特高頻法氣體絕緣全封閉組合電器的局部放電在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用探討

劉大永，藤桂法，陳志國(guó)

（1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，071000；2.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)研究生學(xué)院，河北保定，071000）

特高頻法氣體絕緣全封閉組合電器的局部放電在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用探討

劉大永1，藤桂法2，陳志國(guó)1

（1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，071000；2.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)研究生學(xué)院，河北保定，071000）

為了對(duì)于氣體絕緣全封閉組合電器設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行全方位的掌握，對(duì)于其絕緣狀態(tài)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)是非常有必要的。本文就通過(guò)分析變電站典型局部放電類型，介紹基于特高頻法氣體絕緣全封閉組合電器局部放電的發(fā)展技術(shù)、系統(tǒng)的構(gòu)成及應(yīng)用探討，分析中的隱患，并及時(shí)發(fā)現(xiàn)，以確保設(shè)備可以安全的運(yùn)行。

特高頻法；氣體絕緣全封閉組合電器；局部放電；在線監(jiān)測(cè)技術(shù)

氣體絕緣全封閉組合電器具有構(gòu)造緊湊、運(yùn)行中的可靠性高及占用空間小的特點(diǎn)，所以被廣泛運(yùn)用到我國(guó)電壓不同的電網(wǎng)中。但是氣體絕緣全封閉組合電器中也存在著一些問(wèn)題及缺陷，比如制造方面、裝備方面及運(yùn)輸方面，這些問(wèn)題可能會(huì)導(dǎo)致其在運(yùn)行的過(guò)程中會(huì)影響設(shè)備的運(yùn)行，甚至導(dǎo)致事故的發(fā)生。所以為了預(yù)防發(fā)生事故，要對(duì)于其設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的在線監(jiān)測(cè)。

1　氣體絕緣全封閉組合電器局部放電檢測(cè)的意義

氣體絕緣全封閉組合電器和傳統(tǒng)的高壓輸變電系統(tǒng)的配置來(lái)進(jìn)行比較的話，明顯前者有更大的優(yōu)勢(shì)，優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在其結(jié)構(gòu)緊湊，并且氣體絕緣全封閉組合電器的占地空間也比較?。煌饨绲囊蛩夭⒉挥绊懰恼＿\(yùn)行?，F(xiàn)在其已在不同等級(jí)電壓的電網(wǎng)中廣泛應(yīng)用，在變電站系統(tǒng)中也有著重要的作用。氣體絕緣全封閉組合電器是否能夠安全運(yùn)行影響著整個(gè)電力系統(tǒng)，一旦在運(yùn)行的過(guò)程中發(fā)生故障，那么會(huì)引起其變電站中所涉及的一些地區(qū)大面積的停電。所以，對(duì)于GIS中的安全檢測(cè)任務(wù)是至關(guān)重要的。那么對(duì)于其安全檢測(cè)有眾多的方式，包括在其出廠前的測(cè)試、安裝后的測(cè)試、運(yùn)行中的測(cè)試等方法。雖然我國(guó)對(duì)于GIS設(shè)備運(yùn)行中的檢測(cè)技術(shù)還是比較成熟的，但是在其運(yùn)行之后的檢測(cè)技術(shù)并沒(méi)有達(dá)到很成熟的狀態(tài)，所以會(huì)致使在停電之后的維修工作中有很大的人力、物力、精力的投入，所以為了不使其在運(yùn)行后造成一系列的損失，在其發(fā)生事故之前就要對(duì)于局部放電進(jìn)行檢測(cè)，判斷它的內(nèi)部故障是非常重要的。隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我們?nèi)祟悓?duì)于電的需求越來(lái)越高，其中的電力人員對(duì)于局部放電檢測(cè)的方法也是十分緊缺的，所以氣體絕緣全封閉組合電器局部放電的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)備受國(guó)內(nèi)外技術(shù)人員的關(guān)注。

2　氣體絕緣全封閉組合電器局部放電的缺陷分析

要想對(duì)于氣體絕緣全封閉組合電器（GIS）局部放電的現(xiàn)狀情況進(jìn)行深入了解，那么就要對(duì)于其的內(nèi)部缺陷進(jìn)行研究，并了解缺陷的特征及程度，從不同方面著手，來(lái)分析GIS局部放電的現(xiàn)狀。

