GIS內(nèi)部放電缺陷的綜合診斷方法與實踐

付文光 楊玥 韓 磊 燕寶峰

（內(nèi)蒙古電力科學研究院，呼和浩特 010020）

電力工業(yè)中 SF6封閉式組合電器，將除變壓器外的其他電氣設備經(jīng)優(yōu)化設計有機的組合成一個整體，因其運行可靠性高、維護工作量少、檢修周期長等優(yōu)點而廣泛應用于電力系統(tǒng)中，但GIS也有其固有的缺點，由于 SF6氣體的泄漏、外部水分的滲入、導電雜質(zhì)的存在、絕緣子老化等因素影響，都可能導致 GIS內(nèi)部發(fā)生故障，SF6氣體在電弧、放電和過熱作用下分解。通過對GIS組合電器內(nèi)部缺陷進行在線綜合診斷，可盡早發(fā)現(xiàn)缺陷并進行準確定位，從而使檢修工作能有計劃地進行，縮短檢修時間和節(jié)省檢修費用，提高運行可靠性。

1 GIS內(nèi)部局部放電檢測的幾種方法與原理

1）超高頻局部放電檢測

當 GIS內(nèi)部存在局部放電現(xiàn)象時，所產(chǎn)生的UHF電磁波能夠沿著GIS的管體向遠處傳播。GIS的同軸結(jié)構(gòu)對于電磁波信號是良好的波導結(jié)構(gòu)，信號在內(nèi)部傳播時衰減很小。當GIS內(nèi)部的UHF信號傳播到盤式絕緣子處時，部分信號會通過此絕緣縫隙輻射到GIS設備的體外。UHF信號流過GIS殼體時在縫隙處會產(chǎn)生二次輻射，且縫隙寬度不會對輻射強度產(chǎn)生決定性影響。在GIS體外的盤式絕緣子處安放天線傳感器[1]，則可以傳感到 GIS設備內(nèi)部的UHF局部放電信號。

2）超聲波局部放電檢測

超聲波檢測法是當GIS內(nèi)部產(chǎn)生局部放電時不僅會激發(fā)出超高頻電磁波同時也會產(chǎn)生沖擊的振動及聲音，壓力波形成超聲信號，通過把超聲波探測器吸附在GIS外殼上來探測超聲波的形式來檢測局部放電。

3）SF6分解物測試

當GIS內(nèi)部存在局部的高能量放電或過熱性故障時，SF6氣體及絕緣材料將會分解產(chǎn)生SO2、SOF2、H2S、HF、CO等產(chǎn)物，通過檢測得到分解產(chǎn)生的幾種特征氣體在單位設備內(nèi)氣體中的含量，以此來判斷局放故障是否發(fā)生以及故障發(fā)生的大致部位（目前國內(nèi)多家科研院所均進行了相關研究并給出氣體組分的參考指標，同時也有國標的征求意見稿作參考）。

4）超高頻檢測和超聲波檢測原理圖及各自的技術優(yōu)勢

超高頻檢測和超聲波檢測原理圖如圖1所示。

圖1 超高頻檢測和超聲波檢測原理圖

超高頻傳感器具有良好定向接收功能，檢測時貼近那些易于輻射出局放超高頻電磁波信號的部位，即可檢測到信號，其技術性能為

（1）各類放電缺陷反應靈敏，利用體外傳感的檢測技術，檢測效果比較理想。

（2）對電磁干擾抵抗能力較好，對振動噪聲的影響不敏感。

（3）需要布置的測點少，檢測的有效范圍較大，在線巡檢和在線監(jiān)測可得到滿意的效果。

（4）依據(jù)UHF信號的頻譜和放電脈沖的波形特征進行故障診斷，使用兩個傳感器可實現(xiàn)定位功能。

超聲波傳感器可在電氣設備接地的金屬外殼上檢測到局放信號，其技術性能為

（1）利用體外傳感的檢測技術，對電磁干擾不敏感，容易受到振動噪聲信號的影響。

（2）根據(jù)局部放電產(chǎn)生的超聲信號波形、頻譜、傳播衰減等特征進行故障診斷和定位。

（3）對懸浮電位、自由金屬顆粒及金屬尖端放電所產(chǎn)生的振動信號較為敏感[2]，對 GIS導體及盆式絕緣子上的缺陷，檢測靈敏度有所降低。

（4）有效檢測范圍小，需要布置的測點較多，定位準確。

國際大電網(wǎng)會議CIGRE WG33/23-12工作組對GIS局部放電檢測方法的研究，認為特高頻法（UHF）的抗干擾能力最好，檢測范圍較大，且對所有放電類型都比較敏感；而超聲波法則對測量近距離范圍內(nèi)的自由移動顆粒比較靈敏，且便于確定故障的位置[3]。

