PD的實驗裝置，首先要能模擬GIS的真實運行情況，以便準 確檢測和識別PD信號。目前國內外僅有少數研究單位開展了這方面研究。如英 國、德國等，國內的如清華大學、西安交通大學、重慶大學等單位，但目前尚 處于研究和應用的初步階段。如專利號為"ZL200510057032.6"的"氣體絕緣組合 電器局部放電模擬實驗裝置及實驗方法"公開的實驗裝置，由感應調壓器、無暈 實驗變壓器、無局放保護電阻、標準電容分壓器、GIS模擬元件、內外超高頻天 線傳感器、微帶線濾波放大器、超高頻智能多路開關、數字存儲示波器、微型 計算機組成。該裝置的GIS模擬元件，只是簡單的"一"形結構，在其上只裝設 了一個內置圓環超高頻傳感器，并可人為設置了絕緣子表面污穢缺陷、外電極 毛刺缺陷、內電極毛刺缺陷和自由金屬微粒缺陷等。"一"形結構的GIS模擬元 件，通過一個內置超高頻傳感器與濾波放大單元連接，再與超高頻智能多路開 關連接。"一"形結構的GIS模擬元件直接與標準電容分壓器連接而獲得高電壓 實驗電源。該裝置及實驗方法主要有以下缺點。
(1)不能模擬真實GIS中PD的檢測和識別。
真實的GIS設備是由"一"形直線段部分和"T"形連接及"L"形連接部分組合 而成。該實驗裝置的GIS模擬元件，只是簡單的"一"形結構，僅能反映GIS中 的直線段部分。在"T"形和"L"形結構中，PD信號的傳播特性將發生根本性轉變， 除了電磁波的折射反射現象外，還伴隨有電磁波傳播模式轉變等復雜電磁過程，
6其衰減的方式也將隨電磁波模式轉變而發生變化。因此現有裝置不能模擬真實
GIS中PD的檢測和識別。
(2) 不能進行超高頻PD信號的傳播特性的實驗。
現有的實驗方法為內加人工缺陷，使其在高電壓下放電，通過檢測系統釆 集信號再研究信號特性，但這種方法有其本質的局限。試驗中，檢測系統采集 到的PD波形經過了 一定距離傳播并被傳感器所衰減，由于不知道放電源的真實 PD波形，所以無法確定信號在傳播與釆集過程的衰減和畸變情況，因此不能實 現超高頻PD信號的傳播特性的實驗。
(3) 不能進行多個超高頻PD信號相互影響的實驗。
對于現有的實驗方法，當出現多個放電源同時放電時，由于不知道每個放 電源放電的精確時間及放電波形，因此也無法確定不同信號在同 一空間中的疊 加、衰減、放大及傳播過程中的相互作用等問題。故不能實現多個超高頻PD信 號相互影響的實驗。
(4) 不能實現超高頻PD放電量的標定研究。
超高頻PD放電量標定是困擾超高頻在線監測技術發展的難題。其放電量的 大小不僅與信號幅值有關，還與波形相關。與"一"形結構相比，在"T"形和"L" 形結構中，超高頻PD信號不論幅值還是波形都將發生本質改變。因此，要標定 超高頻PD的放電量，必須深入了解其傳播特性，根據采集到的超高頻信號傳播 的距離和經過的結構，對其進行算法還原，得到放電源處信號的幅值和波形， 然后才能標定其放電量。因此，現有的實驗裝置及實驗方法均不能實現超高頻 PD放電量的標定研究。
發明內容
本發明的目的是針對現有GIS的PD實驗裝置及實驗方法的不足,提供的一 種可變結構的氣體絕緣組合電器局部放電實驗裝置及其方法。本裝置能模擬"T" 形、"L"形和"一，，形三種GIS中的結構；本方法能用于解決PD信號傳播特性、 多信號相互影響及超高頻信號放電量標定等問題的實驗研究，具有實驗靈活、 真實、準確等特點。
實現本發明目的的技術方案是 一種可變結構的氣體絕緣組合電器局部放 電實驗裝置包括感應調壓器、無暈實驗變壓器、無局部放電保護電阻、標準電 容分壓器、GIS模擬元件、內置圓環超高頻傳感器、微帶線濾波放大器、超高頻 智能多路開關、數字存儲示波器、微型計算機和信號發生器等。其特征是GIS 模擬元件為"T"形或"L"形或"一"形結構，用以分別模擬GIS設備中的"T"形、"L" 形、"一"形的連接部分，從而能真實地模擬GIS的局部放電情況。每個GIS模 擬元件，均由銅接線柱、端蓋、內置圓環超高頻傳感器、支撐絕緣子、高壓電 極、接地殼體、真空壓力表及進氣閥、螺桿及螺母組成。在GIS模擬元件任一的高壓電極的一端，經球形屏蔽罩，通過高壓屏蔽線，與標準電容分壓器連接， 用以輸入高壓實驗電壓并防止電暈放電造成干擾。在"T"形或"L"形或"一"形結構
