DMS局部放电检测仪操作手册.docx
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DMS局部放电检测仪操作手册
PortableUHFMonitor
OperationManual
GIS局放超高频带电测试仪
操作手册
英国DMS公司
北京深蓝华盛科技有限公司
2010年12月
1.Introduction--概述
1.1.TheUHFprinciple--超高频检测的工作原理
运行中的GIS发生故障的原因,可能是母线气室内有超过一定长度的自由金属体,可能是由于屏蔽层与高压母线或气室间的绝缘问题而引起的电火花,也可能是因为尖端(突起)部位产生的电晕放电,所有这些问题都会在GIS发生故障之前,出现局部放电(PD:
partialdischarge)现象。
在某些情况下,局部放电现象能够存在数月甚至更长时间,每次局部放电都会对设备绝缘产生一定程度的损坏,而且这种损坏会逐渐积累,当其累计损坏量足够大时,就会击穿绝缘介质,造成短路,使设备彻底损坏。
局部放电量的大小本身并不能指示设备发生故障的危险程度,但产生局部放电的原因必须要弄清楚,然后才能评估局部放电对设备的影响程度。
GIS中的局部放电总是发生在充满高压SF6气体的很小的间隙内,而且局部放电存在的时间极短(纳秒级),迅速衰减湮灭。
PD放电脉冲的快速上升前沿包含频率高达1GHz的电磁波,因为GIS气室的共振作用,进而形成多种模式的超高频谐振电磁波(UHFWave)。
由于GIS气室就像一个低损耗的微波共振腔,PD信号的振荡波在气室中存在的时间得以延长,可以长达1个毫秒,得使安装在GIS上的内置/外置耦合器(Internal/ExternalCoupler)有足够的时间够俘获这些信号。
耦合器俘获的PD信号的强度很低,仅为毫伏级,但经过DMS超高频局部放电测试仪(PortableUHFMonitor)放大后,用DMS公司的PD人工智能分析软件对他进行多方面的分析,判断GIS可能存在的缺陷。
在检测到GIS设备有局部放电现象,并通过分析波形确定缺陷的种类后,就需要进行定位,找出局部放电的位置,以便进行维修工作。
局部放电的定位是通过准确监测局部放电信号从不同方向到达检测仪耦合器的时间差来进行的。
DMS超高频局部放电检测仪的使用的超高频电磁波的工作频率为500∽1400MHz,而且可以穿过断路器进行传播。
由于衰减和散射,超高频电磁波传播1米约损失2dB的能量,因此,为了获得准确的测量结果,沿着GIS最少每20米要进行一次测量。
1.2.Monitorsoftware--局部放电检测软件
DAQ与PortSUB
DMS超高频局部放电检测仪的系统软件由两部分组成,一部分内置在便携式数据获取单元DAQ(PortableDataAcquisitionunit)检测仪里面,另一部分是安装在一台笔记本电脑里的PD人工智能分析软件PortSUB。
DAQ软件运行在一个300MHz的奔腾处理器上,运行环境为WindowsCE.NET。
奔腾处理器的能力很强,使DAQ能够通过耦合器(Coupler)实时检测、记录局部放电信号的活动情况。
峰值检测(peakhold)与检测时间段(timebucket)
DAQ将1个50Hz周期分成64个检测时间段(timebucket),每个时间段的长度约为312微秒。
在每一个检测时间段,局部放电检测仪的超高频信号峰值俘获电路,都将本时间段内振幅最强的PD信号峰值(信号值/振幅峰值:
peakamplitude)保存起来,并对俘获的信号峰值进行数字化处理;在该50Hz周期结束的时候,DAQ软件从本50Hz周期各个检测时间段俘获的PD信号峰值中选取最大者保存,并将此PD信号峰值与前面的50HZ周期已记录的PD信号峰值进行比较,保留其中的最大值。
局部放电速率(PDcountrate)
局部放电速率是指每秒钟发生局部放电事件的次数。
如果一个PD信号的峰值超过了系统预设的PD阈值(threshold),系统就认为测到了一次局部放电,发生了一次局部放电事件。
本系统自动计算每个检测时间段的局部放电速率,在完成50个50Hz周期(即1秒)的检测后,系统从所有检测时间段中选取局部放电速率最大者保存。
DAQ检测到的所有局部放电(PD)数据都通过网络传输到笔记本电脑,用户可以实时观察检测结果。
1.3.TheonlinePeakHold(PointonWave)displays--峰值检测数据显示
系统检测每个时间段的局部放电信号峰值和放电速率,并将他们显示在电脑屏幕上。
为了提高检测的可靠性,本系统采用插值平均法对检测数据进行处理,即将相邻3个检测时间段的检测值进行平均。
PortSUB系统软件提供多种对信号峰值数据的处理方法:
1)检测阈值(PD阈值:
threshold)设置:
