特高頻技術(shù)在110kVGIS氣隙放電檢測(cè)定位中的應(yīng)用研究

云南電網(wǎng)昆明供電局 施濤 方勇 鄒璟 王清波 趙榮普

1 特高頻局放檢測(cè)技術(shù)

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，將產(chǎn)生很陡的脈沖電流，其上升時(shí)間小于1ns，并激發(fā)頻率高達(dá)數(shù)GHz的電磁波。局部放電檢測(cè)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（300MHz≤f≤3GHz）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)局部放電檢測(cè)。如圖1所示。由于現(xiàn)場(chǎng)的暈干擾主要集中在300MHz頻段以下，因此特高頻法能有效地避開現(xiàn)場(chǎng)的電暈等干擾，具有較高的靈敏度和抗干擾能力，可實(shí)現(xiàn)局部放電帶電檢測(cè)、定位以及缺陷類型識(shí)別等優(yōu)點(diǎn)[1-5]。

特高頻檢測(cè)法和其他局部放電在線檢測(cè)技術(shù)相比，具有顯著優(yōu)點(diǎn)：檢測(cè)靈敏度高。局部放電產(chǎn)生的特高頻電磁波信號(hào)在GIS中傳播時(shí)衰減較??；抗干擾能力強(qiáng)。特高頻法的檢測(cè)頻段通常為300MHz～3GHz，有效的避開了現(xiàn)場(chǎng)電暈等干擾，因此具有較強(qiáng)的抗干擾能力；可實(shí)現(xiàn)局部放電定位?？筛鶕?jù)特高頻電磁波信號(hào)到達(dá)其附近兩側(cè)特高頻傳感器的時(shí)間差，計(jì)算出局部放電源的具體位置，實(shí)現(xiàn)絕緣缺陷定位；有利于缺陷類型識(shí)別。不同類型絕緣缺陷的局部放電所產(chǎn)生的特高頻信號(hào)具有不同的頻譜特征，可利用特高頻信號(hào)頻域分布特征進(jìn)行局部放電類型識(shí)別，實(shí)現(xiàn)絕緣缺陷類型診斷。

2 特高頻時(shí)差定位技術(shù)

當(dāng)特高頻檢測(cè)發(fā)現(xiàn)有異常信號(hào)時(shí)，可以采用兩個(gè)以上的特高頻傳感器進(jìn)行檢測(cè)，并利用高速采樣技術(shù)通過計(jì)算兩個(gè)特高頻傳感器所接收到脈沖信號(hào)的上升沿時(shí)差對(duì)放電源進(jìn)行定位[1-5]。如圖1中所示，假設(shè)放置兩只特高頻外置傳感器的盆子之間距離為L(zhǎng)，放電源距離特高頻外置傳感器A1為X，則距離特高頻外置傳感器A2為L(zhǎng)-X，放電脈沖到達(dá)傳感器A1為時(shí)刻t1，到達(dá)傳感器A2為t2時(shí)刻，兩傳感器接收到信號(hào)的時(shí)差Δt，則可以按照公式(1)計(jì)算信號(hào)源的具體位置。

上式中c為電磁波等效傳播速度，取3×108m/s，Δt可通過高性能示波器讀出。

3 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)及分析

采用特高頻法對(duì)某110kV內(nèi)橋112斷路器間隔1121隔離開關(guān)氣室進(jìn)行局放測(cè)試，測(cè)試數(shù)據(jù)如圖2所示：

圖2 不同頻帶特高頻PRPD&PRPS檢測(cè)圖譜

對(duì)110kV內(nèi)橋112斷路器間隔1121隔離開關(guān)氣室存在的異常特高頻信號(hào)進(jìn)行分析。由圖1a可知，工頻相位下出現(xiàn)一簇脈沖信號(hào)，工頻相位相關(guān)性強(qiáng)，信號(hào)有大有小，顯示氣隙放電特征。由圖1b可知，工頻相位下出現(xiàn)對(duì)稱的兩簇脈沖信號(hào)，工頻相位相關(guān)性強(qiáng)，信號(hào)有大有小，顯示氣隙放電特征。由于現(xiàn)場(chǎng)為了去除噪聲干擾選擇的測(cè)試頻帶不同導(dǎo)致了信號(hào)特征有所差異，綜合判斷該間隔存在異常氣隙放電現(xiàn)象。

