GIS設(shè)備局部放電檢測方法研究

何莉

摘 要：GIS設(shè)備在高壓、超高壓、特高壓領(lǐng)域正在被廣泛使用，但是GIS設(shè)備一旦內(nèi)部出現(xiàn)某種缺陷，進(jìn)而發(fā)生故障，檢修時(shí)間將比常規(guī)敞開式變電站更長，影響程度也要比同類設(shè)備更嚴(yán)重。目前，國內(nèi)已發(fā)生了數(shù)起較為嚴(yán)重的GIS事故。因此，GIS設(shè)備在發(fā)生故障前的檢測就顯得尤為重要。本文主要闡述了幾種技術(shù)較為成熟的檢測方法。

關(guān)鍵詞：GIS設(shè)備；局部放電；檢測方法

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.13.222

GIS設(shè)備（GAS INSULATED SWITCHGEAR）是指氣體絕緣全封閉組合電器，它是將出線終端、連接母線、高壓斷路器、互感器、隔離開關(guān)、避雷器、接地開關(guān)等設(shè)備，全部封閉在金屬接地的外殼中，在內(nèi)部充有一定壓力的SF6絕緣氣體，又稱SF6全封閉組合電器。伴隨工業(yè)、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對連續(xù)、安全的供電可靠性要求越來越高。而GIS設(shè)備一旦內(nèi)部出現(xiàn)某種缺陷，發(fā)生了故障，檢修時(shí)間會(huì)比常規(guī)敞開式變電站更長，影響程度也要比同類設(shè)備更嚴(yán)重。目前技術(shù)較成熟的GIS局部放電檢測方法，主要有常規(guī)脈沖電流法、特高頻（UHF）檢測法和超聲波檢測法。

1 脈沖電流法

又耦合電容法，該方法結(jié)構(gòu)簡單，便于實(shí)現(xiàn)。GIS 產(chǎn)生局部放電時(shí)，GIS試品兩端產(chǎn)生瞬間變化的電壓，若把試品接入檢測回路，則會(huì)有脈沖電流信號。該信號通過輸入端的輸入阻抗轉(zhuǎn)換成脈沖電壓信號，然后再經(jīng)過濾波、放大、信號采集及計(jì)算處理，測出局部放電的一些基本物理量（如：視在放電量、局放脈沖的大小、相位）。該技術(shù)較為成熟且應(yīng)用廣泛。

該方法的優(yōu)點(diǎn)是能對被試品的局部放電量進(jìn)行定量測量。相比較而言，它對視在放電量的定量測量能更加直觀反映系統(tǒng)局放產(chǎn)生的劇烈程度。它的缺點(diǎn)是抗干擾能力比較差，在現(xiàn)場測試時(shí)，識別與多種噪聲混雜在一起的局部放電信號比較困難，現(xiàn)場測試的精度經(jīng)常受到很大的影響。

2 超聲波檢測法

GIS設(shè)備的內(nèi)部發(fā)生局放信號的時(shí)候，會(huì)有較陡的電流脈沖，使發(fā)生局放的區(qū)域SF6氣體受熱而膨脹，放電結(jié)束受熱后膨脹的區(qū)域恢復(fù)至原先的體積，這種一漲一縮的體積變化導(dǎo)致介質(zhì)的疏密變化，形成了超聲波。超聲波法通過采用接觸式的聲發(fā)射傳感器來測量局部放電信號，一般置于GIS殼體外壁。該方法的優(yōu)點(diǎn)是傳感器與GIS設(shè)備的電氣回路無任何聯(lián)系，不會(huì)影響設(shè)備的運(yùn)行，也不受現(xiàn)場電磁信號的干擾，能夠?qū)υO(shè)備進(jìn)行無死角檢測，定位的準(zhǔn)確度高。

聲波是機(jī)械振動(dòng)波。當(dāng)產(chǎn)生局放時(shí)，在放電的區(qū)域，分子之間會(huì)產(chǎn)生劇烈的撞擊，這種撞擊表現(xiàn)為一種壓力。由于局放是產(chǎn)生了一連串的脈沖，所以因此而產(chǎn)生的壓力波也是脈沖形式，即聲波。它的頻譜分布很寬，約為10Hz-107Hz。聲音頻率超過20000Hz的稱為超聲波。由于局部放電產(chǎn)生的區(qū)域很小，因此局放源通?？煽闯牲c(diǎn)聲源。在GIS設(shè)備上安裝多臺(tái)超聲傳感器，依據(jù)電信號與聲信號間的時(shí)間差，就可得到放電點(diǎn)與安裝的傳感器間的距離，最終實(shí)現(xiàn)局放定位。