改变局部放电信号的检测门限。
2)峰值数据清除:
清除DAQ记录的放电信号峰值。
3)禁止/允许获取数据。
4)对于单通道检测,可以改变相位,允许主电源和母线电压间有相位差。
为了研究局部放电的长期发展趋势,可以启动数据记录功能(DataLoggingoption),系统自动每隔15分钟保存一次检测到的局部放电信号数据。
系统软件PortSUB从记录到的PD信号数据中计算出每15分钟的局部放电信号峰值和放电速率,并把他们作为局部放电的历史数据长期保留(3年),以供分析和追踪。
1.4.TheonlineSingleCycledisplays--单周期检测数据显示
单周期指一个50Hz周期。
检测仪在获取局部放电信号峰值的时候,DAQ单元要获取每个单周期内所有的检测时间段(共64个)的局部放电信号峰值和放电速率,这些单周期数据包含了分析、识别局部放电源的重要信息。
单周期检测数据显示功能使系统能够实时、连续地显示一个50Hz周期内所有局部放电活动信号。
1.5.TheonlinePRPDdisplays--PRPD检测数据显示
在获取局部放电信号峰值(PeakHold)的时候,DAQ单元条记录每个单周期时间段(共64个)的局部放电参数,PRPD(PhaseResolvedPeakDisplay)数据显示了局部放电信号与相位的关系。
DAQ单元有一个PRPD缓冲区,容量为256*64位,在开始检测时,缓冲区置零。
缓冲区每次能够记录主电源每个单周期时间段的局部放电数据,数值范围为0-255。
DAQ单元有一个8位的数字化电路,能够根据记录的每个单周期时间段内局部放电的信号峰值产生一个0-255间的数值,该数值反映了局部放电信号的强度。
DAQ在256*64位PRPD缓冲区中设置了PD信号计数器,能够对每个50HZ周期检测时间段(1个50Hz周期有64个)的每种强度(0-255共256种)的局部放电信号进行计数统计。
为了确定测量标准,系统把一个固定幅度的PD测试信号加到测试仪的一个检测通道(channel)上,时间为1个50Hz周期,使该周期内64个检测时间段测量到的局部放电值都为1。
如果加载测试信号的时间长度为10个周期,那么每个检测时间段累计的值都为10。
和单周期测量数据一样,PRDPD测量数据也包含了分析、识别局部放电源的重要信息。
PRPD缓冲区不断地更新记录,使用户能够观察建立于长期检测基础上的放电波形,有助于分析判断产生随机局部放电现象的缺陷。
1.6.EventMode–PD事件模式
通过在系统软件PortSUB内设置“PD事件模式(EventMode)”,可以监测断断续续出现的局部放电现象。
在这种模式下,当DAQ监测到一个局部放电信号,立即将记录到的该局部放电事件的50个单周期检测数据(SingleCycleData)传送给系统软件PortSUB,以便进行分析。
系统软件PortSUB为PD事件模式设置的系统参数不同于峰值俘获方式(PeakHoldMode)的参数,PD事件模式有一个可编程设置的检测阈值(detectionthreshold)参数。
对于信号水平超过检测阈值的局部放电称作一个局部放电事件(PD事件),系统予以记录保存;对于局部放电信号水平低于此检测阈值的PD,系统不予记录。
本系统的PD事件模式不但能用于随机局部放电事件的检测、记录,也能用于连续局部放电信号的记录、检测。
当电力设备出现连续局部放电现象时,启用PD事件模式,PortSUB软件会根据预设的局部放电水平参数,检测、记录超过该预设参数的局部放电信号。
当系统记录到一个PD事件时,系统软件PortSUB可以保持PD事件的检测阈值不变,也可以增加PD事件的检测阈值(IncrementalEventLevel)。
如果在发现PD后系统软件允许自动增加PD检测阈值,系统会每隔15分钟将PD检测阈值重置回原始值。
用户可以控制每15分钟内每个检测通道记录PD事件的数量。
通常情况下。
当PD活动被检测和识别到后,用户不希望不停地记录同一种信号,因此PortSUB系统将每15分钟记录PD事件数量的最大值定为9。
检测仪记录到的每一个PD事件都会经DMS公司的PD人工智能分析软件包进行分析,该智能软件经过了多年的长期训练,其PD数据库吸收保存了一百万种局部放电模型,这些PD模型由两部分组成,一部分(约占10%)是通过试验建立起来的,一部分(90%)是通过DMS公司的局部放电检测设备在用户现场收集的。
本系统对PD的分析是自动进行的,自动给出分析、判断的结果,并以图形的方式显示在屏幕上,帮助用户对GIS设备进行深入的故障诊断。
1.7.Library–数据库
检测仪系统软件PortSUB配置有一个数据库(Library),库内保存由典型的金属颗粒、电晕、悬浮电位和绝缘缺陷引起的局部放电信号的典型数据(包括局部放电信号的峰值检测数据、单周期检测数据和PRPD检测数据),也存有各种噪声信号(如雷达、移动电话等)的典型数据。