2.1顆粒及異物造成的影響。在對(duì)GIS進(jìn)行安裝的時(shí)候，由于受到環(huán)境的影響，沒(méi)有辦法對(duì)于其中內(nèi)部的微小顆粒及異物徹底的清除，就會(huì)導(dǎo)致一些會(huì)對(duì)GIS造成影響的異物與微小顆粒在啟動(dòng)過(guò)程中被漏檢。也有可能在修理及安裝的時(shí)候，在進(jìn)行密封處理方面中造成失誤，使一些工具和無(wú)用的異物遺漏在GIS中，這些顆粒及異物在平常過(guò)程中雖然不會(huì)造成什么影響，但是當(dāng)其中的電壓超過(guò)一定范圍的時(shí)候，就會(huì)改變GIS內(nèi)部的高壓場(chǎng)強(qiáng)分布，而引發(fā)局部放電的產(chǎn)生；微小顆粒在收到外界的激發(fā)時(shí)可能會(huì)發(fā)生跳動(dòng)，在六氟化硫氣體中形成帶電體，這些帶電體在GIS內(nèi)部由于受到電場(chǎng)力的作用不斷地跳動(dòng)、飛行，當(dāng)達(dá)到場(chǎng)強(qiáng)極限時(shí)就會(huì)引發(fā)局部放電，局部放電將會(huì)破會(huì)內(nèi)部絕緣材料的絕緣性能，甚至在操作過(guò)電壓時(shí)造成設(shè)備突然擊穿的嚴(yán)重事故。

2.2接觸不良造成的影響。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在GIS運(yùn)行過(guò)程中所產(chǎn)生故障的原因，接觸不良造成影響次數(shù)為多。接觸不良主要表現(xiàn)在主觸頭和屏蔽罩之間。在GIS運(yùn)行的時(shí)候，那些為改變電場(chǎng)的金屬有時(shí)候并不是通過(guò)負(fù)荷電流的，也會(huì)使用鋁制的物品來(lái)進(jìn)行。但是由于這些鋁制物品在運(yùn)行中會(huì)因?yàn)闀r(shí)間過(guò)長(zhǎng)老化使其接觸不良。從而形成電位浮動(dòng)電極，從而引起懸浮電位放電，這種情況就會(huì)使GIS連接觸頭彈簧造成侵蝕，并且還會(huì)產(chǎn)生一些雜質(zhì)等，最終使GIS的內(nèi)部絕緣造成傷害。

2.3絕緣子缺陷造成的影響。在氣體絕緣全封閉組合電器中造成缺陷的問(wèn)題上，由于絕緣子缺陷所帶來(lái)的影響也是十分常見(jiàn)的。它主要包括絕緣子氣泡、裂紋等現(xiàn)象。還有一方面就是絕緣子和導(dǎo)體中間所產(chǎn)生的縫隙，其中的場(chǎng)強(qiáng)非常的高，而縫隙本身的絕緣性能是非常的低的，所以會(huì)在縫隙的分界面發(fā)生局部放電，將會(huì)最終造成絕緣損壞。

2.4內(nèi)部尖端缺陷。GIS在加工生產(chǎn)過(guò)程中，由于內(nèi)部表面的加工缺陷而產(chǎn)生金屬尖端，這些尖端在高壓場(chǎng)強(qiáng)下極易發(fā)生放電，將會(huì)引起絕緣損壞，在操作過(guò)電壓或者發(fā)生雷電時(shí)極有可能造成突然擊穿的惡性事故。

以上所述的這四種問(wèn)題都有可能發(fā)生，了解GIS的缺陷，并且及時(shí)的發(fā)現(xiàn)缺陷并檢修，這對(duì)GIS在以后的運(yùn)行中有著重大的意義。

3　氣體絕緣全封閉組合電器局部放電的在線監(jiān)測(cè)方法

在GIS發(fā)生局部放電時(shí)，會(huì)使外殼中產(chǎn)生高頻電流的，使高頻電流通過(guò)地線上穿過(guò)形成回路，GIS局部放電還會(huì)使其通道中的氣壓發(fā)生變化，在GIS中及其他外殼中產(chǎn)生超聲波，同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生高頻電磁波在GIS腔體內(nèi)傳播，頻率可達(dá)GHz。GIS發(fā)生局部放電會(huì)造成重大的影響，對(duì)于局部放電的檢測(cè)也是刻不容緩的。目前，我國(guó)及國(guó)外對(duì)于GIS局部放電的在線監(jiān)測(cè)有以下幾種方法。

