GIS局部放电在线监测系统
HN-PD800系列 · 特高频UHF技术 · 故障类型识别
1. 概述
1.1 系统简介
GIS设备内部空间极为有限，工作场强高，绝缘裕度相对较小，内部缺陷极易引发绝缘故障。局部放电往往是绝缘性故障的先兆和表现形式。我公司生产的HN-PD800系列GIS局放在线监测装置，采用特高频（UHF）在线监测技术，实时监测GIS内部由于局部放电所产生的特高频电磁波信号，通过分析信号特征评估设备运行状态，能有效预防事故的发生，避免GIS的突发性故障。
系统由内置式或外置式特高频传感器组成的信号采集单元、同轴电缆和通信线组成的信号传输单元、局放监测IED信号处理单元、后台电脑及软件组成的信号显示单元四部分构成。系统采用UHF传感器信号探测技术、传感器优化布置技术、SQL数据库专家分析技术，可及早发现GIS内部绝缘缺陷。
1.2 技术特点
特高频信号采集：采用UHF检测技术，软硬件滤波有效抑制干扰，可对GIS设备进行在线监测；传感器布置化，覆盖所监测的设备。
多种谱图显示：支持PRPD、PRPS放电谱图，时域波形、视在放电量即时/历史谱图，局放类型识别分析谱图。
通信符合行业标准：处理单元和后台可采用光纤、TCP/IP通信，与变电站综自系统之间可采用IEC61850协议。
局部故障类型识别及报警：可识别电晕放电、悬浮电位放电、自由粒子放电、空隙放电等，超阈值弹出报警窗口。
高可靠性：硬件差动平衡法、软件小波滤波/IIR/开窗法抑制干扰；分布式结构避免现场干扰；通过电磁兼容10项抗干扰试验。
2. 局部放电特征
局部放电具有进展缓慢、初期间歇出现、与工频同步等特点。通过长期在线监测，可捕捉发展态势。下图展示了典型局放信号与外界噪音的图谱对比。
3. 功能及原理
3.1 系统架构
HN-PD800局部放电在线监测系统由现场传感器（内置/外置UHF传感器）、信号处理单元（IED模块）、局放工作监视站（后台电脑）三大部分组成。系统框架如下图所示：
局放工作站：通过以太网交换机、光纤收发器等连接IED与后台电脑，使用SQL数据库及专家诊断系统进行数据分析与保存。
局放IED：三段式结构：底层电源单元（含电源滤波器、AC/DC开关电源）、中层信号滤波单元（放大器、带通滤波器、程控放大器）、上层信号采集处理单元（FPGA扫描模块、工频触发模块）。
传感器：特高频非频变圆极化天线，分为外置传感器（安装于设备外部）和内置传感器（安装于设备内部），根据现场需求选择。
3.2 系统功能
局放工作站：测量放电幅值、相位、次数；显示PRPD/PRPS谱图；模式识别、故障诊断、趋势预测、历史查询、报表、自动测量、远程访问（支持IEC61850）。
局放IED：多测点同步实时监测；高速D/A采集（12位精度）；内置数字滤波器；实时报警；与综自系统通信（IEC61850）。
传感器：接收UHF脉冲信号，整形为单极性宽脉冲，通过同轴光缆传送给IED。
通信方式：局域网/串口通信，可选IEC61850协议。
3.3 工作原理
特高频传感器原理：局部放电产生宽频带电磁波，不同类型放电产生不同频率成分（空气中电晕≤200MHz，SF6中可达1GHz以上）。HN-PD800采用希尔伯特分形天线（非频变，300~1500MHz），有效避开低频干扰，放大器增益40dB。
信号采集处理：传感器信号经放大、滤波后送入高速采集单元，计算放电幅值、平均放电量、放电次数。
信号抗干扰：基于UHF频段避开主要干扰；硬件差动平衡法；软件小波变换、IIR滤波器、开窗法抑制白噪、周期、脉冲干扰。
放电定位原理：通过多个传感器接收信号幅值比较（粗略定位）或基于ns级时差测量（精确定位，需示波器，用于便携式）。
3.4 主IED介绍
主IED负责将传感器信号经滤波、放大、去噪、调试后，通过串口、TCP/IP或IEC61850上传至后台。通道数可定制，机箱有多种规格。IED外观及参数如下图所示：
3.5 传感器种类及安装示例
外置传感器：安装于GIS盆式绝缘子上，贴合紧密，减少干扰。
内置传感器：安装于手孔/人孔法兰上，密封圈密封，隔绝外部干扰。
3.6 软件界面
软件提供登录界面，默认用户名/密码均为user。进入后可查看GIS局放选项卡、放电谱图、设备详细信息、趋势图等。历史数据可选定时间范围查询。
4. 技术性能及指标
4.1 主要技术性能
| 序号 | 项目 | 指标/描述 |
|---|---|---|
| 1 | 测量方法 | UHF传感器，定位及故障类型识别 |
| 2 | 监测频率 | 300MHz～1.5GHz |
| 3 | 传感器类型 | UHF内置/外置式 |
| 4 | 灵敏度 | 内置≤3pC，外置≤5pC |
| 5 | 故障识别类别 | 电晕放电、悬浮电位放电、自由粒子放电、空隙放电等 |