的GIS模擬元件的每一段高壓電極的支撐絕緣子與端蓋之間的接地殼體，通過 螺桿及螺母連接，以便拆卸，便于放置各種缺陷模型。GIS模擬元件的絕緣缺陷 模型，為常見的金屬突出物缺陷模型、絕緣子表面固定金屬微粒缺陷模模型、 自由金屬微粒缺陷模型、氣隙缺陷模型中的1~4種，用以模擬GIS的l-4種 不同放電故障，具體放置缺陷模型的種類數，根據實驗的要求確定。金屬突出 物缺陷模型通過在高壓電極表面徑向安裝一根銀針來模擬；絕緣子表面固定金 屬微粒缺陷模型通過在支持絕緣子表面粘貼矩形錫箔紙來模擬；自由金屬微粒 缺陷模型通過在接地殼體內表面放置矩形或圓形銅片來模擬；氣隙缺陷模型通 過選用高壓電極與支持絕緣子之間的大小不同的氣隙來模擬；在"T"形和"L"形
及"一"形結構的每一段高壓電極的端部，分別裝設一個內置圓環超高頻傳感器。 根據實驗的需要、將一個或兩個內置圓環超高頻傳感器的輸入端，經低損耗電
纜與信號發生器相連，構成超高頻PD信號的發生單元，用以產生各種幅值和波 形的PD信號。余下的兩個或一個內置圓環超高頻傳感器的輸出端，分別通過低
損耗電纜與微帶線濾波放大器相連后，再經過超高頻智能多路開關及數字存儲
示波器與微型計算機相連，構成超高頻PD信號的檢測系統，用以檢測GIS模擬 元件中的超高頻PD信號。
一種可變結構的氣體絕緣組合電器局部放電實驗方法，利用本發明的實驗 裝置，先進行加壓實驗采集超高頻PD信號，后通過注入信號實驗，并通過程序 對的超高頻PD信號進行采集和校正，最后可得到真實的超高頻PD信號的波形。 具體的方法步驟如下
(1) 實驗的準備。
首先按照實驗要求，在本發明裝置中，每一次選用"T"形或"L"形或"一"形結 構的GIS模擬元件進行連接。對每個GIS模擬元件，又根據實驗的要求，放置 金屬突出物缺陷模型、絕緣子表面固定金屬微粒缺陷模模型、自由金屬微粒缺 陷模型、氣隙缺陷模型中的1 4種絕緣缺陷模型，構成加電壓實驗的信號發生 單元。然后將信號發生器，通過低損耗電纜與GIS模擬元件中的一個或兩個內 置圓環超高頻傳感器的輸入端相連，構成注入信號實驗的超高頻信號發生單元。 余下的兩個或一個內置圓環超高頻傳感器的輸出端，分別通過低損耗電纜與微 帶線濾波放大器相連后，再經過超高頻智能多路開關及數字存儲示波器與微型 計算機相連，構成超高頻PD信號的檢測系統，用以檢測GIS模擬元件中的超高 頻PD信號。再用真空泵對GIS模擬元件抽真空，并靜置10-12小時后，通過 觀察真空壓力表及進氣閥數值檢查GIS模擬元件密封性能良好。最后通過真空 壓力表及進氣閥對GIS模擬元件充入SF6氣體，直至氣壓達到實驗氣壓(0.4MPa) 為止，再靜置10 12小時，通過觀察真空壓力表及進氣閥數值檢查GIS模擬元 件密封性能良好。 ，
(2) 釆集超高頻PD信號。
8第(l)步完成后，對第(1)步準備完畢的買驗裝置逬行加壓買驗盲先
調節感應調壓器，緩慢升高實驗電壓，仔細觀察數字存儲示波器上的波形，當 出現局部放電脈沖時，記錄下此時的實驗電壓為f/、.,，該電壓t/、,為局部放電的起 始放電電壓。然后再調節感應調壓器，繼續緩慢升高實驗電壓，直至所加電壓
為起始放電電壓(K,)的1.2-1.5倍為止。最后通過數字存儲示波器采集由內 置圓環超高頻傳感器檢測到的PD信號波形。數字存儲示波器的采樣頻率設置為 20Gs/s,并采集總長度為500ns的信號，因此采樣點數為10000個，設置觸發電 平的位置在第5000個采樣點處，并設置數字存儲示波器為自動采集存儲功能， 然后，數字存儲示波器自動采集并存儲iooo個信號。
(3)注入信號實驗。
第(2)步完成后，首先將第(2)步數字存儲示波器存儲的1000個信號進 行平均(即求其平均值)，并進行歸一化處理(即信號幅值為1或-1 )，得到統 計意義的超高頻PD波形，然后將此波形輸入微型計算機(即為信號A)，再進 行注入信號實驗首先調節感應調壓器，緩慢降低實驗電壓至O，觀察數字存儲 示波器不再檢測到局部放電脈沖，此時所加缺陷模型不再發生局部放電。然后 通過注入信號實驗程序，先根據加壓實驗中放置的絕緣缺陷模型類型，手動選 擇預先存儲在信號發生器內的超高頻PD標準波形函數，然后程序自動生成超高 頻PD標準波形。超高頻PD標準波形函數如下式所示