3.1化學(xué)法檢測(cè)。在GIS局部放電的時(shí)候，有一部分的六氟化硫氣體會(huì)產(chǎn)生分解物，這種監(jiān)測(cè)分解物的含量就可以對(duì)于GIS局部放電進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，可以判斷其嚴(yán)重性，也可以不受外界因素所干擾。但是化學(xué)法中還存在這些問(wèn)題，據(jù)實(shí)驗(yàn)表明，在化學(xué)法進(jìn)行檢測(cè)的時(shí)候，一些顆粒物體會(huì)對(duì)其進(jìn)行測(cè)量的時(shí)候造成一系列的影響，使其測(cè)量的結(jié)果導(dǎo)致偏差；還有一些在GIS內(nèi)部的干燥劑等也會(huì)對(duì)化學(xué)測(cè)量過(guò)程中造成一定程度的影響。

3.2超聲波檢測(cè)。上文有說(shuō)道，在GIS發(fā)生局部放電時(shí)候會(huì)產(chǎn)生超聲波，所以對(duì)于局部放電發(fā)生時(shí)所產(chǎn)生的機(jī)械波可以利用超聲波傳感器來(lái)進(jìn)行檢測(cè)，用于判斷GIS內(nèi)局部放電的存在和強(qiáng)弱。因?yàn)榫植糠烹姲l(fā)生的時(shí)候也會(huì)產(chǎn)生聲波和超聲波，它所產(chǎn)生的聲波會(huì)通過(guò)金屬外殼傳導(dǎo)到GIS外部，所以，可以在GIS運(yùn)行狀態(tài)下用超聲傳感器在殼體外部直接檢測(cè)內(nèi)部局部放電的情況，超聲波檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)是不受外界電氣的影響，其缺點(diǎn)是在超聲波檢測(cè)的過(guò)程中，會(huì)受到金屬外殼震動(dòng)所帶來(lái)的影響，所以也會(huì)影響檢測(cè)準(zhǔn)確度。

3.3電氣法檢測(cè)。電氣法檢測(cè)可分為外復(fù)電極法和內(nèi)部電極法。其中外復(fù)電極法是由日本在20世紀(jì)80年代所研發(fā)出來(lái)的，主要是在GIS外殼結(jié)構(gòu)上建立一層絕緣的保護(hù)膜，所以外殼中的保護(hù)膜就會(huì)阻礙高頻電流任意形成接地回路，只能在確定的外復(fù)電極上產(chǎn)生回路，所以可以通過(guò)該電極檢測(cè)局部放電信號(hào)。另一種解釋是GIS內(nèi)部的放電中產(chǎn)生的電波會(huì)在外殼上，也只能在外殼上流動(dòng)，所以電波不會(huì)泄漏到外面。通過(guò)此來(lái)對(duì)于局部放電來(lái)進(jìn)行檢測(cè)，簡(jiǎn)單又實(shí)用，缺點(diǎn)就是容易被外界所干擾，使檢測(cè)精度降低。

內(nèi)部電極法GIS局放監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行稍微的修改，在內(nèi)部安裝一些金屬和外殼進(jìn)而形成電容，來(lái)通過(guò)電容接受局部放電的信號(hào)，從而檢測(cè)出來(lái)局部放電。這種方法的優(yōu)點(diǎn)也是簡(jiǎn)單實(shí)用，但是缺點(diǎn)也極易受到外界的干擾，從而使檢測(cè)的精準(zhǔn)度降低。另外一種，1983年由日本研制出了一種盆式的絕緣電極，從而對(duì)于局部放電進(jìn)行檢測(cè)，其優(yōu)點(diǎn)是對(duì)于外界的影響可以做到一定的預(yù)防，也可提升靈敏度，其缺點(diǎn)是這種檢測(cè)方法往往在安裝現(xiàn)場(chǎng)是不容易進(jìn)行的，只能夠在廠家生產(chǎn)的時(shí)候利用。

3.4UHF法檢測(cè)。UHF方法就是今天我們所講的特高頻法，此方法是通過(guò)天線來(lái)進(jìn)行進(jìn)行接收局部放電中的特高頻電磁波，對(duì)于GIS局部放電進(jìn)行檢測(cè)。在20世紀(jì)80年代中，就有人開(kāi)始用這種方法對(duì)局部放電進(jìn)行檢測(cè)，也就是從這個(gè)時(shí)候開(kāi)始，UHF法開(kāi)始流行應(yīng)用。特高頻法的特點(diǎn)就是：對(duì)于外界的干擾可以有效的避開(kāi)，其檢測(cè)頻率高，在檢測(cè)中對(duì)于局部放電的精準(zhǔn)度也高，并且還可以對(duì)于故障進(jìn)行識(shí)別并且定位故障。UHF檢測(cè)和超聲波檢測(cè)相對(duì)比，UHF檢測(cè)比超聲波檢測(cè)的范圍要更大，對(duì)于其他檢測(cè)方式來(lái)說(shuō)有許多其他方式?jīng)]有的優(yōu)點(diǎn)。在我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)技術(shù)進(jìn)步的過(guò)程中，特高頻法檢測(cè)方式也取得了進(jìn)步和發(fā)展，并且也受到了廣大的熱愛(ài)，充分的發(fā)揮其作用并使廣泛應(yīng)用。