但是，超聲波法檢測局放也存在有下列問題：（1）很難根據(jù)超聲波信號的幅值反映局放的劇烈程度。（2）超聲波信號衰減很快，所以超聲波法檢測范圍小，檢測點(diǎn)多，檢測效率較低。（3）在高壓導(dǎo)體附近的局放故障靈敏度低。（4）抗機(jī)械振動(dòng)干擾能力差，如現(xiàn)場的自然風(fēng)對超聲波檢測干擾非常大。超聲波法適用于GIS設(shè)備中放電量較大的局放信號的檢測、定位。

3 特高頻檢測法

特高頻是指電磁波信號頻率范圍為300MHz--3GHz。局放產(chǎn)生時(shí)，氣體擊穿過程很快，會(huì)瞬時(shí)出現(xiàn)一個(gè)較陡的脈沖電流信號，信號經(jīng)頻譜分析后，發(fā)現(xiàn)頻率成分高達(dá)GHz，該信號會(huì)同時(shí)向外發(fā)射特高頻電磁波，有電磁波、橫向電場波和橫向磁場波，它們沿著波導(dǎo)方向傳播，同時(shí)沿著GIS設(shè)備的盆式絕緣子向外傳出。特高頻法經(jīng)過檢測GIS設(shè)備中發(fā)生局放時(shí)產(chǎn)生的超高頻電磁波信號，來獲得局部放電的一些相關(guān)信息，例如：金屬顆粒放電、懸浮電位放電等，從而判斷局放的類型和大致的定位。

一般現(xiàn)場的電暈干擾主要集中在300MHz的頻段以下，所以特高頻法能有效地避免現(xiàn)場的電暈等干擾，它的抗干擾能力較強(qiáng)。

通常特高頻傳感器有安裝在設(shè)備外面的和安裝在設(shè)備里面的傳感器。當(dāng)用內(nèi)置的特高頻傳感器時(shí)，由于電磁波在GIS設(shè)備內(nèi)傳播時(shí)，信號會(huì)隨距離的增加而相應(yīng)的衰減，因此就需要每隔一段距離安裝一個(gè)傳感器，若GIS設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，則安裝成本將會(huì)很大。如果將傳感器置于GIS外部，并緊貼盆式絕緣子外徑，則能夠接收到電磁波信號。GIS設(shè)備一個(gè)間隔內(nèi)有多個(gè)絕緣子，這為檢測提供了大量合適的位置，以便于從較近的距離檢測出局放，尤其是在絕緣子附近產(chǎn)生的放電，由此增加了檢測的靈敏度。

特高頻法檢測局部放電也存在著一定的問題：（1）在現(xiàn)場測量中要判斷缺陷的具體類型。由于缺陷存在于GIS設(shè)備不同的位置，能產(chǎn)生不同類型的放電，其放電量也有很大的差別。（2）利用特高頻法對GIS設(shè)備內(nèi)的放電源不能進(jìn)行精確的定位，包括確立放電源在腔體中所處的具體方位。（3）特高頻法不能確定GIS設(shè)備內(nèi)部故障的視在放電量。但對于檢測設(shè)備的局放而言，視在放電量的大小可認(rèn)為是不可缺少的一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，也是確定設(shè)備絕緣狀況嚴(yán)重程度的重要標(biāo)準(zhǔn)。

4 GIS設(shè)備局部放電檢測方法小結(jié)

從上面的幾種方法分析來看，每種檢測方法都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，適用于不同的故障類別，在現(xiàn)場使用局部放電檢測GIS設(shè)備的絕緣狀況時(shí)，應(yīng)該將多種方法綜合使用，并測量多點(diǎn)，這樣有利于判別和定位故障。采用 GIS設(shè)備帶電檢測有利于合理調(diào)整預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程，放寬一些設(shè)備的試驗(yàn)周期，減少停電的操作次數(shù)，能有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。今后還應(yīng)進(jìn)一步探索GIS設(shè)備狀態(tài)檢修方案、建立GIS狀態(tài)數(shù)據(jù)庫（包括歷史數(shù)據(jù)、帶電檢測數(shù)據(jù)、停電檢測數(shù)據(jù)）和診斷模式流程，力保設(shè)備缺陷診斷的準(zhǔn)確性。

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