(",)2
式中w表示髙斯函數的階數(即放電脈沖極值的個數)，對于不同類型的絕緣 缺陷模型，《的取值為3~5;",表示各個波峰的高度，本實驗方法中已對所有脈 沖波形進行歸 一化處理，所以取a尸lxl(T3、 a2=0.8xl(T3、 "3=0.6xlO-3、 a產0.4xl0-3、 fl5=0.2>a(r3; 6,表示各個波峰所在位置的橫坐標x的值，因為試驗中釆集的第一
個波峰位置為第5000個采樣點,并且每個波峰出現的時間差一般為20ns ~ 30ns (即400 600個釆樣點)，所以6尸5000, 62=5500, ^=6000, ^=6500， 6尸7000; c,表示各個波峰的陡度，其取值范圍比較廣泛，在10- 1000之間，本發明方法 中取c尸10, c產50， c3=200, c4=500, c產1000。
程序再自動依次調節超高頻PD標準波形的幅值和波形參數(即。,和6,及 c,)，并通過數字存儲示波器自動釆集此時由內置圓環超高頻傳感器檢測到的PD 信號波形(即為信號B)。然后判斷信號A與信號B的幅值是否相等當幅值不 相等時，返回重新調節信號幅值；當相等時，'則計算信號A與信號B的相關系 數是否大于等于0.8:當小于0.8時，返回重新調節信號波形參數；當大于等于 0.8時，通過信號發生器記錄并輸出此時的波形至微型計算機存儲。
本發明采用上述技術方案后，主要有以下效果
U)本發明的實驗裝置，能夠模擬真實GIS設備中"T"形或"L"形或"一"形 結構，因此能夠實現對真實GIS中超高頻PD信號的采集和識別的模擬，實驗真實而準確。
(2) 本發明的實驗方法，不但能對GIS的"T"形或"L"形或"一"形結構，進 行前述的1-4種絕緣缺陷模型進行加壓實驗，還能通過程序自動對所注入的超 高頻PD波形進行校正，使之與放電源處的真實超高頻PD波形相似性達到80 %以上，從而獲得局部放電放電處的真實超高頻PD波形。
(3) 本發明能進行氣體絕緣組合電器局部放電的下列實驗。如單一缺陷， 多種缺陷組合的放電的實驗；確定超高頻PD信號數學模型實驗；確定超高頻 PD信號傳播特性的實驗；確定多個超高頻PD信號源相互影響的實驗；標定超 高頻PD信號放電量的實驗等，實驗范圍廣泛。
本發明可廣泛用于教學實踐和科研院所、設備制造廠家對GIS設備絕緣狀 態進行在線監測的實驗研究，檢測的PD信號可供理論分析和應用研究。
圖1為現有氣體絕緣組合電器的實驗裝置原理圖； 圖2為圖1中的GIS模擬元件放大的結構示意圖； 圖3為本發明實驗裝置的原理圖； 圖4為圖3中的GIS模擬元件放大的結構示意圖； 圖5為圖3中放大的"L"形GIS模擬元件結構示意圖； 圖6為圖3中放大的"一"形GIS模擬元件結構示意圖； 圖7為注入信號實驗的程序流程框圖。
圖中l感應調壓器，2無暈實驗變壓器，3無局部放電保護電阻，4標準電 容分壓器，5GIS模擬元件，6內置圓環超高頻傳感器，7外置圓環超高頻傳感 器，8微帶線濾波放大器，9超高頻智能多路開關，IO數字存儲示波器，11微 型計算機，12螺桿及螺母，13銅接線柱，14端蓋，15有機玻璃殼體，16環氧 樹脂強化拉桿，17高壓電極，18接地殼體，19內置圓盤超高頻傳感器出口， 20 人工缺陷模型放置口， 21真空壓力表及進氣閥，22內置圓環超高頻傳感器出口， 23支撐銫緣子，24壓緊彈簧，25內置圓盤超高頻傳感器，26低損耗電纜，27 GIS 模擬元件，28信號發生器，29高壓屏蔽線，30球形屏蔽罩。
具體實施例方式
下面結合具體實施方式
，進一步說明本發明。 實施例1
如圖3 7所示，一種可變結構的氣體絕緣組合電器局部放電實驗裝置包括 感應調壓器l、無暈實驗變壓器2、無局部放電保護電阻3、標準電容分壓器4、 GIS模擬元件27、內置圓環超高頻傳感器6、微帶線濾波放大器8、超高頻智能多路開關9、數字存儲示波器10、微型計算機11和信號發生器28等。其特征