| 6 | 故障预警方式 | PC量化，根据指标给出位置、类型及强度预警 |
| 7 | 传感器位置分布 | 优化布置，限度覆盖设备 |
| 8 | 现场监测单元 | 不锈钢外壳，可通过油阀或法兰安装，现场可查看数据 |
| 9 | 通信网络 | 传感器到本地单元：50Ω同轴电缆；本地到主处理单元：同轴/TCP/IP；主处理单元到后台：串口/TCP/IP；与综自系统：IEC61850 |
| 10 | 噪音辨别 | 高压同步信号抑制、宽频带波形特征判断、环境噪音传感器（0.3~3GHz）消除外部噪音 |
| 11 | 数据处理 | 生成日报/周报/月报，历史数据分析功能 |
4.2 电磁兼容性能
| 序号 | 试验项目 | 要求 |
|---|---|---|
| 1 | 辐射电磁场骚扰试验 | GB/T 14598.9-2002 4级 |
| 2 | 快速瞬变干扰试验 | GB/T 14598.10-1996 4级 |
| 3 | 1MHz脉冲群干扰试验 | GB/T 14598.13-1998 4级 |
| 4 | 静电放电试验 | GB/T 14598.14-1998 4级 |
| 5 | 浪涌(冲击)抗扰度 | GB/T 17626.5-1999 4级 |
| 6 | 射频电磁场辐射抗扰度 | GB/T 17626.6-1998 3级 |
| 7 | 工频磁场抗扰度 | GB/T 17626.8-1998 5级 |
| 8 | 脉冲磁场抗扰度 | GB/T 17626.9-1998 5级 |
| 9 | 阻尼振荡磁场抗扰度 | GB/T 17626.10-1998 5级 |
4.3 机械性能
| 序号 | 项目 | 要求 |
|---|---|---|
| 1 | 振动 | GB/T 11287-2000 1级（响应/耐久） |
| 2 | 冲击 | GB/T 14537-1993 1级（响应/耐久） |
| 3 | 碰撞 | GB/T 4537-1993 1级 |
5. 售后服务承诺
现对购买我公司产品的所有用户均作如下产品质量、服务保证承诺：
1. 产品质量三包，配套的外购原材料为优质产品，以保证质量。对所有产品我厂均严格按产品规格书的技术要求生产、检验。
2. 我公司生产的GIS局部放电在线监测系统均按要求及相关电力行业标准设计和生产。
3. 在原材料采购、产品生产制造过程等各个环节严格按标准进行控制，确保每个工序均处在质量受控状态，从而保证产品的质量。
4. 所有出厂产品均严格按检验程序99%进行检验，保证成品一次交检合格率99%，成品抽查合格率99%。
5. 所有产品质保期为1年。质保期内如果发现质量问题，如属于我方的责任，我方负责免费更换、及时处理。
6. 对所有用户均提供：技术更新、质量更好、服务更佳的产品。我们不但保证我们所提供给各客户的产品是优质合格的产品，而且我们将予以积极配合，大力支持你们的工作。
对于我公司所设计施工的系统及我公司销售的设备我们保证用户能够得到整个系统的终身技术支持和服务。在服务速度上，我们承诺在用户系统出现故障时，我们在最短时间内响应。
在有关系统设备到货前，我们将指派专门人员前往用户现场，做好设备安装的先期准备工作，以使系统设备运行在一个良好的工作环境，并将与用户协调有关系统的安装调试工作。
在系统设备到货后，我们的有关人员将与用户一起对设备进行检查验收，并实施现场的安装调试工作，以便及时解决万一在发货过程中存在的差错。
作为技术支持重要部分，我们还将为用户提供的系统升级服务，并确保技术的性与应用适用发展趋势；随时能够为用户提供系统的扩展能力，以满足用户日益发展的要求；升级后的系统有良好的性能价格比、经济性。
客户的系统管理员或系统管理维护人员随时可与我公司直接，由我们的工程师和软件工程师通过电话向用户提供专业的技术咨询，以的速度解决用户网络系统中出现的问题，并提供全天候、无周末、1小时响应服务。
当我们的工程师通过电话无法及时排除问题时，我们会迅速派遣工程师并带所需一切工具来到现场进行维护工作，直到所有问题被解决为止。标准响应时间为路途时间。
我们对免费维护期内的系统设备提供现场维护和更换服务，对后续保用服务合同内指定的所有设备提供保修和保养服务。对于未包含在后续保用服务内的设备可提供优惠收费维护服务。
我们会指定一到两名工程师负责指定用户的维护工作，这样，用户的维护请求可以得到的响应，能更快地提出建议并解决问题。
系统验收合格后，我们会建立完整的用户系统设备配置及免费维护档案，以便随时查阅用户系统的原始维护记录，为系统的维护提供参考资料。
产品支持：有关使用杭州辉能电力科技有限公司GIS局部放电在线监测系统的问题，可以通过以下方式联系：
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