DAQ在检测到一个PD信号时,系统自动将该PD信号与数据库中保存的典型数据进行比较、分析,判断和识别局部放电缺陷。
系统记录到的所有PD信号都会以不同的格式存入到数据库,一种是供系统软件PortSUB使用的二进制格式,一种是通常的CSV文本格式。
1.8.DatastorageinPortSUBforWindows2000andWindowsXP--系统软件PortSUB的数据存储
PortSUB软件可以根据用户的需求,为每一个受检测的变电站设置系统配置文件,保存测试数据。
用户要记录好在站内每一次检测的位置,建立检测数据和检测位置的对应关系。
在进行PD检测和数据记录之前,用户必须定义一个变电站名字,设置系统参数,如工作频率(50Hz,60Hz)、相位偏移量(检测仪电源与受检设备红相母线(Redphasebusbar)间的相位差),填写对变电站说明信息。
变电站的名字被定义好后,用户还必须输入检测位置数据,记录检测信息,建立检测位置与监测数据之间的对应关系。
PortSUB软件会在每个应用项目的目录下建立存储目录以保存数据,例如应用目录为:
C:
\ProgramFiles\PortSUB
变电站站名字为:
dms
检测位置名字为:
bay1
则检测数据存储路径为:
C:
\ProgramFiles\PortSUB\dms\bay1\
所有的检测数据都以二进制方式保存以节省存储空间,但所有数据均可以文本文件、报表、数据库等方式被导出。
利用本系统可以对多个变电站的多个位置进行检测,检测数据可以保存3年以上。
历史数据可以被加载入系统进行追踪分析。
2.OperatingthePortableUHFMonitor--如何操作PortableUHFMonitor
2.1.StartingPortSUBforthefirsttime/AddinganewSubstationorLocation--初次启动系统软件PortSUB/增加一个新变电站或检测地址
用户可以根据自己的需求,利用PortSUB系统软件,为每一个变电站设置检测配置文件,保存检测数据,并对每一个检测位置(安装耦合器的位置)进行定义,以便将检测数据与检测位置对应起来;用户还要设置系统工作频率(50Hz,60Hz)、相位偏移量(检测仪电源与受检设备红相母线间的相位差),填写检测说明信息。
当PortSUB软件第一次启动时,系统会出现“SubstationandCouplerLocationProperties”对话框,提醒用户填写变电站名称(Substation)和测试位置(耦合器安装位置CouplerLocation)。
填写变电站名称对话框(NewSubstation):
(图1)
填写耦合器位置对话框(NewLocation):
(图2)
工作频率参数(Frequency)和相位偏移量(PhaseOffset)在一个站内的测试中对每个耦合器都是相同的,不用修改,直接点击应用键(Apply)保存设置。
(图3)
Comments/Observation(注释与观察)的内容对一个站内检测的每个位置可能是相同的,用鼠标选取注释内容进行复制,粘贴到其他测试文件中。
(图4)
当上述参数均设置完毕后,选择要进行检测的位置开始检测。
(图5)
Substation/LocationProperties功能菜单在任何时候均可使用,先点击PortSUB菜单,然后选择Substation/LocationProperties即可。
2.2.ThePortSUBMainWindow–系统软件PortSUB主窗口
打开PortSUB主窗口(如下图所示),用户能够访问、使用PortSUB系统软件的所有功能特点,同步观察所有检测通道的检测数据。
电源主频率(Frequency)、相位偏移量(PhaseOffset)、同步方式(SynchronizationSource)、硬件状态(Hardware)等均有相应的图形工具条,点击即可使用。
(图6)PortSUB主窗口
2.3.PortSUBStatus--PortSUB的状态参数
当一个检测项目启动之后,检测仪(UHFMonitor)的工作状态就被显示在相应的工具条上,如实时的工作频率、相位偏移量、同步方式以及检测仪连接状态。
检测仪连接状态指示电脑(运行检测仪系统软件PortSUB)与超高频检测信号获取单元DAQ间的网络连接是否正常,连接正常(联通状态)为:
Nodeconnected–InternalSynchronizationOK[xx.xxHz]andxdegreesphaseshift
表示PortSUB系统软件与DAQ单元连接正常,内同步正常,频率xx.xxHz,相位偏移量x,可以进行检测操作。
