PD2900局部放电检测仪.docx
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PD2900局部放电检测仪
PD2900局部放电检测仪
型号：
PD2900
第一章PD2900局部放电定位仪概述
PD2900局部放电定位仪具备独立4通道局放信号输入高清晰大屏幕、轻松防震、可靠性高、抗高电压冲击能力强等优势。
并具备方波校准输出。
主要用于局部放电的故障诊断和综合分析，可同步检测4路局部放电信号，从不同的传感器中获得电、声信号可在三维空间内实时自动确定局部放电的量值、位置、形态、放电次数、放电位移等各种参数，并对局部放电信号分析和统计分析。
配合超声波或超高频传感器能够满足不同高压电器设备的局放检测和定位。
图一、PD2900系统构成图
功能特点：
Ø15英寸高亮度LCD显示屏，分辨率：
1024×768
Ø88键键盘
Ø便携、坚固、轻便，适合在恶劣环境下使用
Ø重复放电次数的测量、统计、分析
Ø随时保存实验数据和波形，并可重新显示
Ø在不停电的情况下，进行运行状态测定放电点的位置
Ø测定放电点的位置
技术参数：
Ø采样频率：
100Msps
Ø并行4通道
Ø16位ADC，差分信号输入
Ø抗混叠滤波器
Ø通道量程可以通过软件设定
Ø测试动态范围大
Ø全程测试精度0.3dB，分辨率高，最小分辨率达0.05dB
Ø内、外、信号同步
Ø使用电源：
交流220V
Ø外型尺寸：
420mm×300mm×230mm
测试方法：
传感器
Ø脉冲注入法检测阻抗
Ø超声波法AE传感器
ØUHF超高频法UHF传感器
ØTEV暂态对地电波TEV传感器
ØHFCT高频电流HFCT传感器
第二章局部放电定的原理和测试方法
1、局部放电原理
1.1对电力设备进行在线监测和故障诊断，是实现设备预知性维修的前提，是保证设备安全可靠运行的关键，也是对传统的离线预防性试验的重大补充和拓展。
局部放电信号的监测仍是以伴随放电产生的电、声、光、温度和气体等各种理化现象为依据，通过能代表局部放电的这些物理量来测定。
测量的方法大体分为电测法和非电测法。
电测法利用局部放电所产生的脉冲信号，即测量因放电时电荷变化所引起的脉冲电流，称为脉冲电流法。
脉冲电流法是离线条件下测量电气设备局部放电的基本方法，也是目前在线监测局部放电的主要手段。
非电测法有油中气体分析、红外监测、光侧法和声测法。
其中应用最广泛的是声测法，它利用变压器发生局部放电时发出的声波来进行测量。
其优点是基本不受现场磁场干扰的影响，信噪比高，可以确定放电源的位置；缺点是灵敏度低，不能确定放电量。
2、局部放电带电检测的方法
2.1超高频检测法（UHF法）
原理：
GIS发生绝缘故障的原因是其内部电场的畸变，往往伴随着局部放电现象，产生脉冲电流，电流脉冲上升时间及持续时间仅为纳秒（nS）级，该电流脉冲将激发出高频电磁波，其主要频段为0.3—3GHz，该电磁波可以从GIS上的盘式绝缘子处泄露出来，采用超高频传感器（频段为0.3—3GHz）测量绝缘缝隙处的电磁波，然后根据接收的信号强度来分析局部放电的严重程度。
优点:
可以带电测量，测量方法不改变设备的运行方式，并且可以实现在线连续监测。
可有效地抑制背景噪声，如空气电晕等产生的电磁干扰频率一般均较低,超高频方法可对其进行有效抑制。
抗干扰能力强。
缺点：
仅仅能知道发生了故障，但不能对发生故障的点进行准确的定位。
