基于特高頻法的1 100 kV GIS局部放電故障定位研究

王文浩，胡錫幸， 酈于杰， 何文林， 徐 華，劉江明

（1.國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州 310014；2.國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司杭州供電公司，杭州 310009；3．國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司檢修分公司，杭州 311232）

基于特高頻法的1 100 kV GIS局部放電故障定位研究

王文浩1，胡錫幸2， 酈于杰3， 何文林1， 徐 華1，劉江明3

（1.國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州 310014；2.國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司杭州供電公司，杭州 310009；3．國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司檢修分公司，杭州 311232）

針對(duì)一起1 100 kV GIS開關(guān)投切后內(nèi)置式特高頻傳感器的報(bào)警案例，利用特高頻信號(hào)的傳輸特性和模式識(shí)別技術(shù)成功實(shí)現(xiàn)了故障定位，進(jìn)而得出了特高頻信號(hào)在不同氣室間的衰減規(guī)律。跟蹤分析故障氣室特高頻信號(hào)幅值和在線譜圖信息，通過(guò)故障氣室解體找到了放電點(diǎn)，驗(yàn)證了之前診斷分析的正確性，為特高頻法在特高壓GIS工程中的應(yīng)用提供了有效例證。最后提出了特高頻法在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的幾點(diǎn)建議。

特高壓；局部放電；特高頻法；衰減特性；典型譜圖；定位技術(shù)

0 引言

為解決現(xiàn)階段能源和環(huán)境的突出問(wèn)題，國(guó)家電網(wǎng)公司在系統(tǒng)內(nèi)已逐步采用特高壓交流輸電技術(shù)[1-4]。為節(jié)省占地面積，目前1 000 kV特高壓站普遍采用GIS/HGIS結(jié)構(gòu)，但由于GIS的制造工藝參差不齊以及運(yùn)輸、現(xiàn)場(chǎng)裝配不良等原因，導(dǎo)致部分實(shí)際應(yīng)用的GIS存在絕緣缺陷，并在運(yùn)行電壓下產(chǎn)生了局部放電現(xiàn)象，極易誘發(fā)絕緣事故[5，6]。為防范此類事故，1 100 kV特高壓GIS氣室大多安裝局部放電在線監(jiān)測(cè)裝置，但是僅僅通過(guò)在線監(jiān)測(cè)裝置很難定位局部放電故障氣室，無(wú)法開展有針對(duì)性的跟蹤和檢修工作?；诖?，有必要深入開展1 100 kV特高壓GIS局部放電故障氣室的定位研究。

本文針對(duì)某1 000 kV特高壓站GIS開關(guān)投切后內(nèi)置式特高頻局部放電傳感器的報(bào)警案例，利用特高頻信號(hào)的傳輸特性和模式識(shí)別技術(shù)成功實(shí)現(xiàn)了故障定位，得出了特高頻信號(hào)在氣室間的衰減規(guī)律。跟蹤分析故障氣室特高頻信號(hào)的幅值和在線譜圖信息，得到了特高頻信號(hào)放電幅值隨持續(xù)放電時(shí)間的變化規(guī)律，通過(guò)故障氣室解體找到了放電點(diǎn)，驗(yàn)證了之前診斷定位的正確性，為特高頻法在特高壓GIS工程中的應(yīng)用提供了有效例證。

1 局部放電告警

某1 000 kV特高壓站出線1在開關(guān)檢修后投切時(shí)，相應(yīng)的GIS內(nèi)置特高頻局部放電探頭OCU04-B，OCU05-B，OCU06-B和OCU09-B均出現(xiàn)告警（OCU04-B代表B相第4個(gè)探頭）。探頭位置如圖1所示。

圖1 傳感器布置

圖2 內(nèi)置探頭頻譜圖

圖2是內(nèi)置探頭對(duì)應(yīng)譜圖?？梢钥闯?，所有探頭放電相位均集中在±90°附近，通過(guò)模式識(shí)別技術(shù)確定為典型的懸浮電極放電譜圖，且OCU06-B對(duì)應(yīng)的放電信號(hào)幅值最大，故初步判斷故障氣室位于OCU06-B附近。

