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气体绝缘变电站(gas insulated substation, GIS)中开关操作在外部空间中所激发的瞬态辐射场的波形特征可以反映开关的运行状态。为了将开关操作瞬态辐射场的特征分析应用于开关的缺陷检测之中,基于中国电科院的隔离开关(disconnectingswitch,DS)故障模拟试验平台,利用1套非侵入式的3维辐射电场测量系统对DS在不同工作状态时产生的空间辐射电场进行了测量,并建立起DS在正常工作状态下和内、外部分别发生绝缘击穿故障时与其操作瞬态辐射电场特征之间的对应关系。研究结果表明:DS在绝缘缺陷下的开关操作瞬态辐射电场脉冲的时域细节波形与特征频率分布明显区别于正常状况,因此通过监测和分析开关操作瞬态辐射电场可以实现对DS的故障检测。该研究为DS等开关设备的故障诊断领域提供了一种全新的思路。

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隔离开关 开关操作 缺陷检测 时频域分析 瞬态辐射电场

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随着气体绝缘变电站(gas insulated substation,GIS)的数字化和智能化不断深入,在线监测装置等二次设备被下放到开关场中,较易受到开关操作瞬态辐射场的干扰。为了明确在线监测终端器件对高频阻尼振荡电场的抗干扰度,完善GB/T 17626.10-2017中的在线监测试验项目,文中研制出GIS开关操作瞬态辐射场环境的模拟装置,并基于此测试平台对PCB级数字终端和CAN总线进行了辐射效应实验,证明了GIS开关操作瞬态辐射场可能会对在线监测数字终端产生较强的电磁干扰。研究结果为完善在线监测设备的入网测试平台提供了一定的借鉴意义。

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CAN总线 GIS PCB 多等级效应 开关操作瞬态辐射场 数字终端 在线监测

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气体绝缘变电站(gas insulated substation, GIS)中开关操作在外部空间中所激发的瞬态辐射场的波形特征可以反映开关的运行状态。为了将开关操作瞬态辐射场的特征分析应用于开关的缺陷检测之中,基于中国电科院的隔离开关(disconnectingswitch,DS)故障模拟试验平台,利用1套非侵入式的3维辐射电场测量系统对DS在不同工作状态时产生的空间辐射电场进行了测量,并建立起DS在正常工作状态下和内、外部分别发生绝缘击穿故障时与其操作瞬态辐射电场特征之间的对应关系。研究结果表明:DS在绝缘缺陷下的开关操作瞬态辐射电场脉冲的时域细节波形与特征频率分布明显区别于正常状况,因此通...

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隔离开关 开关操作 缺陷检测 时频域分析 瞬态辐射电场

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随着气体绝缘变电站(gas insulated substation,GIS)的数字化和智能化不断深入,在线监测装置等二次设备被下放到开关场中,较易受到开关操作瞬态辐射场的干扰。为了明确在线监测终端器件对高频阻尼振荡电场的抗干扰度,完善GB/T 17626.10—2017中的在线监测试验项目,文中研制出GIS开关操作瞬态辐射场环境的模拟装置,并基于此测试平台对PCB级数字终端和CAN总线进行了辐射效应实验,证明了GIS开关操作瞬态辐射场可能会对在线监测数字终端产生较强的电磁干扰。研究结果为完善在线监测设备的入网测试平台提供了一定的借鉴意义。

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CAN总线 GIS PCB 多等级效应 开关操作瞬态辐射场 数字终端 在线监测

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本申请涉及一种气体绝缘变电站金属微粒检测方法。所述方法用于检测气体绝缘变电站的金属微粒，所述气体绝缘变电站包括并列的第一母线和第二母线，以及连接于所述第一母线和第二母线之间的第一断路器，所述方法包括：对所述气体绝缘变电站进行局部放电检测，得到操动前局放信号；对所述第一母线和所述第二母线进行充电；操动所述第一断路器，并在操动所述第一断路器之后的预设时长内，对所述气体绝缘变电站进行局部放电检测，得到操动后局放信号；根据所述操动前局放信号和所述操动后局放信号，确定所述气体绝缘变电站是否存在金属微粒。本申请提供的方法检测金属微粒过程中，不会损伤气体绝缘变电站的绝缘性能，实用性强。