而且目前没有相应的国际及国内标准，不能给出一个放电量大小的结果。
目前难点：
主要问题在于如何进一步提高灵敏度,解决各种干扰问题，进一步实现准确的定位。
2.2超声波法
原理：
GIS内部产生局部放电信号的时候，会产生冲击的振动及声音，GIS局部放电会产生声波，其类型包括纵波、横波和表面波。
纵波通过气体传到外壳、横波则需要通过固体介质（比如绝缘子等）传到外壳。
通过贴在GIS外壳表面的压电式传感器接收这些声波信号，以达到监测GIS局放的目的。
因此可以用在腔体外壁上安装的超声波传感器来测量局部放电信号。
优点：
传感器与GIS设备的电气回路无任何联系，不受电气方面的干扰。
设备使用简便，技术相对比较成熟，现场应用经验比较丰富，可不改变设备的运行方式进行带电测量，由于测量的是超声波信号，因此对电磁干扰的抗干扰能力比较强，可以对缺陷进行定位。
缺点：
声音信号在
气体中的传输速率很低（约140m/s），且信号中的高频部分衰减很快，信号通过不同介质的时候传播速率不同，且在不同材料的边界处会产生反射，因此信号模式变得很复杂。
另外传感器监测有效范围较小，对大型设备器需要众多的传感器，现场应用较为不便。
实际应用中存在的问题：
（1）无法区分放电信号和干扰信号。
GIS的PT噪声大，无法区分其中的放电信号和振动噪声信号；对于户外GIS，环境噪声很大，对超声检测干扰很大。
（2）灵敏度低。
无论纵波还是横波，在GIS内部传播过程中，衰减很大，因此，超声法对金属颗粒外的其他类型放电灵敏度低。
（3）操作不便。
需要通过粘结剂将传感器贴在GIS壳体表面，粘贴的效果和操作者的晃动对测量效果影响很大。
超高频和超声波联合法
结构：
GIS局部放电超高频和超声波联合法的步骤：
1.在GIS盆式绝缘子处放置UHF传感器，进行超高频检测，进行电磁波信号的测量，判断是否存在电磁波信号。
2.使用超声传感器逐点进行声信号检测，判断是否存在声信号。
之后根据出现的几种具体情况进行进一步的分析判断。
处理方法：
如果电信号和声信号都存在，则使用超高频法根据盆式绝缘子的位置进行粗略定位，同时使用超声法进行精确定位，如果两者都定位到同一个GIS腔体且表现一致，则判断该腔体内部存在放电故障，具有绝缘缺陷，应根据具体情况进行进一步跟踪检测或采取相应措施。
如果只测量到了超高频电磁波信号而没有超声波信号，则应通过改变UHF传感器的位置摆放和传感器的方向性及信号的频率分布，判断是否是周围设备发生了局部放电或者是否存在另外的干扰源，并对GIS设备进行重点跟踪观察。
如果超声波法测量到了声信号而超高频法没有测量到电磁波信号，则在使用超声法在超声信号最大的部位进行精确定位。
通过具体位置及设备结构进行分析，是否是设备本身的正常振动或者是设备的结构导致超高频信号衰减很大，不能通过检测位置测量到。
并对设备进行重点跟踪观察。
优点：
同时提取局部放电信号的UHF信号和超声信号，通过对两种信号的对比分析，能更加有效地排除现场干扰，提高局部放电定位精度和缺陷类型识别的准确性，有利于发现并确定绝缘缺陷。
关键：
传感器和放大器的选择，工控机部分的设计和相关软件的实现。
2.3TEV瞬态地电波（TEV法）
电磁放电（TEV）活动检测通过在线测量开关柜内因局部放电致使其金属壳体上产生的瞬时地电压（TEV），检测判断设备内部是否存在绝缘故障，所谓的TEV测量法作为一种新的技术方法。