(图7)连接正常
如果DAQ被断开或关掉电源几秒钟后,PortSUB就会显示:
Nodenotconnected
表示PortSUB软件与DAQ单元连接不正常(未联通状态)。
(图8)连接不正常
一旦PortSUB与DAQ重新连接,数秒钟内连接状态又会显示正常。
注意:
DAQ被关机后,重新启动需要60秒钟的时间。
(图9)
DAQ出现同步问题,PortSUB会立刻显示同步故障(externalsynchronizationfault),见图9。
2.4.SystemProperties–ConfiguretheUHFMonitor系统参数--检测仪参数配置
对于检测仪的三个检测通道,其参数配置可以分别设置。
选择SystemProperties菜单:
(图10)
进入SystemProperties对话框(图11):
PortSUBProperties,用鼠标或table键选择通道(Channel1/2/3)或硬件(Hardware)进行参数设置。
(图11)
对每个通道有下列参数:
a)EnableDataRecording–√为允许记录检测数据,为禁止记录检测数据。
b)EnableHistoryLogging–√允许PeakHold(峰值俘获)操作,系统自动每15分钟记录一次PD信号的最大值,记录后即清零,重新检测、记录。
为禁止。
c)EnableEventLogging–√允许记录单周期检测(SingleCycleData)中测到PD事件,即信号水平超过了系统预设的门限阈值(threshold)的局部放电。
为禁止。
d)CurrentEventLevel–当前局部放电检测门限(detectionthreshold),任何局部放电信号水平超过此值即被视为一个PD事件,PortSUB软件对此予以记录、统计。
用户不能修改CurrentEventLevel的值,但用户可以通过点击Reset按钮,将CurrentEventLevel复位到BaseEventLevel值。
e)BaseEventLevel–基本局部放电检测门限(基本阈值),在PortSUB测到PD事件后,系统会自动将当前的局部放电检测门限CurrentEventLevel提高到新的水平,使系统不用大量地记录同一放电水平的PD事件。
当前局部放电检测门限升高15分钟后,系统会自动将其值复位到基本局部放电检测门限。
f)IncrementEventLevel–局部放电门限增量(阈值增量),如上所属,系统检测到PD事件后会自动调高当前阈值,防止过多记录同一水平的PD事件而产生大量的重复数据;15分钟后,系统自动重置当前阈值到基本阈值。
选中此按钮,使系统实现上述功能。
g)MaxEvents/15min–最大事件数/15分钟,在15分钟内每通道允许记录的最大PD事件数量。
h)EventDensity–PD事件密度,指在测到一个PD事件(即信号水平高于预设阈值的局部放电)后,每50个50Hz周期中出现的PD脉冲数量的最小值,低于此数值的局部放电信号予以放弃。
本参数用于跟踪局部放电事件,排除出现在PD信号范围内的外界干扰信号的影响,这些干扰可能会产生一些类似PD的超高频信号,但其数量会很少。
i)DataDetectThreshold–数据检测阈值,检测仪测到的信号水平低于此值的信号都会被弃掉。
系统测到的信号水平高于此值的信号都会作为局部放电事件,并被用于计算局部放电速率(DischargeRate)。
j)ChannelPhaseSetting–检测通道相位设置。
变电站都有三相电源,检测仪测到数据会受相位偏移量(0、120、240)的影响。
检测时,要先确定是在哪一相上进行的检测,以便对检测到的数据施加正确的相位偏移量。
在使用外同步(externalsynchronization)信号时,相位偏移量的设置要十分小心,特别是同步信号(synchronizationsource)取自变电站内的某相电源而非红相(redphase)时。
Hardware菜单允许用户控制系统同步信号源(SynchronizationSource)和耦合器电源(CouplerPower)。
(图12)
k)SynchronizationSource–同步信号源有两种:
内同步(internal)和外同步(external)。
内同步信号取自检测仪的供电电源,外同步信号由其它的TTL信号发生器供给测试仪。
注意;如果没有同步信号,测试仪将不能检测、记录PD数据。
l)CouplerPower–耦合器电源处于PowerOn状态时,检测仪给耦合器提供12V电源以进行内部信号放大。
注意:
并非所有检测仪(PortableUHFMonitor)都支持此项功能,请认真查阅随机技术资料,对没有内部放大电路的耦合器施加电压,将会烧毁耦合器!