是GIS模擬元件27為"T"形結構，用以模擬GIS設備中的"T"形連接部分。"T" 形結構的GIS模擬元件27由銅接線柱13、端蓋14、內置圓環超高頻傳感器6、 支撐絕緣子23、高壓電極17、接地殼體18、真空壓力表及進氣閬21、螺桿及 螺母12組成。在GIS模擬元件27的"T"形結構高壓電極17的一端，經球形 屏蔽罩30通過高壓屏蔽線29與標準電容分壓器4連接，用以輸入高壓實驗電 壓并防止電暈放電造成干擾。在GIS模擬元件27的"T"形結構的每一段高壓電 極17的端部，各裝設一個內置圓環超高頻傳感器6。在GIS模擬元件27的"T" 形結構的左段放置金屬突出物缺陷模型，金屬突出物缺陷模型通過在GIS模擬 元件27的"T"形結構左段高壓電極17表面徑向處安裝一根銀針來模擬。通過低 損耗電纜26將GIS模擬元件27的"T"形結構左段的內置圓環超高頻傳感器6與 信號發生器28相連，構成超高頻PD信號的發生單元，用以產生不同幅值和波 形的PD信號。余下的兩個內置圓環超高頻傳感器6,分別通過低損耗電纜26 與微帶線濾波放大器8相連后，再連接超高頻智能多路開關9與數字存儲示波 器IO,最后與微型計算機ll相連，構成超高頻PD信號的檢測系統，用以檢測 GIS模擬元件27的"T"形結構中的超高頻PD信號。 實施例2
一種可變結構的氣體絕緣組合電器局部放電實驗裝置，同實施例1。其特征 是GIS模擬元件27為"L"形結構，用以模擬GIS設備27的"L"形連接部分。 在GIS模擬元件27的"L"形結構的左段放置自由金屬微粒缺陷模型，自由金屬 微粒缺陷模型通過在GIS模擬元件27的"L"形結構左段接地殼體18內表面處放 置矩形銅片來模擬。余下的一個內置圓環超高頻傳感器6,通過低損耗電纜26 與微帶線濾波放大器8相連。 實施例3
一種可變結構的氣體絕緣組合電器局部放電實驗裝置，同實施例1。其特征 是GIS模擬元件27為"一"形結構，用以模擬GIS設備中的"一"形連接部分。 在GIS模擬元件27的"一"形結構的左段放置絕緣子表面固定金屬微粒缺陷模 型，絕緣子表面固定金屬微粒缺陷模型通過在GIS模擬元件27的"一"形結構左 段的支持絕緣子23表面粘貼矩形錫箔紙來模擬。余下的一個內置圓環超高頻傳 感器6，通過低損耗電纜26與微帶線濾波放太器8相連。 實施例4
一種可變結構的氣體絕緣組合電器局部放電實驗裝置，同實施例1。其特征 是將GIS模擬元件27的"T"形結構左段和上段的內置圓環超高頻傳感器6與 信號發生器28相連。在GIS模擬元件27的"T"形結構的左段放置絕緣子表面固 定金屬微粒缺陷模型，絕緣子表面固定金屬微粒缺陷模型通過在GIS模擬元件 27的"T"形結構左段的支持絕緣子23表面粘貼矩形錫箔紙來模擬；在GIS模擬 元件27的"T"形結構的上段放置氣隙缺陷模型，氣隙缺陷模型通過在GIS模擬 元件27的"T"形結構上段髙壓電極17與支持絕緣子23之間建立lmm寬度的間 隙來模擬。余下的一個內置圓環超高頻傳感器6的輸出端，通過低損耗電纜26, 與微帶線濾波放大器8相連。
11買施例5
一種可變結構的氣體絕緣組合電器局部放電實驗方法的具體步驟如下
(1) 實驗的準備。
在本發明裝置中，選用GIS模擬元件27的"T"形結構進行連接，在GIS模 擬元件27的"T"形結構左段放置金屬突出物缺陷模型，構成加電壓實驗的信號 發生單元。然后將信號發生器28，通過低損耗電纜26，與GIS模擬元件27的"T" 形結構左段的內置圓環超高頻傳感器6的輸入端相連，構成注入信號實驗的超 高頻信號發生單元，余下兩個內置圓環超高頻傳感器6的輸出端，分別通過低 損耗電纜26，與微帶線濾波放大器8相連后，再經過超高頻智能多路開關9及 數字存儲示波器IO,與微型計算機ll相連，構成超高頻PD信號的檢測系統， 用以檢測各段GIS模擬裝置27的"T"形結構中的超高頻PD信號。再用真空泵對 GIS模擬元件27的"T"形結構抽真空，并靜置10小時后，通過觀察真空壓力表 及進氣閥21數值檢查GIS模擬元件27的"T"形結構的密封性能良好。最后通過 真空壓力表及進氣閥21,對GIS模擬元件27的"T"形結構充入SF6氣體，直至 氣壓達到實驗氣壓(0.4MPa)為止，再靜置10小時，通過觀察真空壓力表及進 氣閥21的數值檢查GIS模擬元件27的"T"形結構的密封性能良好。