2 故障定位

當(dāng)GIS內(nèi)部發(fā)生局部放電時(shí)，其產(chǎn)生的電磁波遵循麥克斯韋的電磁場(chǎng)基本方程，即[7]：

式（1）說(shuō)明局部放電產(chǎn)生的電磁波的傳播是時(shí)間與位置的函數(shù)，因此可以直接通過(guò)測(cè)量時(shí)間差來(lái)實(shí)現(xiàn)GIS內(nèi)部故障氣室定位。故障定位方法如圖3所示，假設(shè)GIS內(nèi)部靠近導(dǎo)體處存在放電源，其兩側(cè)分別放置特高頻探頭T1，T2，則放電源與探頭T1之間的距離滿足：

式中：x是放電源與測(cè)量探頭T1之間的距離；L是探頭T1與T2之間的距離；c是電磁波傳輸速度；Δt是探頭T1與T2接收到信號(hào)的時(shí)間差。

利用圖3方法實(shí)現(xiàn)局部放電點(diǎn)的故障定位，示波器采用Agilent technologies公司產(chǎn)品，型號(hào)為DS09404A，最高采樣速率20 G。為保證定位精度，所使用的外置傳感器和示波器數(shù)據(jù)線型號(hào)、長(zhǎng)度均一致。內(nèi)置探頭OCU06-B附近盆式絕緣子（簡(jiǎn)稱盆子）分布如圖4所示。

圖3 故障定位

圖4 內(nèi)置探頭OCU06-B附近盆子分布

圖5是采集到的盆子2和盆子3處的特高頻信號(hào)。由圖5可以得出盆子2和盆子3的特高頻時(shí)差。

圖5 特高頻信號(hào)

表1是測(cè)得的不同盆子處的特高頻信號(hào)時(shí)差，可以看出盆子2特高頻信號(hào)先于盆子3約3 ns，先于盆子6約25 ns，盆子3信號(hào)先于盆子6約22 ns，考慮到盆子2，3之間距離大于1 m，結(jié)合式（2）計(jì)算得到故障點(diǎn)位于閘刀T0321內(nèi)部靠近盆子2處。盆子3處的特高頻信號(hào)先于盆子4約54 ns，盒子2信號(hào)先于盒子4約60 ns，結(jié)合式（2）計(jì)算得到放電源位于盆子1，2間靠近盆子2處。綜合上述分析，初步確定放電源在盆子2附近。

表1 不同盆子處的特高頻時(shí)差

故障初步定位后，通過(guò)盆子處測(cè)得的特高頻信號(hào)幅值，比較信號(hào)在不同氣室的衰減特性。圖6是盆子2處的特高頻信號(hào)，表2是不同盆子的信號(hào)幅值。

圖6 盆子2處的特高頻信號(hào)

表2 不同盆子處的特高頻信號(hào)

由圖4可知，盆子6，7和盆子4，5之間僅包含隔離開關(guān)，對(duì)照表2，特高頻信號(hào)在隔離開關(guān)氣室衰減8 dBm。盆子1，2間為1根長(zhǎng)導(dǎo)線，長(zhǎng)度為2 m，對(duì)照表2，特高頻信號(hào)每米衰減0.5 dBm。盆子3，4之間為開關(guān)和電流互感器組成的氣室，對(duì)照表2，特高頻信號(hào)在該氣室衰減11 dBm。盆子2，3間是1個(gè)閘刀氣室，如果放電源處于盆子1，2間，那么盆子2，3間特高頻信號(hào)衰減值應(yīng)為8 dBm左右，而實(shí)際的衰減值為2 dBm，故排除放電源處于盆子1，2間的可能性。最終確定放電源在盆子2，3間，即閘刀T0321內(nèi)部。

3 跟蹤分析及處理

將外置式特高頻傳感器固定在T0321閘刀盆子2處，可以利用示波器采集數(shù)據(jù)來(lái)比較信號(hào)幅值隨放電時(shí)間的變化規(guī)律。