!
!
点击TestUnit按钮,对检测仪及其三个通道进行自检测试。
自检测试将读出系统软件版本号和同步信号,并在每个UHF检测通道注入测试信号,然后系统收集各UHF检测通道返回的测试脉冲,测出返回的自检信号的幅度(0-255,相当于0-100%)。
自检的内容和结果均显示在TestPortableUnit对话框内(图13)。
注意:
如果在自检过程中一个明显的PD信号或背景干扰信号被检测到,这可能会干扰测试甚至会导致某通道自检失败;自检前要关闭、移走可能的干扰信号源,保证没有外界信号干扰到自检测试信号。
(图13)
点击OK按钮关闭对话框。
2.5.ChannelWindow–ViewthePDData检测通道窗口–观察PD数据
所有被系统软件PortSUNB记录的检测数据均可以在通过检测通道窗口Channel(n)(n=1、2、3)进行观察,这也是PortSUB的一项主要功能。
通过PortSUB软件Widows菜单的OpenChannel项可以打开检测通道窗口(见下图):
(图14)
PortSUB最多可以打开6个检测通道窗口,允许多个窗口对应一个通道,方便用户同时观测同一个通道的多项检测数据,如同时观察PRPD和SingleCycle数据。
在打开通道检测窗口的同时,PortSUB软件会在主菜单中增加通道检测菜单Channel和数据库菜单Library。
2.6.ChannelWindow–OnlineSingleCycle,PeakHoldandPRPDdata检测通道窗口--OnlineSingleCycle、PeakHold和PRPD数据
当打开一个检测通道窗口时,窗口内缺省显示为OnlineSingleCycle(单周期检测)数据。
在PortSUB收到该通道的检测数据后,通道窗口内显示:
【receivingdata】
窗口显示的是系统在最近50个电压(50Hz)周期内检测到的PD数据。
在此检测模式下,有多种操作方法。
(图15)
打开通道检测窗口后,选择Channel(通道)菜单后,进行下列操作:
a)SuspendUpdate–暂停接收检测数据。
通过此功能,用户可以保留屏幕上显示的检测数据,以便进行详细研究。
b)ToggleSingleCycleDisplay–以3D图形或PlanView平面图形的方式显示单周期局部放电信号(SingleCycleData),图中的颜色表示PD信号水平(振幅强度)。
c)RotateClockWise–顺时针旋转单周期PD信号的3D图形。
d)RotateAntiClockWise–逆时针旋转单周期PD信号的3D图形。
e)ScrollUp–查看俘获的上一个单周期(50Hz周期)PD信号。
f)ScrollDown–查看俘获的中俘获的下一个单周期(50Hz周期)PD信号。
(图16)
点击检测通道窗口左边显示的OnlinePeakHold(峰值检测)工具条,显示系统俘获的PD信号的峰值数据和局部放电速率(PDcountrate)。
系统会不断更新显示检测数据,总是显示最高振幅的PD信号和及其放电速率;用户可以使用Channel菜单中ClearOnlineData工具条清除检测数据,即使用户不清除,系统也会每15分钟自动清除检测数据并将其作为历史记录加以保存(在菜单PortSUB菜单的SystemProperties工具条中选中EnableHistoryLog按钮)。
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