当局部放点活动出现在高压开关柜绝缘层中时，它会产生无线电频率范围内的电磁波，它只可以通过金属外壳上的开孔，从开关柜内泄露到外表面。
这些开孔可以是外壳或密封垫圈或其他绝缘部件周围的间隙。
当电磁波传播到开关柜外面时，它会在接地的金属外壳上产生瞬时电压。
瞬时地电压（TEV）在几毫伏至几伏的范围内，存在时间很短，只有几个纳秒的上升时间。
可以在开关柜正在工作时将探头放在开关柜的外面，采用这种非侵入方式来检测局部放电活动。
瞬时地电压（TEV）在线检测具有以下的优点：
1、可以再设备运行的状态下进行，无论采用在线或离线的局放监测都无需将设备停机，只要在设备承受工作电压的情况下即可进行监测，提高了设备可用率和用户供电可靠性。
2、可以及早的发现设备缺陷，一般而言，发生故障前早期存在局部放电现象的可能性很大，如固体绝缘的缺陷、绝缘气体中的悬浮颗粒等。
及早发现局部现象和进行维护处理，避免大规模停机故障发生。
3、有效的进行故障定位，为采取针对性的检修策略提供
4、具有一定的抗干扰能力，能提供较好的试验数据。
3、产生局放的原因
接地或带电部分上的凸起
带电部分或接地部分上的凸起将使电场畸变，这种缺陷对AC耐受电压水平影响较小，因为AC电压变化缓慢，顶部的电晕有时间形成空间电荷使顶端受到屏蔽。
对于雷电冲击或隔离开关操作产生的极快波前瞬态电压，它们的持续时间太短，不足以形成空间电荷，因此这种类型缺陷将使雷电冲击耐受电压水平（LIWL）大大降低。
通常相导体上超过1-2mm的凸起是明显有害的【1，2】。
由于壳体上的电场强度较低，所以壳体上的类似凸起危害较小。
自由移动或固定颗粒
自由移动克里对LIWL影响较小，但它们的存在可能使AC耐受电压水平明显降低，降低的多少取决于颗粒的形状和位置（s）；颗粒越长而且越接近高压导体，危险性越大，如果它们移动到支持绝缘子上，则变得更危险。
绝缘子上的颗粒随着时间的推移也可能使绝缘子表面劣化，从而引起闪络。
绝缘子中的气泡和缺陷
绝缘子内部的缺陷将使放电上升、产生电树枝并可能引起击穿。
然而，由于绝缘材料中的衰减，用PD2900局部放电定位仪仪器检测这种缺陷时灵敏度下降。
电气悬浮/机械松动的屏蔽
如果电场屏蔽机械上松动，则可能形成电位悬浮。
如果松动的屏蔽正好在带电的电极上，则会引起屏蔽和电极之间产生的放电，机械松动的屏蔽将产生大的声信号。
第三章局部放电定位仪传感器的连接
1、电测法接线
1.1先确认仪器电源已关闭，再把监测阻抗与仪器按下图连接
图3.1脉冲法接线图
图3.2脉冲法测试现场
2、UHF超高频传感器简介及连接
超高频传感器原理
局部放电过程会产生宽频带的电磁暂态和电磁波。
不同类型局部放电的电击穿过程不尽相同，从而产生不同幅值和陡度的脉冲电流，因此产生不同频率成分的电磁暂态和电磁波。
例如：
空气中电晕放电所产生的脉冲电流具有比较低的陡度，能够产生比较低频率的电磁暂态，主要分布在200MHz以下；相比之下，变压器油、SF6气体中局部放电所产生的脉冲电流具有比较高的陡度，所产生的电磁暂态的频率能够达到1GHz以上。
所采用的传感器由超高频信号接收天线构成，传感器天线采用希尔波特分形天线，它是一种非频变天线，其电性能与频率无关，具有宽频率，圆极化，尺度小，效率高，可嵌装等优点。
放大器采用低噪音、高增益（40db）超高频信号。
传感器工作频带300～1500MHz，能够有效避开了现场电晕等干扰，具有较强的抗干扰能力。
传感器的种类、外观及现场安装示例