4　特高頻法氣體絕緣全封閉組合電器局部放電在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

特高頻法檢測(cè)方式是利用GIS設(shè)備中釋放出的電磁波來(lái)進(jìn)行檢測(cè)的，特高頻法在檢測(cè)中具有超高的靈敏性和抗干擾能力，目前特高頻法在一些設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)中也受到了廣泛的支持和應(yīng)用。

在國(guó)外，不少的大學(xué)研究者對(duì)于特高頻法的發(fā)展和完善都提出了大量的方案和實(shí)驗(yàn)。其中蘇格蘭的核電站在1986年就安裝了第一批的特高頻法GIS檢測(cè)技術(shù)。荷蘭理工大學(xué)在特高頻法的缺陷上也進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和研究。在進(jìn)入20世紀(jì)以來(lái)，英國(guó)最近投入的GIS設(shè)備中配有特高頻法檢測(cè)設(shè)備，DMS公司對(duì)于這種設(shè)備的檢測(cè)技術(shù)也大力推廣，就目前的狀況分析，全球大約有近50個(gè)國(guó)家中的GIS設(shè)備局都配有特高頻法在線監(jiān)測(cè)技術(shù)，同時(shí)也為這些國(guó)家的設(shè)備預(yù)防故障中盡了力，避免了國(guó)家中的經(jīng)濟(jì)損失。

目前我國(guó)對(duì)于特高頻GIS的研究相比較國(guó)外來(lái)說(shuō)稍微晚一步，在2000年初主要是有一些高校來(lái)進(jìn)行了大量的技術(shù)研究，并帶領(lǐng)了整個(gè)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的應(yīng)用和發(fā)展。西交大的一些研究者對(duì)于GIS的傳播進(jìn)行了一系列的分析與研究，得出了一些結(jié)果，這些結(jié)果表明在GIS進(jìn)行局部放電的時(shí)候，其強(qiáng)度的變化與氣壓和電壓是有關(guān)的。重慶大學(xué)的研究者也對(duì)此做出了研究，還有清華大學(xué)的研究者，他們都對(duì)此做了詳細(xì)的研究，并研制出了GIS局部放電的在線檢測(cè)技術(shù)系統(tǒng)，在此事業(yè)上取得了良好的結(jié)果。 在2006年以后，在國(guó)內(nèi)就已經(jīng)有多家公司研發(fā)出了具有高靈敏度的UHF傳感器。其中，保定天威新域科技發(fā)展有限公司自主研發(fā)的UHF傳感器檢測(cè)靈敏度可達(dá)到小于1個(gè)皮庫(kù)的水平，北京盛泰公司已退出了高靈敏度的UHF傳感器。最近幾年又有一些公司推出了能夠?qū)植糠烹娦盘?hào)進(jìn)行診斷、分析UHF檢測(cè)儀器。例如：上海華晨推出的手持式具有診斷分析功能的檢測(cè)儀器，能夠直接自動(dòng)判斷放電故障類型。近幾年，一些國(guó)外特高頻檢測(cè)設(shè)備也開(kāi)始進(jìn)入國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，如：PDM公司推出的UHF檢測(cè)儀，能夠以柱圖方式快速顯示放電幅度，并能夠利用放電特性分離算法分離不同的放電類型。

5　特高頻法氣體絕緣全封閉組合電器局部放電在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用分析

5.1特高頻法檢測(cè)中遇到的技術(shù)問(wèn)題。雖然特高頻法檢測(cè)技術(shù)有眾多的優(yōu)點(diǎn)，但也不妨有一些的缺點(diǎn)，其中包括：其一，國(guó)外在特高頻法技術(shù)的實(shí)施主要是在GIS設(shè)備出廠之前就進(jìn)行了安裝，但是目前國(guó)內(nèi)并不具備這樣的條件，所以在沒(méi)有使用良好的屏蔽措施進(jìn)行檢測(cè)的條件下，對(duì)于檢測(cè)結(jié)果存在這一些不可避免的影響的，對(duì)于檢測(cè)也不易進(jìn)行長(zhǎng)期；其二，據(jù)調(diào)查，目前的特高頻法檢測(cè)還沒(méi)有辦法對(duì)GIS內(nèi)部設(shè)備的放電量值進(jìn)行確定，所以對(duì)于局部放電檢測(cè)來(lái)說(shuō)，這也是一項(xiàng)重要的問(wèn)題。如果研究人員可以把這幾項(xiàng)問(wèn)題解決的話，那么特高頻法在GIS局部放電在線技術(shù)檢測(cè)中會(huì)顯得更加重要。