采用超聲波法對(duì)110kV內(nèi)橋112斷路器間隔進(jìn)行局放測(cè)試，測(cè)試數(shù)據(jù)如圖3所示。

圖3 超聲波圖譜

由圖3超聲波圖譜可知，110kV內(nèi)橋112斷路器間隔超聲波信號(hào)未見異常。

4 診斷定位分析

4.1 診斷分析

利用高性能示波器（帶寬1GHz、采樣頻率4GS/s）對(duì)該缺陷的原始波形進(jìn)行檢測(cè)與分析，檢測(cè)圖譜如下圖4所示。

圖4 特高頻原始信號(hào)波形圖譜

特高頻原始信號(hào)波形圖譜如圖4所示，由圖4a可知，每個(gè)工頻周期出現(xiàn)一根脈沖信號(hào)，工頻相位相關(guān)性強(qiáng)，具有懸浮放電特征。由圖4b可知，每個(gè)工頻周期出現(xiàn)一定數(shù)量對(duì)稱的脈沖信號(hào)，信號(hào)大小不一，具有一定絕緣放電的特征。綜合判斷該處可能存在兩處放電信號(hào)，大概率為絕緣放電早期放電，小概率為懸浮放電信號(hào)，信號(hào)幅值最大約為900mV。

4.2 定位分析

應(yīng)用高性能示波器及特高頻傳感器進(jìn)行定位，通過讀取異常信號(hào)到達(dá)布置在不同檢測(cè)部位的特高頻傳感器的時(shí)延對(duì)異常信號(hào)進(jìn)行定位，從而確定產(chǎn)生異常信號(hào)的部位。

圖5 定位步驟1傳感器位置及檢測(cè)波形圖

關(guān)鍵定位步驟一：綠色、黃色特高頻傳感器分別放在110kV內(nèi)橋112間隔1121隔離開關(guān)氣室下方及右側(cè)盆子處，紅色傳感器放置在110kV內(nèi)橋112間隔1121隔離開關(guān)氣室上方接地刀盆子處，具體如圖5a所示。由示波器定位波形可知，出現(xiàn)了兩種比較典型的時(shí)差關(guān)系：紅色波形超前綠色波形、綠色波形超前黃色波形，如圖5b所示；紅色波形與綠色波形重合，并超前黃色波形，如圖5c所示。

關(guān)鍵定位步驟二：將黃色、紅色特高頻傳感器放置在110kV內(nèi)橋112間隔1121隔離開關(guān)氣室上方接地刀盆子處，綠色傳感器放置在110kV內(nèi)橋112間隔1121隔離開關(guān)氣室下方盆子處，具體如圖6a所示。由示波器定位波形可知，出現(xiàn)了兩種比較典型的時(shí)差關(guān)系：紅色波形超前黃色波形，黃色波形超前綠色波形，如圖6b所示；黃色波形超前紅色波形，紅色波形超前綠色波形，如圖6c所示。

圖6 定位步驟2傳感器位置及檢測(cè)波形圖

定位總結(jié)。綜合以上關(guān)鍵兩步的定位過程，并通過時(shí)各傳感器之間的差關(guān)系，判斷110kV內(nèi)橋112間隔1121隔離開關(guān)氣室至少存在兩處放電源，放電源所在區(qū)域如圖7藍(lán)色區(qū)域及黃色區(qū)域所示，同時(shí)在該區(qū)域不排除有其他放電源存在的可能。

根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)分析，該信號(hào)大概率為氣隙放電，且存在多放電源，放電程度較高，設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，在過電壓或其他擾動(dòng)的情況下有擊穿、閃絡(luò)存在的可能。且氣隙放電不同于其它類型放電，一般發(fā)展較快，建議盡快安排停電檢修。氣隙放電用肉眼一般較不易觀察到放電痕跡，建議檢修解體時(shí)保持內(nèi)部部件原狀，必要時(shí)對(duì)該支撐絕緣子做耐壓與常規(guī)局放試驗(yàn)。

5 故障處理

4月對(duì)110kVXX變110kV內(nèi)橋112斷路器間隔1121隔離開關(guān)氣室進(jìn)行解體檢查，現(xiàn)場(chǎng)未發(fā)現(xiàn)明顯放電痕跡，為進(jìn)一步分析該支撐絕緣子內(nèi)部狀況，對(duì)該氣室解體取回的絕緣拉桿進(jìn)行X光透視及顯微鏡觀察實(shí)驗(yàn)。發(fā)現(xiàn)2#樣品及3#樣品分別存在氣孔及裂紋存在。具體照片見圖8及圖9所示。

圖8 絕緣拉桿外觀圖

6 結(jié)論

本文詳細(xì)介紹了一起GIS絕緣拉桿氣室多點(diǎn)氣隙放電典型案例的綜合診斷與分析。特高頻檢測(cè)技術(shù)能夠有效發(fā)現(xiàn)GIS設(shè)備內(nèi)部存在的氣隙放電缺陷，能夠?qū)υO(shè)備故障進(jìn)行準(zhǔn)確的分析判斷，避免事故的發(fā)生。利用高速采集功能的示波器及時(shí)差定位技術(shù)能夠?qū)址旁催M(jìn)行精確定位，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)過程中需要對(duì)各傳感器的時(shí)差關(guān)系進(jìn)行分析，避免多放電源診斷時(shí)的漏判。氣隙放電往往在外表面無法進(jìn)行有效的觀察，X光透視技術(shù)能夠有效發(fā)現(xiàn)絕緣內(nèi)部的氣隙放電缺陷。