淺析GIS局部放電信號采集

牛

（華北電力大學(xué) 電氣與電子工程學(xué)院，北京 100000）

在我國，GIS的絕緣狀態(tài)主要通過定期進(jìn)行預(yù)防性試驗來診斷，以確定設(shè)備可否繼續(xù)投運。但是，隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，社會對供電可靠性的要求越來越高，電力系統(tǒng)也日益壯大，傳統(tǒng)的定期停電進(jìn)行預(yù)防性試驗的做法不僅不能滿足電網(wǎng)高可靠性的要求，而且需在測試期間斷電，且不能真實反映設(shè)備在帶電運行狀態(tài)下的絕緣狀態(tài)，不易發(fā)現(xiàn)設(shè)備在運對高壓設(shè)備絕緣狀況進(jìn)行不接觸、帶電檢測和故障診斷，能在不停電狀態(tài)下及時了解設(shè)備運行狀況，減少停電對國民經(jīng)濟(jì)的影響；能在運行電壓下發(fā)現(xiàn)預(yù)防性試驗無法發(fā)現(xiàn)的絕緣缺陷；可隨時對運行設(shè)備進(jìn)行絕緣監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部故障隱患；為設(shè)備狀態(tài)檢修提供可靠技術(shù)支持和理論依據(jù)；是變電站必備的監(jiān)測工具；也是電力工業(yè)安全保障的需要。

傳統(tǒng)非接觸式帶電絕緣狀態(tài)檢測方法是使用紅外測溫儀顯示絕緣發(fā)熱點以及使用化學(xué)測試管檢測GIS內(nèi)部氣體成分。但是紅外攝像儀或紅外測溫儀必須在夜晚才能使用，而且許多局部放電現(xiàn)象（如：電暈、火花放電等）并不一定產(chǎn)生大量熱量，致使局部放電檢測困難。GIS 內(nèi)部閃絡(luò)會導(dǎo)致SF6 氣體分解，因此，SF6 電弧分解產(chǎn)物的存在是內(nèi)部電弧放電的一個標(biāo)志?；瘜W(xué)測試管是現(xiàn)場檢測SF6 分解產(chǎn)物生成情況的常用工具?；瘜W(xué)測試管內(nèi)裝有靈敏指示劑，它們與SO2和HF互相作用就會改變顏色。采用化學(xué)測試管可以檢測分解產(chǎn)物濃度達(dá)幾百～幾萬ppmV 的電弧放電。此外，化學(xué)測試管還能鑒別出SO2和SOF2，從而可以判斷GIS 內(nèi)部閃絡(luò)故障是發(fā)生在氣體間隙中還是絕緣子附近，因為在絕緣子附近發(fā)生閃絡(luò)時，通常SO2的濃度要高很多。

化學(xué)檢測法對于小氣室中的大電流電弧放電是一項很實用的方法，但是對于大氣室小能量放電則靈敏度不夠，因為小能量放電不一定能夠產(chǎn)生足夠的化學(xué)分解物。同時由于GIS內(nèi)部有吸附劑和干燥劑，也可能嚴(yán)重影響化學(xué)檢測結(jié)果。化學(xué)檢測法可以判定SF6 的分解物濃度，但是行狀態(tài)下絕緣缺陷。無法判定是否存在絕緣缺陷，因為GIS中的斷路器動作所產(chǎn)生的電弧同樣會引起氣體的化學(xué)變化。

高壓絕緣體發(fā)生劣化時會發(fā)生局部放電，會產(chǎn)生超聲波以及電磁波等信號。因此可以肯定：使用超聲波檢測技術(shù)和超高頻檢測法能夠檢測到發(fā)出超聲波和電磁波信號的故障絕緣體位置。

超聲波檢測法以及超高頻檢測法是現(xiàn)階段監(jiān)測GIS內(nèi)部放電的研究重點。它以高靈敏度、非接觸、帶電檢測的方式而廣受重視。在歐美國家，近年來超聲波和超高頻檢測技術(shù)在電力設(shè)備的監(jiān)測中應(yīng)用越來越多，例如：美國、加拿大利用超聲波檢測技術(shù)診斷電力電容器、GIS、互感器、變壓器的絕緣缺陷，對電力傳輸線路的絕緣子、線路電暈、節(jié)點松懈振動的在線監(jiān)測和定位，對變電站絕緣立柱表面放電，切換開關(guān)觸電放電等的檢測與定位等。并且這些發(fā)達(dá)國家的技術(shù)專家會同IEEE 的相關(guān)專家一起著手起草相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，超聲波和電磁波檢測技術(shù)作為電力設(shè)備在線檢測的重要手段越來越受到大家的重視，其在高壓電氣設(shè)備檢測的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛。

研究利用超聲波和電磁波檢測技術(shù)，以非接觸，遠(yuǎn)距離方式接收帶電運行中高壓設(shè)備局部放電超聲波信號和電磁波信號，能清楚地采集到放電幅值、放電波形、放電頻率等信息。確定高壓設(shè)備局部放電位置、檢測GIS內(nèi)部放電、電纜頭放電等。它可以由巡視人員直接對運行中的設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測，迅速判斷設(shè)備、線路有無異常。也可以作為GIS專用監(jiān)測手段，將特制外接探頭貼敷在GIS 表面進(jìn)行帶電探測，由檢測結(jié)果來分析GIS 的運行狀況。也可以將電磁波接收傳感器貼覆在盤式絕緣子表面，檢測局部放電所產(chǎn)生的電磁波信號。

GIS外部放電檢測,當(dāng)放電產(chǎn)生時，空氣被電離，并伴隨著明顯的超聲波噪音。通過研究外部放電過程、其所產(chǎn)生的聲波信號以及傳播、衰減方式，設(shè)計相應(yīng)的信號獲取、采樣、數(shù)據(jù)處理等軟硬件。實現(xiàn)了確定放電產(chǎn)生的位置、記錄放電強度和頻率等，準(zhǔn)確地判斷設(shè)備的健康程度。

GIS 內(nèi)部放電監(jiān)測,GIS 內(nèi)部放電發(fā)生時，會產(chǎn)生超聲波信號。聲波在GIS中衰減很大，而且隨著頻率的增高而增大。聲波在固體材料中的傳播有橫波和縱波兩種方式，縱波速度快，衰減也快。橫波速度慢，衰減也慢。聲波往往是沿離金屬材料最近的方向傳到金屬體后，再以橫波的形式傳播。通過研究GIS內(nèi)部放電過程、其所產(chǎn)生的聲波信號以及傳播方式，通過將外接探頭貼敷在GIS表面，有效探測到聲波信號,設(shè)計相應(yīng)的信號獲取、采樣、數(shù)據(jù)處理、顯示等軟硬件，實現(xiàn)：迅速判斷放電位置、記錄放電強度和頻率等，準(zhǔn)確地判斷運行設(shè)備的健康程度。

當(dāng)放電發(fā)生時，會產(chǎn)生頻譜很廣的電磁波信號，我們以諧振的方式采樣400MHz 以上的電磁波信號，對信號量進(jìn)行分析、處理為現(xiàn)場人員提供檢測依據(jù)和手段。

采用超聲波測量法、超高頻測量法。兩者結(jié)合、相輔相成，能夠達(dá)到互相驗證、檢驗的功能。