外置传感器安装于GIS间隔间的盆式绝缘子上，拥有多种弧度可供选择，以便能更紧密的贴合盆式绝缘子，减少外界干扰。
技术参数
1）频率范围 ：
300～1500MHz频宽
2）传感器感应灵敏度 ：
外置传感器，≥5pC
内置传感器，≥3pC
3）阻抗匹配 ：
50欧姆
4）安装方式 ：
外置型，固定在盆式绝缘子上
先确认仪器电源已关闭，把UHF传感器与仪器的信号输入端连接
3、超声波传感器简介与固定
仪器附件中配有传感器固定座，可以用来将声发射传感器安装在GIS的外壳上，使用者可根据现场条件进行选择如下几种固定方法。
绑扎式固定：
如下图所示，先把松紧穿过固定座两端的固定环，松套在GIS的外壳上，然后把声发射传感器放在固定座下面，再收紧松紧带。
磁铁式固定：
由于传感器固定座装有内置磁铁，如果被测物体是铁质外壳，可以直接将声发射传感器放在固定座下面，然后将固定座吸附在GIS外壳上，拧紧固定座上的螺母。
3.4、TEV瞬态地电波传感器
4、传感器与主机的连接
1）左侧CH1~CH4是航空连接器，对于需要供电的传感器，如UHF、AE传感器，可选择左侧输入。
2）右侧CH1~CH4为标准BNC输入，对于不需要供电的传感器，如TEV传感器、HFCT传感器、PAC公司的AE传感器、检测阻抗等。
3）左侧CHn.PIN1-----------右侧CHn芯线相连。
左侧CHn.PIN2-----------右侧CHn外壳相连。
5、注意事项
（1）为了保证传感器与壳体良好接触，避免在传感器和壳体表面之间产生气泡，首先要在传感器表面涂抹耦合剂
（2）用手轻轻地拿着传感器，稍许用力接触GIS壳体，调整增益，使信号在接续测量方式中的显示大小适当，同时又保证信号不溢出
（3）背景检测（即无缺陷时信号检测）：
按照3.3章节中的介绍进行背景测量。
背景信号特点：
信号的有限制和周期峰值小而稳定。
主要来源于环境噪声、仪器噪声和放大器噪声等。
两个水平柱只有小小的颤动。
频率成分1和频率成分2几乎没有信号。
一般情况下，周期峰值可能在0.5mV到大约1.5mV之间变化。
（4）在连续测量方式中，观察有效值（RMS）、周期峰值、频率成分1、频率成分2，与背景信号比较，看是否有明显变化
（5）缺陷快速粗定位：
用手轻轻地拿着传感器，在连续测量方式下沿着GIS壳体逐渐地移动传感器，并监视信号水平，寻找信号水平最高位置。
注意：
识别缺陷的类型上时，传感器不应直接处于或接近信号水平最高点，传感器应位于水平管道上离信号最高大约20cm的地方，这是为了尽可能减小来自反射信号的干扰
（6）注意观察连续模式，如有比背景大的情况，请切换至原始信号监测
（7）精确测量时，传感器最好采用绑定式方法固定（见2.2章节介绍）
6、测量注意事项
仪器使用电池供电，工作时通常不用接地。
当仪器信号有严重的垂直信号，考虑仪器接地。
这是由于GIS壳体中的环流，要小心
沿壳体的电位，它可能在壳体和PD2900局部放电定位仪的传感器之间引起很小的放电，这种放电对声记录产生干扰。
为了避免这种干扰，应使用独立的接地线，使PD2900局部放电定位仪仪器在传感器所在区域附近的GIS结构上接地。
第四章局部放电定位仪软件的使用
所有设备的驱动和软件均已在出厂前安装调试好。
如客户在使用中误操作，可以使用GHOST工具，全部重新回到出厂初始状态。
1、设备开机
1.1
运行桌面
按钮
1.2进入界面
如自检不成功，会弹出对话框，没有检测到测试设备，程序自动退出