(2) 釆集超高頻PD信號。
第(1)步完成后，對第(1)步準備完畢的實驗裝置進行加壓實驗，釆集 金屬突出物缺陷模型的超高頻PD信號。即首先調節感應調壓器l，緩慢升高實 驗電壓，仔細觀察數字存儲示波器IO上的波形，當出現局部放電脈沖時，記錄 下此時的實驗電壓為R,，該電壓f/、.,為局部放電的起始放電電壓。然后再調節感
應調壓器1，繼續緩慢升高實驗電壓，直至所加電壓為起始放電電壓(K,)的 1.2倍為止。最后通過數字存儲示波器10釆集由內置圓環超高頻傳感器6檢測 到的PD信號波形，數字存儲示波器10的采樣頻率設置為20Gs/s,所采集信號 的總長度為500ns，所以釆樣點數為IOOOO個，設置采集信號的第一個波峰在第 5000個采樣點處，并設置數字存儲示波器為自動采集存儲功能，然后，數字存 儲示波器10自動采集并存儲1000個信號。
(3) 注入信號實驗。
第(2)步完成后，首先將第(2)步數字存儲示波器IO存儲的1000個信 號進行平均(即求其平均值)，并進行歸一化處理，得到統計意義的超高頻PD 波形，然后將此波形輸入微型計算機11 (即為信號A),再進行注入信號實驗 首先調節感應調壓器1,緩慢降低實驗電壓至0，觀察數字存儲示波器10不再 檢測到局部放電脈沖，此時所加缺陷模型不再發生局部放電。然后通過注入信 號實驗程序，先手動選擇預先存儲在信號發生器內的超高頻PD標準波形函數， 超高頻PD標準波形函數如下式所示。然后程序自動生成超高頻PD標準波形。
12式中w錄示高斯函數的階數(即放電脈沖極值的個數)，對于金屬突出物缺陷
模型，"的取值為5; a,表示各個波峰的高度，本實驗方法中對所有脈沖波形進 行歸一化處理，所以取a尸lxl0—3、 a產0.8xl0-3、 af0.6xl(T3、 a產0.4xl0-3、 "5=0.2xl0-3; 6,表示各個波峰所在位置的橫坐標x的值，因為試驗中采集的第一 個波峰位置為第5000個采樣點，并且每個波峰出現的時間差為20ns 30ns(即為 400-600個釆樣點)，所以Z 尸5000, 6產5500， ^=6000， ~=6500, 6產7000; c,表 示各個波峰的陡度，其取值范圍比較廣泛，在10 1000之間，本發明方法中取 c尸10， c2=50， c3=200, c^=500, c產1000。
程序再自動依次調節超高頻PD標準波形的幅值和波形參數(即",和6,及 c,)，并通過數字存儲示波器10自動采集此時由內置圓環超高頻傳感器6檢測到 的PD信號波形(即為信號B)。然后判斷信號A與信號B的幅值是否相等，當 幅值不相等時，返回重新調節信號幅值；當相等時，則計算信號A與信號B的 相關系數是否大于等于0.8:當小于0.8時，返回重新調節信號波形參數；當大 于等于0.8時，通過信號發生器28記錄并輸出此時的波形至微型計算機11存儲。 輸出的波形函數如下式所示
-(j:-485S2 -(x-4444)' -(工-39竭2 -(義-609t)) 卡-5767)2
0.2002.e 43532 +0.1863e 2,522 -0.9328e |92'十0.3613e 76 2 一 -0.3475e '"—。 實施例6
一種可變結構的氣體絕緣組合電器局部放電實驗方法的具體步驟如下
(1) 實驗的準備。
同實施例5，其特征是選用GIS模擬元件27的"L"形結構進行連接，在 GIS模擬元件27的"L"形結構左段放置自由金屬微粒缺陷模型。余下的一個內置 圓環超高頻傳感器6的輸出端，通過低損耗電纜26，與微帶線濾波放大器8相 連。再用真空泵對GIS模擬元件27的"L"形結構抽真空后靜置11小時，通過真 空壓力表及進氣閥21，對GIS模擬元件27的"L"形結構充入SF6氣體，達到實 驗氣壓(0.4MPa)為止并靜置ll小時。
(2) 采集超高頻PD信號。
同實施例5，其特征是調節感應調壓器1的實驗電壓為起始放電電壓("f) 的1.3倍為止。
(3) 注入信號實驗。 .