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在电力系统中，气体绝缘变电站(Gas Insulated Substation, GIS）是一种低维修率、高可靠性、检修时间比较长的高压电气设备，有着非常广泛的应用。然而，尽管GIS运行可靠性高，但在制造安装运行过程中所产生的缺陷也会导致事故的发生。因此，针对GIS的缺陷诊断对设备安全运行变得尤为重要。 GIS开关操作在外部空间激发的瞬态辐射场波形相关特征可以反映其运行状态。为了能够验证开关操作瞬态辐射场的相关特征参量可以用于GIS的故障诊断，基于中国电科院隔离开关故障模拟实现平台，采用一套非侵入的三维辐射电场测量系统，对不同工作状态下产生的空间辐射电场进行了测量，并建立起了隔离开关在正常状态下和内、外部分别发生绝缘故障和操作瞬态辐射电场特征之间的对应关系。通过对开关操作瞬态辐射电场进行时频域分析，提取一系列GIS开关操作瞬态辐射场相关特征参量，同时对特征参量进行统计分析，结合机器学习支持向量机(SVM)算法，搭建了GIS开关操作辐射场缺陷诊断模型。该模型提取了不同缺陷类型的实验数据特征参量，通过不同的特征组合方式，采用高斯核函数和多项式核函数进行模型训练，通过调节各项参数以及对不同特征参量组合的甄选，得到识别精度最优的GIS缺陷诊断模型。 基于该缺陷诊断模型开发了一套GIS缺陷诊断软件系统，该系统采用Python语言进行开发，结合PYQT5界面开发库，采用大量的QT控件实现界面设计及布局，并利用其特有的信号与槽机制实现相关系统功能。同时通过使用Thread类方法实现多线程，从而使后台运行和前端界面分离，提高了运行效率。在该系统也使用了Python包管理器Anaconda3，其中包含了大量的科学计算包，通过调用Python相关包，实现了系统从数据处理、数据管理、自动监测等一系列相关的功能。数据处理过程调用了Matlab进行频域参数的相关计算，提高了系统数据处理能力。为了实现数据存储与管理，使用MySQL进行系统数据的存储，通过Python第三方库pymysql连接MySQL数据库进行相关操作并将其显示在数据管理界面。 基于以上工作，实现了对GIS设备状态监测从数据采集、数据分析、缺陷诊断等一系列过程，为智能变电站的建设提供了一定的借鉴意义，同时为GIS故障诊断领域提供了一种全新的思路和方法。

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PYQT5 Python 开关瞬态辐射场 气体绝缘变电站 支持向量机（SVM）

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气体绝缘变电站(Gas Insulated Substation,GIS)内的隔离开关(Disconnecting Switch,DS)或者断路器(Circuit Breaker,CB)的动作会在GIS外部产生强烈的辐射电磁场环境.为了通过此测得的辐射场特征参数评估GIS的健康状态,特提出利用小波包分解提取辐射电场信号特征频段能量的方法.采用biorS.5小波基函数,分别对GIS处于健康状态与GIS中CB内出现绝缘故障两种情况下CB关合动作所产生的辐射电场信号进行4层小波包分解,从而提取不同频段的归一化能量,发现31.25 MHz以下的频段为此GIS因CB动作所产生辐射电场信号的特征频段.经推广,通过对比任意一次CB动作后辐射电场在特征频段的能量与GIS正常运行状态下典型辐射电场的特征频段的能量,可以诊断CB的绝缘故障,评估GIS的健康状态.