5.2特高頻法在線監(jiān)測(cè)的應(yīng)用。在2010年12月份，我國(guó)某變電站中對(duì)于GIS設(shè)備全面安裝使用了局部放電在線監(jiān)測(cè)，檢測(cè)人員在后臺(tái)中發(fā)現(xiàn)，在用此技術(shù)的兩年后，該變電站中的耦合器檢測(cè)出了一系列的局部放電電波信號(hào)，該變電站中的專家分析，此信號(hào)很有可能為浮動(dòng)的電極信號(hào)，這種信號(hào)的發(fā)展非常迅速，其中造成的頻率次數(shù)也非常明顯，其頻率幅度也超過(guò)了設(shè)置的最大量程。為了使檢測(cè)更加準(zhǔn)確，工作人員排除了外界的影響，對(duì)于其進(jìn)行測(cè)試，也排除了其自身的問(wèn)題，說(shuō)明GIS正在局部放電，其位置也通過(guò)特高頻技術(shù)來(lái)進(jìn)行了定位，其位置和其他儀器所定的位置是一樣的。

5.3結(jié)論與分析。目前，對(duì)于局部放電在線監(jiān)測(cè)技術(shù)可謂是多種，其也會(huì)受到多種因素的影響，導(dǎo)致監(jiān)測(cè)的精準(zhǔn)度降低。上文通過(guò)特高頻法結(jié)合其他的一些監(jiān)測(cè)技術(shù)來(lái)對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，一方面提高了檢測(cè)結(jié)果的精準(zhǔn)度，也對(duì)于局部放電的位置進(jìn)行了精確的定位。

通過(guò)上述事件分析可得知，構(gòu)成GIS局部放電的因素有許多，比如在裝配過(guò)程中造成的等等，并且和這幾年發(fā)生的案件相結(jié)合，由于這些問(wèn)題的發(fā)生造成的事故已經(jīng)有不少，為了避免對(duì)廠家和人員造成損失，這務(wù)必要引起重視，在裝備的過(guò)程中要嚴(yán)格按照組裝工藝來(lái)進(jìn)行，減少這類事情的發(fā)生，并且加強(qiáng)監(jiān)管制度，對(duì)于沒(méi)有安裝此技術(shù)的電局要進(jìn)行定期的放電檢查。

6　結(jié)束語(yǔ)

由于我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的飛快，我國(guó)的電力工業(yè)也在不斷的進(jìn)步和發(fā)展。通過(guò)以上對(duì)于GIS的解析及特高頻法的簡(jiǎn)述，說(shuō)明了特高頻法在GIS局部放電檢測(cè)技術(shù)方面也是有重要的作用的，事先排除了故障，避免一些事故發(fā)生所造成的損失，有效的對(duì)可靠供電中節(jié)約了人力、物力及精力，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展價(jià)值。

［1］李峰. 基于特高頻法氣體絕緣全封閉組合電器局部放電在線監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用分析［J］. 廣東電力， 2012， 25（12）：95-99.

［2］王偉平， 何炳鋒. 基于特高頻法GIS局部放電在線檢測(cè)技術(shù)的分析與應(yīng)用［J］. 高壓電器， 2015（4）.

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Development and application of partial discharge on-line monitoring technology for gas insulated switchgear with extra high frequency method

Liu Dayong1，Teng Guifa2，Chen Zhiguo1
（1.College of information science and technology， Agricultural University of Hebei，071000；2.Graduate School of Agricultural University of Hebei，Baoding，Hebei，071000）

In order to fully grasp the operation condition of gas insulated switchgear，it is very necessary to carry out the on-line monitoring of insulation condition.In this paper，through the analysis of a transformer substation are examples of partial discharge （PD），based on the introduction of totally enclosed combined electrical partial discharge development technology，system composition and application of UHF method for gas insulation，analysis of the hidden dangers，and promptly found.To ensure the safe operation of equipment.

high frequency method；gas insulated switchgear；partial discharge；on-line monitoring technology