同實施例5，其特征是超高頻PD標準波形函數式中n為4，程序結東， 輸出的波形函數如下式所示
-("3032 --("7632 -(x-3，2
/(x) = 0.2858e 396! +0.2332-e—9;2— -0.1117-e翻2 -0.9565e 19'2 。
實施例7
U)P實驗的A準備。 。P P、 I1i x 、"3 s同實施例5。其特征是選用GIS模擬元件27的"一"形結構逬行連接，GIS 模擬元件27的"一"形結構的左段放置絕緣子表面固定金屬微粒缺陷模型。余下 的一個內置圓環超高頻傳感器6的輸出端，通過低損耗電纜26，與微帶線濾波 放大器8相連。再用真空泵對GIS模擬元件27的"一"形結構抽真空后靜置12 小時，通過真空壓力表及進氣閬21，對GIS模擬元件27的"L"形結構充入SF6 氣體，達到實驗氣壓(0.4MPa)為止并靜置12小時。
(2) 采集超高頻PD信號。
同實施例5，其特征是調節感應調壓器1的實驗電壓為起始放電電壓(K》 的1.4倍為止。
(3) 注入信號實驗。
同實施例5，其特征是超髙頻PD標準波形函數式中"為3,程序結束， 輸出的波形函數如下式所示
/(x) = 0.9757-e 2322 + 0.7679e 52122 +0.7750e 606'2 。
實施例8
一種可變結構的氣體絕緣組合電器局部放電實驗方法的具體步驟如下
(1) 實驗的準備。
同實施例5，其特征是選用GIS模擬元件27的"T"形結構進行連接，將 GIS模擬元件27的"T"形結構左段和上段的內置圓環超高頻傳感器6與信號發生 器28相連。余下的一個內置圓環超高頻傳感器6的輸出端，通過低損耗電纜26, 與微帶線濾波放大器8相連。在GIS模擬元件27"T"形結構左段放置絕緣子表面 固定金屬微粒缺陷模型，并在GIS模擬元件27的"T"形結構的上段放置氣隙缺 陷模型。氣隙缺陷模型通過在GIS模擬元件27的"T"形結構上段高壓電極17與 支持絕緣子23之間建立lmm寬度的間隙來模擬。再用真空泵對GIS模擬元件 27的"T"形結構抽真空后靜置12小時，通過真空壓力表及進氣閥21,對GIS模 擬元件27的"T"形結構充入SF6氣體，達到實驗氣壓(0.4MPa)為止并靜置12 小時。
(2) 釆集超高頻PD信號。
同實施例5,其特征是調節感應調壓器'l的實驗電壓為起始放電電壓 的1.5倍為止；
(3) 注入信號實驗。
同實施例5，其特征是程序結束，輸出的波形函數如下式所示
-(x-399》2 々-515Q2 -(;t-43692 -"-43582 -(;c-72232
/(x) = 0.901 Oe 3032 +0.058&e ，2 +0,898l.e 17792 -0.9073e腿2 +0.0.0232.e 15252 。
1權利要求
1. 一種可變結構的氣體絕緣組合電器局部放電實驗裝置包括感應調壓器(1)、無暈實驗變壓器(2)、無局部放電保護電阻(3)、標準電容分壓器(4)、GIS模擬元件(27)、內置圓環超高頻傳感器(6)、微帶線濾波放大器(8)、超高頻智能多路開關(9)、數字存儲示波器(10)、微型計算機(11)和信號發生器(28)，其特征在于還有信號發生器(28)，GIS模擬元件(27)為“T”形結構或“L”形結構，在GIS模擬元件(27)的任一高壓電極(17)的一端，經球形屏蔽罩(30)，通過高壓屏蔽線(29)與標準電容分壓器(4)連接，在GIS模擬元件(27)的“T”形結構或“L”形結構的每一段高壓電極(17)的支持絕緣子(23)與端蓋(14)之間的接地殼體(18)，通過螺桿及螺母(19)連接，在GIS模擬元件(27)的“T”形結構或“L”形結構的每一段高壓電極(17)的端部，分別裝設一個內置圓環超高頻傳感器(6)，根據實驗需要，將一個或兩個內置圓環超高頻傳感器(6)的輸入端，通過低損耗電纜(26)與信號發生器(28)連接，余下的兩個或一個內置圓環超高頻傳感器(6)的輸出端，通過低損耗電纜(26)，與微帶線濾波放大器(8)相連。
2. 按照權利要求1所述的可變結構的氣體絕緣組合電器局部放電實驗裝 置，其特征在于GIS模擬元件(27)為"T"形結構，在GIS模擬元件(27)的 "T"形結構的左段放置金屬突出物缺陷模型，將GIS模擬元件(27)的"T"形結 構左段的內置圓環超高頻傳感器(6)與信號發生器(28)相連，構成超高頻PD 信號的發生單元，余下的兩個內置圓環超高頻傳感器(6),分別通過低損耗電 纜(26)與微帶線濾波放大器(8)相連。
3. 按照權利要求1所述的可變結構的氣體絕緣組合電器局部放電實驗裝 置，其特征在于GIS模擬元件(27)為"L"形結構，在GIS模擬元件(27)的 "L"形結構的左段放置自由金屬微粒缺陷模型，余下的一個內置圓環超高頻傳感 器(6)的輸出端，通過低損耗電纜(26)，與微帶線濾波放大器(8)相連。
