220kV GIS特高頻法帶電檢測(cè)技術(shù)分析與應(yīng)用

陳 聰，關(guān)萬琳，張德文，周 揚(yáng)，尚書磊，張 朋

(1.中電華創(chuàng)電力技術(shù)研究有限公司，上海200086 ；2.國網(wǎng)黑龍江省電力有限公司電力科學(xué)研究院，哈爾濱 150030)

220kV GIS特高頻法帶電檢測(cè)技術(shù)分析與應(yīng)用

陳 聰1，關(guān)萬琳2，張德文2，周 揚(yáng)2，尚書磊2，張 朋2

(1.中電華創(chuàng)電力技術(shù)研究有限公司，上海200086 ；2.國網(wǎng)黑龍江省電力有限公司電力科學(xué)研究院，哈爾濱 150030)

為了消除現(xiàn)場(chǎng)干擾對(duì)檢測(cè)信號(hào)的識(shí)別與定性造成的影響，闡述了GIS帶電檢測(cè)主要方法，分析了某500kV變電站220kV戶外GIS的特高頻帶電檢測(cè)方法，即用多種傳感器截取信號(hào)的時(shí)差特征來排除信號(hào)干擾源，并結(jié)合其他帶電檢測(cè)方法進(jìn)行綜合判斷。檢測(cè)結(jié)果表明，異常信號(hào)來自GIS罐體內(nèi)部，并對(duì)缺陷類型做出了初步診斷。GIS特高頻法帶電檢測(cè)能夠準(zhǔn)確定位缺陷故障，對(duì)排除帶電檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)干擾具有一定的參考意義。

特高頻；帶電檢測(cè)；GIS；局部放電

帶電檢測(cè)是GIS局部放電檢測(cè)方法中診斷其絕緣性能的有效方式之一，其中特高頻(UHF)檢測(cè)技術(shù)是在300～1 500 MHz寬頻帶內(nèi)接收局部放電發(fā)出的特高頻電磁脈沖信號(hào)，利用內(nèi)置式或外置式的UHF傳感器接收電磁波信號(hào)，根據(jù)信號(hào)的時(shí)差，可以進(jìn)行缺陷故障定位。對(duì)GIS進(jìn)行局部放電帶電檢測(cè)已發(fā)展成為評(píng)估電網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的重要手段[1]。帶電檢測(cè)方法有很多種，每種方法都有相應(yīng)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。其中，特高頻法抵抗現(xiàn)場(chǎng)的電暈干擾能力較強(qiáng)，精確度與靈敏度較高，借助聲電聯(lián)合可以實(shí)現(xiàn)故障定位，但是工作現(xiàn)場(chǎng)的外界干擾較大[2]，很難判斷信號(hào)源是否來自罐體的問題?；诖?，本文以某500 kV變電站220 kV戶外GIS的特高頻帶電檢測(cè)分析為例，采用特高頻法，利用PDS-1500局放帶電檢測(cè)系統(tǒng)與T90局放檢測(cè)儀對(duì)局放信號(hào)檢測(cè)定位，排除了帶電檢測(cè)的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)干擾，檢測(cè)出輸變電設(shè)備潛伏性故障。

1 GIS帶電檢測(cè)主要方法

目前，GIS常用的局放放電檢測(cè)方法有特高頻法、超聲波法(即高頻電流耦合法)以及結(jié)合多種測(cè)試技術(shù)的聲電聯(lián)合局放測(cè)試技術(shù)[3]。

1.1 特高頻(UHF)法

電力設(shè)備絕緣體中絕緣強(qiáng)度和擊穿場(chǎng)強(qiáng)都很高，當(dāng)局部放電在很小的范圍內(nèi)發(fā)生時(shí)，擊穿過程很快，產(chǎn)生很陡的脈沖電流，其上升時(shí)間小于1 ns，并激發(fā)頻率高達(dá)數(shù)GHz的電磁波[4]。特高頻(UHF)法基本原理是通過特高頻傳感器對(duì)電力設(shè)備中局部放電時(shí)產(chǎn)生的特高頻電磁波(300 MHz≤f≤3 GHz)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，從而獲得局部放電的相關(guān)信息，實(shí)現(xiàn)局部放電監(jiān)測(cè)[5]。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備情況的不同，可采用內(nèi)置式特高頻傳感器或外置式特高頻傳感器。由于現(xiàn)場(chǎng)的電暈干擾主要集中在300 MHz頻段以下，因此UHF法能有效地避開現(xiàn)場(chǎng)的電暈干擾，具有較高的靈敏度和抗干擾能力，可實(shí)現(xiàn)局部放電的帶電檢測(cè)、定位以及缺陷類型識(shí)別等[6]。

1.2 超聲(AE)法

電力設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生局部放電信號(hào)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生沖擊的振動(dòng)及聲音。超聲波法主要是通過在設(shè)備腔體外壁上安裝超聲波傳感器來測(cè)量局部放電信號(hào)。該方法的優(yōu)點(diǎn)是傳感器與電力設(shè)備的電氣回路無任何聯(lián)系，不受電氣方面的干擾，但在現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)易受周圍環(huán)境噪聲或設(shè)備機(jī)械振動(dòng)的影響[7]。