圖7是持續(xù)放電12天后的采集數(shù)據(jù)，其中最大放電幅值約為1 200 mV。圖8是最大放電幅值隨持續(xù)放電時(shí)間的變化規(guī)律，可以看到在放電初期，最大放電幅值持續(xù)增加，達(dá)到1．3 V后則基本穩(wěn)定，在持續(xù)放電25天后，放電信號(hào)緩慢衰減，最后穩(wěn)定在1 000 mV左右。

圖7 放電信號(hào)

圖8 放電幅值隨持續(xù)放電時(shí)間變化規(guī)律

圖9、圖10是內(nèi)置式探頭OCU06－B持續(xù)放電12天和40天對(duì)應(yīng)的放電譜圖，可以看出，該氣室一直是典型的懸浮電極放電譜圖，且單位時(shí)間放電次數(shù)比圖2（c）略有減少。

圖9 12天后放電譜圖

對(duì)該氣室進(jìn)行解體查看，發(fā)現(xiàn)在閘刀靜觸頭處屏蔽罩上有1枚固定螺絲未有效接地，進(jìn)而產(chǎn)生懸浮放電。對(duì)該螺絲進(jìn)行緊固后，放電信號(hào)即不再出現(xiàn)。

圖10 40天后放電譜圖

4 結(jié)語(yǔ)

GIS內(nèi)部懸浮放電信號(hào)在放電初期幅值增大，隨著持續(xù)時(shí)間的增長(zhǎng)最后趨于穩(wěn)定。針對(duì)這類放電故障，可以利用外置式特高頻傳感器和高速采樣示波器實(shí)現(xiàn)故障氣室的準(zhǔn)確定位，并可進(jìn)行持續(xù)跟蹤。

[1]徐建源，王亮，李爽．特高壓GIS隔離開關(guān)操作時(shí)其殼體電壓暫態(tài)特性仿真分析[J]．高電壓技術(shù)，2012，38（2）∶228－294．

[2]劉振亞．特高壓電網(wǎng)[M]．北京：中國(guó)經(jīng)濟(jì)出版社，2005．

[3]舒印彪．1 000 kV交流特高壓輸電技術(shù)的研究與應(yīng)用[J]．電網(wǎng)技術(shù)，2005，29（19）∶1－6．

[4]舒印彪，張文亮．特高壓輸電若干關(guān)鍵技術(shù)研究[J]．中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2007，27（31）∶1－6．

[5]肖燕，郁惟鏞．GIS中局部放電在線監(jiān)測(cè)研究的現(xiàn)狀與展望[J]．高電壓技術(shù)，2005，31（1）∶47－49．

[6]李信，李成榕，丁立健，等．基于超高頻信號(hào)檢測(cè)GIS局放模式識(shí)別[J]．高電壓技術(shù)，2003，29（11）∶26－30．

[7]李信．GIS局部放電特高頻檢測(cè)技術(shù)的研究[D]．北京：華北電力大學(xué)，2005．

（本文編輯：龔 皓）

Research on 1 100 kV GIS Partial Discharge Fault Location Based on UHF Technology

WANG Wenhao1，HU Xixing2，LI Yujie3，HE Wenlin1，XU Hua1，LIU Jiangming3
（1.State Grid Zhejiang Electric Power Research Institude，Hangzhou 310014，China；2.State Grid Hangzhou Power Supply Company，Hangzhou 310009，China；3.State Grid Zhejiang Maintenance Company，Hangzhou 311232，China）

The case that built-in type UHF sensor alarmed after 1 100 kV GIS circuit breaker switching is presented.The fault is located successfully based on the propagation characteristics and pattern recognition techniques of UHF signals，and then attenuation rule of UHF signals in different gas chambers is concluded. By tracking and analyzing the UHF signal amplitude and on-line frequency spectrogram information and detecting discharge point by faulty gas chamber disassembly，the above-mentioned diagnosis and analysis is proved correct，providing an effective example for application of UHF-based method in UHV GIS projects.In the final，the paper brings forward some suggestions on field detection of UHF-based method.

UHV；partial discharge；UHF；attenuation characteristics；typical spectrogram；location technology

TM855+.1

B

1007-1881（2015）04-0011-04

2014-08-21

王文浩（1983），男，高級(jí)工程師，從事特高壓帶電檢測(cè)與狀態(tài)檢修工作。