4. 按照權利要求1所述的可變結構的氣體絕緣組合電器局部放電實驗裝 置，其特征在于，將GIS模擬元件(27)的"T"形結構左段與上段的內置圓環超 高頻傳感器(6)與信號發生器(28)相連，構成超高頻PD信號的發生單元， 余下的一個內置圓環超高頻傳感器(6)的輸出端，通過低損耗電纜(26)，與 微帶線濾波放大器(8)相連，在GIS模擬元件(27)的"T"形結構的左段放置 絕緣子表面固定金屬微粒缺陷模型；在GIS模擬元件(27)的"T"形結構的上段 放置氣隙缺陷模型。
5. —種可變結構的氣體絕緣組合電器局部放電實驗方法，其特征在于具體 步驟如下(1)實驗的準備首先按照實驗要求，在本發明裝置中，每一次選用"T"形或"L"形結構的GIS 模擬元件(27)進行連接，對每個GIS模擬元件(27)，又根據實驗的要求，放 置金屬突出物缺陷模型、絕緣子表面固定金屬微粒缺陷模模型、自由金屬微粒 缺陷模型、氣隙缺陷模型中的1 4種絕緣缺陷模型，構成加電壓實驗的信號發生單元，然后將信號發生器(28)，通過低損耗電纜(26)，與GIS模擬元件(27) 中的一個或兩個內置圓環超高頻傳感器(6)的輸入端相連，構成注入信號實驗 的超高頻信號發生單元，余下的兩個或一個內置圓環超高頻傳感器(6)的輸出 端，分別通過低損耗電纜(26)與微帶線濾波放大器(8)相連后，再經過超高 頻智能多路開關(9)及數字存儲示波器(10)與微型計算機(11)相連，構成 超高頻PD信號的檢測系統，再用真空泵對GIS模擬元件(27)抽真空，并靜置 10 ~ 12小時后，通過觀察真空壓力表及進氣閥(21 )數值檢查GIS模擬元件(27 ) 密封性能良好，最后通過真空壓力表及進氣閥(21)對GIS模擬元件(27)充 入SF6氣體，直至氣壓達到實驗氣壓，即0.4MPa，再靜置10 12小時，通過觀 察真空壓力表及進氣閥(21)數值檢查GIS模擬元件(27)密封性能良好；(2) 采集超高頻PD信號第(1)步完成后，對第(1)步準備完畢的實驗裝置進行加壓實驗首先 調節感應調壓器(l),緩慢升高實驗電壓，當出現局部放電脈沖時，記錄下此 時的實驗電壓為f/、.,，然后再調節感應調壓器(1),繼續緩慢升高實驗電壓，直 至所加電壓為起始放電電壓t4的1.2-1.5倍為止，最后通過數字存儲示波器 (10)采集由內置圓環超高頻傳感器(6)檢測到的PD信號波形，數字存儲示 波器(10)的采樣頻率設置為20Gs/s，并采集總長度為500ns的信號，釆樣點數 為10000個，設置觸發電平的位置在第5000個釆樣點處，并設置數字存儲示波 器(10)為自動采集存儲功能，然后，數字存儲示波器(IO)自動采集并存儲 1000個信號；(3) 注入信號實驗第(2)步完成后，首先將第(2)步數字存儲示波器(10)存儲的1000個 信號進行平均，即求其平均值，并進行歸一化處理，然后將此波形輸入微型計 算機(ll)，即為信號A,再進行注入信號實驗首先調節感應調壓器(1)，緩 慢降低實驗電壓至O，觀察數字存儲示波器(10)不再檢測到局部放電脈沖，此 時所加缺陷模型不再發生局部放電，然后通過注入信號實驗程序，先根據加壓 實驗中放置的絕緣缺陷模型類型，手動選擇預先存儲在信號發生器(28)內的 超高頻PD標準波形函數，然后程序自動生成超高頻PD標準波形，超高頻PD 標準波形函數如下式所示,=i式中"表示高斯函數的階數，即放電脈沖極值的個數，對于不同類型的絕緣缺 陷模型，"的取值為3 5; a,表示各個波峰的高度,a產lxl(T3、 a產0.8xl(T3、 a3=0.6xl(r3、 a產0.4xl(y3、 a5=0.2xl0-3; 6,表示各個波峰所在位置的橫坐標x的值， 6尸5000, 62=5500， ^=6000， ~=6500, 6尸7000; c,表示各個波峰的陡度，c尸10， c2=50, c3=200， c產500， c產1000;程序再自動依次調節超高頻PD標準波形的幅值和波形參數，即o,和6,及c,， 并通過數字存儲示波器(10)自動采集此時由內置圓環超高頻傳感器(6)檢測到的PD信號波形，即為信號B，然后判斷信號A與信號B的幅值是否相等 當幅值不相等時，返回重新調節信號幅值；當相等時，則計算信號A與信號B 的相關系數是否大于等于0.8:當小于0.8時，返回重新調節信號波形參數；當 大于等于0.8時，通過信號發生器(28)記錄并輸出此時的波形至微型計算機(11 ) 存儲。