超聲檢測(cè)法雖然定位準(zhǔn)確，但是超聲對(duì)電力設(shè)備常用絕緣材料影響較大，檢測(cè)范圍有限，而且GIS各個(gè)氣室的結(jié)構(gòu)、尺寸不同，傳感器的空間坐標(biāo)難以確定，使得在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用時(shí)受到一定的制約[8]。

1.3 高頻(UFCT)法

當(dāng)電力設(shè)備發(fā)生局部放電時(shí)，高頻放電電流會(huì)沿著接地線向大地傳播。高頻法是通過在接地線上安裝HFCT檢測(cè)高頻電流信號(hào)，實(shí)現(xiàn)局部放電檢測(cè)[9]。HFCT一般使用Rogowski線圈方式，在環(huán)狀磁芯材料上圍繞多圈的導(dǎo)電線圈，高頻電流穿過磁芯中心引起的高頻交變電磁場(chǎng)會(huì)在線圈上產(chǎn)生感應(yīng)電壓。由于HFCT傳感器的測(cè)量回路與北側(cè)電纜之間沒有直接的電氣連接，屬于非侵入式的檢測(cè)方法，被檢測(cè)設(shè)備不需要停運(yùn)，因此常被用于局放檢測(cè)[10]。

2 實(shí)例分析

在某500kV變電站220 kV側(cè)戶外GIS，220 kV甲母母聯(lián)2245間隔至備用間隔發(fā)現(xiàn)異常信號(hào)，本文采用特高頻法，利用PDS-1500局放帶電檢測(cè)系統(tǒng)與T90局放檢測(cè)儀對(duì)局放信號(hào)檢測(cè)定位，排除干擾。

2.1 檢測(cè)位置與過程

220kV甲母母聯(lián)2245間隔至備用間隔檢測(cè)位置如圖1、圖2所示。

在2天內(nèi)對(duì)被檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)及復(fù)測(cè)。在檢測(cè)期間，異常信號(hào)(低通)PRPD與PRPS圖譜無信號(hào)，選擇全通時(shí)信號(hào)特征表現(xiàn)雜亂，無規(guī)律，幅值不大，工頻相關(guān)性不強(qiáng)。在檢測(cè)儀器選用高通時(shí)，異常信號(hào)持續(xù)性強(qiáng)，出現(xiàn)典型圖譜。8日與9日檢測(cè)到的異常信號(hào)PRPD與PRPS圖譜(高通)如圖3所示。

圖1 備用間隔檢測(cè)點(diǎn)可見光圖片F(xiàn)ig.1 Visible light of spare interval testing point

圖2 2245間隔檢測(cè)點(diǎn)可見光圖片F(xiàn)ig.2 Visible light of 2245 interval testing point

圖3 普測(cè)測(cè)試數(shù)據(jù)Fig.3 General test data

背景噪聲圖譜如圖4所示。異常信號(hào)出現(xiàn)在圖1、圖2中7個(gè)檢測(cè)點(diǎn)。除圖1母線上盆式絕緣子檢測(cè)點(diǎn)7無金屬屏蔽外，其他均為金屬封閉盆子打開的澆注孔。

在檢測(cè)過程中，備用間隔側(cè)的檢測(cè)點(diǎn)1、檢測(cè)點(diǎn)2、檢測(cè)點(diǎn)3的信號(hào)(高通)幅值依次增強(qiáng)，檢測(cè)點(diǎn)1基本無信號(hào)，檢測(cè)點(diǎn)2信號(hào)具有間歇性，檢測(cè)點(diǎn)3信號(hào)明顯，具有持續(xù)性，工頻相關(guān)性強(qiáng)，具有典型圖譜特征，如圖5所示。在220 kV甲母母聯(lián)2245間隔的檢測(cè)點(diǎn)4、檢測(cè)點(diǎn)5、檢測(cè)點(diǎn)6的信號(hào)依次減弱，在檢測(cè)點(diǎn)6處儀器選用全通、高通和低通濾波均檢測(cè)不到信號(hào)。檢測(cè)點(diǎn)7為2245間隔甲母母線上盆子，信號(hào)幅值較高，持續(xù)性強(qiáng)。綜合以上7個(gè)檢測(cè)點(diǎn)所檢測(cè)到的信號(hào)的強(qiáng)度梯度和持續(xù)性，可以初步判斷信號(hào)來源在備用間隔與2245母聯(lián)間隔之間，而且靠近母線上的盆式絕緣子處。

圖4 背景噪聲Fig.4 Background noise

圖5 檢測(cè)點(diǎn)3信號(hào)(高通)Fig.5 No.3 testing point signal(Highpass)