2、软件主界面
2.1、设置采集参数
进入设置界面
2.2、设置各通道量程
一般默认为±200mV
2.3、设置同步模式
正常工作时，需要50HZ同步，由同步器输入。
这时采集的波形严格与工频50HZ同步。
2.4设置显示通道
设置用户监视的通道波形。
默认为全选
2.5报警设置
达到报警条件，可是声音或者指示灯报警
2.6标定
把电压值折算成放电量pC来分析和处理
3、采集控制
3.1操作人员可设置被测设备、设备编号、设备单位、操作人员。
3.2
选勾，在开始时自动建立录波文件，录波时间最长20分钟。
平常不选择此功能，以节省硬盘空间。
3.3
可以查看菜单文件打开下的原始波形文件，可以前后查看，可以自动播放，可以手动播放。
4、峰值曲线
选择此功能，记录峰值曲线，峰值曲线记录每秒内，每个通道监测到的峰值。
该文件是文本文件，可以打开查看
把每一次测得的放电峰值连成曲线，以供分析。
5、各图形显示模式
6、波形图
某放电现象原始波形如下
放电发生在30°90°左右
波形幅度可放大显示
可以设置底噪声忽略区域：
忽略区域：
1之左2之右3与4之间，视为噪声忽略。
7、密度图
8、椭圆相位图
9、频率谱图
10、3DN-Q-Φ谱图
14、相位图谱
相位图谱主要用于局放和电晕的测量。
使用同步单元（内置）得到一个与工频有关的幅值与相位关系图，给出有关放电或碰撞发生在工频周期的哪个位置的信息，用来判断是否和工频周期存在关系。
适用于GIS的电晕、局放故障的故障分析。
参照《电力行业标准DL417—91电力设备局部放电现场测量导则》附录A局部放电的波形和识别图谱分析。
第五章设备配置
1、标准配置
1.1主机一台
1.2UHF传感器4支
1.3同轴连接线4根
1.4软件包一套，已装主机上
1.5使用说明书一份
1.6220VAC同步电源线一根
1.7220VAC交流适配器一根
2、选配件
2.1超高频传感器
2.2超声波传感器
2.3传感器固定座
附件一、用打火机和声发射传感器用于局部放电的模拟测试
测试条件：
将传感器接到PD2900局部放电定位仪设备，在PD2900局部放电定位仪软件中设置波形图，超声波传感器置于空气中，传感器面朝向打火机，两者距离约20mm，每次测试重复3次。
如下操作：
开始采集，每打火一次，采集波形如下：
附件二、用打火机和UHF超高频传感器用于局部放电的模拟测试
测试条件：
将传感器接到PD2900局部放电定位仪设备，在PD2900局部放电定位仪软件中设置波形图，UHF传感器置于空气中，传感器面朝向打火机，两者距离约0.1米，每次测试重复3次。
如下操作：
设置捕捉波形：
开始采集，每打火一次，采集波形如下：
附件三、用GSM手机和UHF超高频传感器快速检测局部放电仪工作
注：
本传感器已屏蔽手机信号，无法用手机测试。
对其它没有屏蔽手机信号的UHF传感器如下操作
测试条件：
将传感器接到PD2900局部放电定位仪设备，在PD2900局部放电定位仪软件中设置波形图和实时频谱图，手机与UHF传感器距离约0.5米，接通并通话。
如下操作：
附件四、用打火机和TEV瞬态地电波用于局部放电的模拟测试
测试条件：
将传感器接到PD2900局部放电定位仪设备，在PD2900局部放电定位仪软件中设置波形图，TEV传感器置于空气中，传感器面朝向打火机，两者距离约10mm，每次测试重复3次。
如下操作：
设置捕捉波形
开始采集，每打火一次，采集波形如下：
升级会员 