6. 按照權利要求5所述的可變結構的氣體絕緣組合電器局部放電實驗方 法，其特征在于具體步驟如下(1) 實驗的準備同權利要求5，其特征是選用GIS模擬元件(27)的"T"形結構進行連接， 在GIS模擬元件(27)的"T"形結構左段放置金屬突出物缺陷模型，將信號發生 器(28),通過低損耗電纜(26)，與GIS模擬元件(27)的"T"形結構左段的內 置圓環超高頻傳感器(6)的輸入端相連，余下的兩個內置圓環超高頻傳感器(6), 分別通過低損耗電纜(26)與微帶線濾波放大器(8)相連，再用真空泵對GIS 模擬元件(27)的"T"形結構抽真空后，靜置10小時，通過真空壓力表及進氣 閥(21)，對GIS模擬元件(27)的"T"形結構充入SF6氣體，達到實驗氣壓， 即0.4MPa，并靜置10小時；(2) 釆集超高頻PD信號同權利要求5，其特征是調節感應調壓器(1)的實驗電壓為起始放電電 壓t4的1.2倍為止；(3) 注入信號實驗同權利要求5，其特征是超高頻PD標準波形函數式中n = 5,程序結東， 輸出的波形函數如下式所示_("85》2 -(j-444412 -(j-39叫2 -(i-609》2 -(jc-576力'/0)=0.2002- e 43532 + 0.1863 e 21522 一 -0.9328 e '92' +0.3613 e 76 2 — -0.3475 e 。
7. 按照權利要求5所述的可變結構的氣體絕緣組合電器局部放電實驗方 法，其特征在于具體步驟如下(1) 實驗的準備同權利要求5，其特征是選用GIS模擬元件(27)的"L"形結構進行連接， 在GIS模擬元件(27)的"L"形結構左段放置自由金屬微粒缺陷模型，余下的一 個內置圓環超高頻傳感器(6)，分別通過低損耗電纜(26)與微帶線濾波放大 器(S)相連，再用真空泵對GIS模擬元件27的"L"形結構抽真空后靜置11小 時，通過真空壓力表及進氣閥21，對GIS模擬元件27的"L"形結構充入SFe氣 體，達到實驗氣壓，即0.4MPa,并靜置ll小時；(2) 采集超高頻PD信號同權利要求5，其特征是調節感應調壓器(1)的實驗電壓為起始放電電 壓K,的1.3倍為止；(3) 注入信號實驗同權利要求5，其特征是超高頻PD標準波形函數式中"=4,程序結束，輸出的波形函數如下式所示<formula>formula see original document page 5</formula>
8.按照權利要求5所述的可變結構的氣體絕緣組合電器局部放電實驗方 法，其特征在于具體步驟如下(1) 實驗的準備同權利要求5,其特征是選用GIS模擬元件(27)的"T"形結構進行連接, 在GIS模擬元件(27) "T"形結構左段放置絕緣子表面固定金屬微粒缺陷模型， 并在GIS模擬元件(27)的"T"形結構的上段放置氣隙缺陷模型，構成加電壓實 驗的信號發生單元，余下的一個內置圓環超高頻傳感器(6),分別通過低損耗 電纜(26 )與微帶線濾波放大器(8 )相連，再用真空泵對GIS模擬元件27的"T" 形結構抽真空后靜置12小時，通過真空壓力表及進氣閥21,對GIS模擬元件 27的"T"形結構充入SF6氣體，達到實驗氣壓(0.4MPa)為止并靜置12小時；(2) 采集超高頻PD信號同權利要求5,其特征是調節感應調壓.器(1)的實驗電壓為起始放電電 壓K,的1.5倍為止；(3) 注入信號實驗同權利要求5，其特征是超高頻PD標準波形函數式中w = 5,程序結東， 輸出的波形函數如下式所示<formula>formula see original document page 5</formula>
全文摘要
一種可變結構的氣體絕緣組合電器局部放電實驗裝置及其方法，屬于電氣設備絕緣在線檢測技術領域。本裝置主要包括GIS模擬元件、數字存儲示波器和信號發生器等。本方法是利用本裝置，先進行加壓實驗采集超高頻PD信號，后通過注入信號實驗，并通過程序對此超高頻PD信號采集和校正后，得到真實的超高頻PD信號波形。本裝置能模擬真實GIS設備中的“T”形、“L”形、“一”形結構。本方法能對GIS的“T”形或“L”形或“一”形結構進行1～4中絕緣缺陷模型進行實驗，實驗真實、準確、范圍廣。本發明可廣泛用于教學實踐和科研院所、設備制造廠家對GIS設備絕緣狀態進行在線監測的實驗研究，檢測的PD信號可供理論分析和應用研究。
文檔編號G01R31/12GK101509952SQ20091010341
公開日2009年8月19日 申請日期2009年3月20日 優先權日2009年3月20日
發明者炬 唐, 姚陳果, 孫才新, 張曉星, 劍 李, 林 杜, 王有元, 謝顏斌, 陳偉根 申請人:重慶大學
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