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CB GIS 辐射电场 特征提取 小波包分解 状态评估

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气体绝缘变电站（gas insulated substation，GIS）因具有操作安全性高和维护方便等优点，在电力系统中的应用愈加广泛。GIS具有集成化的特征，其内部汇聚了众多的一、二次设备，且二次设备越来越数字化和智能化，对电磁辐射干扰的敏感性也愈来愈强，因此开关操作产生的瞬态辐射场容易对在线监测数字终端器件造成电磁干扰。为了研究GIS开关操作瞬态辐射场对在线监测电子器件的干扰效应，论文研制了GIS开关操作瞬态电场辐射环境模拟装置，并对在线监测装置监测单元中的印制电路板（printed circuit board，PCB）电光转换模块和通讯控制单元中的串行数字通讯线缆开展了相应的效应试验研究。 本文首先对220 kV高桥变电站和330 kV茱萸变电站的GIS开关（隔离开关和断路器）分闸与合闸状态下的瞬态辐射电场进行了现场实测，对测量数据进行了时频域分析。然后，为了进一步完善断路器操作瞬态辐射电场的数据积累，本文利用西安高压电器研究院的合成试验平台对550 kV断路器、800 kV双断断路器和1100 kV特高压断路器操作所产生的瞬态辐射电场进行了测量和分析，并利用小波包分解方法分别对800 kV双断断路器在绝缘缺陷状态下和正常状态下的高频毛刺电场脉冲进行了特征频段能量提取。在以上工作的基础上，本文总结了GIS开关操作瞬态辐射电场的幅值、前沿和中心频率等特征参量的变化规律。 基于GIS开关操作瞬态辐射电场的典型特征，本文利用集总参数开关振荡电路和横电磁波（Transverse Electromagnetic，TEM）小室研制了GIS开关操作瞬态电场辐射环境模拟装置。此装置能够产生指数衰减正弦振荡的模拟辐射场，电场脉冲幅值在4.8 kV/m~26 kV/m范围内可调，中心频率在3.5 MHz~8.2 MHz的范围内可调，波形持续时间在2 μs左右。该模拟装置符合IEC 62132中所规定TEM小室的PCB电磁抗扰度测试的通用试验条件，可以作为在线监测PCB级数字终端的抗干扰度考核装置。 利用所研制的开关操作瞬态电场辐射环境模拟装置，本文对220 kV高桥GIS在线监测设备监测单元中的PCB电光转换模块和通讯控制单元中的串行数字通讯线缆（USB串口转换器）进行了电磁辐射效应试验研究，分别从模拟信号传输和数字信号传输的角度分析了开关操作瞬态辐射场对在线监测数字终端器件产生的影响。试验结果表明，GIS开关操作瞬态辐射场不仅可以使在线监测装置中传输的模拟信号发生波形畸变、失真，也会使数字信号产生误码、乱码、数据丢失等错误，甚至造成软件崩溃和硬件损毁，应该采取相应的措施在数据源头对在线监测装置进行电磁防护。 本文为PCB级在线监测单元在GIS开关操作瞬态辐射场下的抗干扰度考核提供了一种试验手段，建议在线监测装置在投运前应进行相应的抗干扰度考核试验。

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开关操作 模拟装置 气体绝缘变电站 瞬态辐射电场 效应试验

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近些年来，SF6气体绝缘变电站(GIS)以优异的电气性能在国内外得到了广泛应用，但是运行中开关设备的分合闸操作会引起快速暂态过电压(VFTO)。该电压具有上升时间短、陡度大及幅值高的特点，对电力设备绝缘具有严重威胁。目前关于VFTO抑制方法已经得到了广泛的关注和研究，已有研究结果表明，调整隔离开关动作速度、加装分合闸电阻、安装避雷器等方法对VFTO的抑制效果并不十分理想，而高频磁环由于结构简单可靠，是目前较有应用前景的VFTO抑制方式。本文关于磁环模型与抑制方法的研究，对GIS及电力系统安全稳定运行，具有重要的意义。 本文采用2MV快前沿冲击电压发生器与GIS母线段搭建实验平台，产生VFTO，研究不同充电电压下，磁环串长度变化时，导杆上电压幅值、上升时间以及频率的变化规律。结果表明，加装磁环串后，GIS导杆上的电压峰值有所下降，且随着磁环串长度的增加，下降趋势变缓；主电容充电电压越高，导杆上电压下降得越少；且加装磁环串后，电压上升时间与等效频率均有所下降。基于磁准静态场下磁环内部的涡流分析，利用解析法推导得到了磁环的等效电感电阻模型的计算公式，并利用有限元软件对其参数进行计算，研究磁环参数在不同频率、不同电流下的变化规律。利用电路仿真软件计算，验证实验结果，说明模型的合理性。 将磁环模型应用至云南草铺500kV GIS变电站，计算不同运行方式下开关动作时产生的过电压，以及加装不同长度磁环串后VFTO幅值和频率的变化。研究表明加装磁环串后，有一定程度的下降，且负载侧较电源侧节点下降的幅度较大。断路器操作时，出线口VFTO下降最多；隔离开关操作时，PT处VFTO下降最多；加装磁环串后，VFTO的高频分量有不同程度的下降。