2 某現(xiàn)場測量系統(tǒng)接線圖及示意圖

測量系統(tǒng)接線圖和實物圖如圖2和圖3所示。

圖2 測量系統(tǒng)接線圖

圖3 測量現(xiàn)場實物圖

3 某現(xiàn)場設備的超高頻局部放電與SF6分解物聯(lián)合檢測

1）超高頻局部放電檢測

（1）實時檢測結(jié)果

使用超高頻檢測儀對變電站內(nèi)部分具有盤式絕緣子的法蘭盤進行了檢測。在110kV母線PT附近法蘭盤1和法蘭盤2處都檢測到了局部放電信號，檢測到局部放電信號的法蘭盤位置如圖2所示，法蘭盤1和法蘭盤2實時檢測圖譜如圖4、圖5所示。未排除背景干擾的情況下，法蘭盤1的最大放電幅值在 150mV左右，法蘭盤 2的最大放電幅值在120mV左右，兩個法蘭盤均檢測到局部放電現(xiàn)象。法蘭盤1處檢測到的局放量比法蘭盤2處檢測到的局放量偏大。

圖4 法蘭盤1超高頻檢測實時圖譜

圖5 法蘭盤2超高頻檢測實時圖譜

（2）固體絕緣內(nèi)部間隙放電典型圖譜和檢測現(xiàn)場無局部放電現(xiàn)象的法蘭盤檢測實時圖譜如圖6、圖7所示。

圖6 GIS固體絕緣內(nèi)部間隙放電典型圖譜

該圖譜波形特征為脈沖清晰、幅值較小、幅值分散；相位特征為電壓峰值左右，相位分布較大；頻譜特征為高頻分量較弱。

圖7 無局部放電氣室法蘭盤超高頻檢測實時圖譜

該圖譜幅值分布均勻，是在整個相位內(nèi)存在的背景干擾脈沖。

2）SF6分解物測試

為了進一步確認被檢氣室的局部放電故障，對該氣室進行 SF6分解物測試，測試結(jié)果表明SO2+SOF2、CO含量均超過了參考標準的要求，表明該氣室存在局部放電故障，得到了與超高頻檢測相一致的結(jié)論。檢測結(jié)果見表1。

3）存在局部放電氣室放電源的分析

使用儀器的定位模式對局部放電點進行定位，確定局部放電點位于避雷器的上部。超高頻檢測圖譜顯示符合GIS固體絕緣內(nèi)部間隙放電典型圖譜的特征。由于分解物中檢測到 SO2+SOF2和H2S氣體組分，對于非滅弧氣室來說，正常運行是不會產(chǎn)生的，可以說明內(nèi)部存在局部放電現(xiàn)象，由于檢測出的 CO含量很高，國內(nèi)相關參考標準建議該組分含量一般在50～100μL/L以下，判斷為內(nèi)部存在固體絕緣材料的高溫裂解。

表1

基于上述檢測結(jié)果綜合分析為避雷器上部氣室的固體絕緣材料內(nèi)存在局部放電導致固體絕緣材料的高溫裂解及SF6氣體分解。

4 結(jié)論與展望

GIS組合電器超高頻、超聲波局部放電檢測可準確判斷設備缺陷類型，確定故障性質(zhì)，檢測設備定位功能可實現(xiàn)故障源的準確查找，做到檢修工作具有針對性和高效性。

SF6分解物測試可對已檢出的局部放電故障進一步定性。將超高頻、超聲波局部放電檢測和分解物測量有效地結(jié)合起來，對故障分析起到互相佐證的作用。

設備交流耐壓試驗時高電壓作用下部分局部放電缺陷容易暴露，試驗過程配合局放檢測發(fā)現(xiàn)潛在缺陷具有很好的推廣價值。

[1]王建生,邱毓昌.氣體絕緣開關設備中局部放電的在線檢測技術[J].電工電能新技術, 2000(4).

[2]李德軍,沈威,郭志強.GIS局部放電常規(guī)檢測和超聲波檢測方法的應用比較[J].高壓電器, 2009(3).

[3]中國儀器之家.通用分析儀器類.http: //www.17baba.com.