2.2 檢測(cè)數(shù)據(jù)分析

2.2.1 排除干擾方法

為了確定信號(hào)來自GIS罐體內(nèi)部，檢測(cè)時(shí)使用屏蔽效果良好的銅網(wǎng)，將傳感器與盆式絕緣子封閉包裹住。對(duì)檢測(cè)點(diǎn)1至檢測(cè)點(diǎn)6的檢測(cè)時(shí)，將檢測(cè)點(diǎn)7所在的無金屬封閉盆子用銅網(wǎng)屏蔽，確保信號(hào)不會(huì)從外界進(jìn)入GIS罐體。在采用屏蔽的同時(shí)，用G1500局放定位系統(tǒng)確定信號(hào)位置，選取3個(gè)特高頻探頭放置在檢測(cè)點(diǎn)3，兩側(cè)及上下空間中分2次放置。在GIS罐體澆注孔放置的傳感器接收到的信號(hào)始終超前于空間中信號(hào)，這說明異常信號(hào)來自組合電器罐體內(nèi)部。

2.2.2 定位信號(hào)來源與原因分析

根據(jù)信號(hào)幅值梯度以及G1500局放定位系統(tǒng)獲取的信號(hào)時(shí)差可知，檢測(cè)點(diǎn)3及檢測(cè)點(diǎn)7局放信號(hào)幅值較高，信號(hào)持續(xù)性強(qiáng)，離檢測(cè)點(diǎn)7越遠(yuǎn)的澆注孔測(cè)到的信號(hào)越弱，符合特高頻信號(hào)衰減特性。G1500特高頻傳感器在檢測(cè)點(diǎn)3與檢測(cè)點(diǎn)7捕捉的信號(hào)時(shí)差極其接近，用PDS-T90測(cè)得信號(hào)強(qiáng)度僅次于檢測(cè)點(diǎn)3與檢測(cè)點(diǎn)7、檢測(cè)點(diǎn)4所放置的傳感器捕捉到的信號(hào)，較前兩處時(shí)差較大，超聲信號(hào)基本與背景值接近，SF6分解產(chǎn)物未檢測(cè)到數(shù)值，說明罐體內(nèi)放電并不劇烈，沒有自由顆粒跳動(dòng)。通過PDS-T90檢測(cè)到的圖譜得知極性效應(yīng)明顯，放電次數(shù)多，幅值分散性較小，初步判斷為放電量不大的電暈放電。

通過分析，電暈放電主要原因有：

1)在2245甲母母聯(lián)間隔至備用間隔兩側(cè)有伸縮管(備用間隔檢測(cè)點(diǎn)見圖1的7處)，由于環(huán)境溫度變化較大，兩個(gè)伸縮管之間的部分產(chǎn)生位移，造成在檢測(cè)點(diǎn)7的盆式絕緣子的觸頭座處產(chǎn)生雜質(zhì)造成電暈放電，然而雜質(zhì)并未掉落至罐體，因此沒有造成自由顆粒缺陷，超聲未檢測(cè)到信號(hào)。

2)由于同步電源信號(hào)偏移，無法確定信號(hào)一直在工頻相位負(fù)半軸，因此推測(cè)電暈信號(hào)可能來自罐體，由質(zhì)量較大的雜質(zhì)造成的。

3 結(jié) 論

1) 局部放電帶電檢測(cè)可以在設(shè)備不斷電、不改變運(yùn)行狀態(tài)的情況下監(jiān)測(cè)GIS的設(shè)備工況，有利于提高檢修工作的針對(duì)性。

2) 由于現(xiàn)場(chǎng)工況復(fù)雜，單一的檢測(cè)方法不足以掌握設(shè)備的具體情況。因此，多種檢測(cè)方法能夠檢測(cè)輸變電設(shè)備潛伏性故障，排除現(xiàn)場(chǎng)干擾，具有效率高、靈敏度強(qiáng)、定位準(zhǔn)確的優(yōu)勢(shì)。

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(編輯 侯世春)

Analysis and field application of UHF live detection technology of 220kV GIS

CHEN Cong1,GUAN Wanlin2,ZHANG Dewen2,ZHOU Yang2,SHANG Shulei2,ZHANG Peng2

(1.China Power Hua Chuang Electricity Technology Research Co.,Ltd.,Shanghai 200086,China;2.Electric Power Research Institute of State Grid Heilongjiang Electric Power Co.,Ltd.,Harbin 150030,China)

In order to eliminate the influence of field interference on the recognition and characterization of the detection signal,the main methods of GIS live detection are expounded.The UHF live detection method of 220kV outdoor GIS in a 500kV substation is analyzed,that is,the characteristic of time difference caused in intercepting the signal by different sensors is used to eliminate the signal interference source.And other live detection methods are combined for comprehensive judgments.The results show that the abnormal signal is from the inside of the GIS tank and the initial diagnosis of the defect type is made.GIS UHF method can accurately locate the defect fault,and it has certain reference value for eliminating the interference of live detection signal.

UHF; live detection; GIS; partial discharge

2017-03-02；

2017-05-31。

陳 聰(1988—)，男，碩士，工程師，研究方向?yàn)殡娏υO(shè)備局部放電在線診斷技術(shù)。

TM835.4

A

2095-6843(2017)04-0340-03