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GIS VFTO 高频磁环 隔离开关 抑制方法

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随着智能变电站的推广，继电保护和测控装置等智能电子设备下放直接安装在开关柜上已经成为一种典型的方案，该方案对智能电子设备的抗干扰能力提出了更高的要求。变电站开关操作尤其是气体绝缘变电站（Gas Insulated Substation，简称GIS）中隔离开关切合空载母线时，会产生复杂的暂态电磁现象，由此引起的暂态电磁干扰是影响智能电子设备正常运行的重要因素，也是目前国内外研究的热点问题。因此本文从智能电子设备电磁兼容设计需求出发，对开关操作暂态电磁干扰源的计算与测量、对电子设备的耦合途径以及对电子设备中电子器件的损伤效应进行了系统研究。 针对开关操作引起的暂态电磁干扰仿真计算，分析了隔离开关动作全过程中SF6绝缘介质击穿电压影响因素，研究了间隙击穿后电弧熄灭的机理，通过高频振荡电流衰减判断熄弧，综合时变电阻电弧模型，构建了隔离开关多次重击穿仿真模型。应用该仿真模型计算得到110kV等级GIS隔离开关切合容性负载时负载侧特快速暂态过电压(Very Fast Transient Overtage，简称VFTO)波形，并且进行了实验测量，仿真与实验测量结果的对比验证了该模型。仿真结果表明VFTO的幅值随击穿时刻电源相角增加而变大；对于合闸过程，VFTO峰值并非一定发生在首次击穿时刻。通过该仿真模型获得了开关动作全过程的特快速暂态过电压VFTO，并且利用矩量法计算了由VFTO引起的空间暂态电磁近场。 提出了一种特快速暂态过电压/电流的非接入式现场测量方法。该测量方法首先建立待测GIS结构的黑盒模型，在频域构建电压/电流与电磁场的频率响应函数矩阵，利用开关操作引起的空间暂态电磁近场测量结果，通过电磁场逆问题求解获得特快速暂态过电压/电流。基于上述测量方法开发了宽频暂态电磁近场测量系统，设计了高频暂态电场和磁场探头，对探头和系统的性能进行了测试达到了预期要求。通过与实验直接测量结果的对比验证了该测量方法的正确性。非接入式现场测量方法解决了现场安装直接测量传感器的困难，提高了现场测量的效率。 在获得暂态电磁干扰的基础上研究了其对智能电子设备的传导干扰和辐射耦合效应。研究了VFTO/VFTC通过电子式互感器的传导耦合效应，利用矢量匹配法建立了电子式电流互感器(Electronic Current Transformer，简称ECT)的高频传递函数模型，进行降阶计算了特快速暂态过电流通过ECT传导耦合到电子设备端口的干扰电压，分析了其频谱特性，该方法可以快速求解已知结构模型的ECT高频传递函数响应。研究了暂态电磁场辐射耦合效应下多芯屏蔽电缆的传输特性，针对实际多芯屏蔽电缆的绞合结构，提出了改进的傅里叶级数法，在一个电缆节距内芯线层与层之间的互电容电感利用平均值代替，计算了双层介质下的多芯屏蔽电缆分布电容电感，通过实验进行了验证。相比于ANSYS计算方法，该方法计算时间更短，占用内存更少，并且保证了计算精度；通过实验和理论分析了电缆屏蔽层接地方式对末端电压响应的影响，双端接地时芯线末端耦合的干扰电压最低，双端均不接地时最严重；利用内外传输线法计算了暂态电磁场通过屏蔽电缆作用于电子设备端口的干扰电压，在本文实验模型条件下最高幅值1.5kV，主要频率在10MHz。 最后研究了暂态电磁干扰对于智能电子设备的影响，分析了暂态电磁脉冲对智能电子设备中典型集成电路和半导体器件的损伤效应。根据电子设备端口的干扰电压幅频特性，考虑到绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，简称IGBT)器件相比于其他电子器件的击穿电压更高，建立了其二维结构模型和数值计算模型，通过瞬态电热仿真研究了暂态电磁脉冲作用下IGBT的烧毁机理和损伤能量阈值。仿真结果表明，暂态电磁脉冲作用下电流集中引起的热效应导致了IGBT烧毁，栅极边缘柱面结率先发生雪崩击穿，平面结的击穿引起电流集中，使IGBT器件内部P阱与N基区局部温度迅速升高，从而导致IGBT器件烧毁；IGBT损伤能量阈值随脉冲宽度的增加而增大，损伤能量与脉宽的立方根近似成正比，对损伤能量阈值进行了实验验证。

Keyword ：

电子式互感器 非接入式测量 屏蔽电缆 特快速暂态过电压 暂态电磁干扰

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