GIS局部放電檢測技術(shù)

吳迪　張文娟

實(shí)際故障的統(tǒng)計(jì)分析表明，絕緣故障是影響設(shè)備正常運(yùn)行的主要原因。而局部放電是造成絕緣劣化的主要原因，也是絕緣劣化的主要表現(xiàn)形式，與設(shè)備絕緣的劣化和擊穿過程密切相關(guān)，能有效地反映設(shè)備內(nèi)部絕緣的故障。因此，對電力設(shè)備進(jìn)行有效的局部放電檢測對于電力設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。GIS（Gas Insulater Switchgear）指氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備，是一種興起于20世紀(jì)60年代的成套封閉式高壓電器設(shè)備。它是將除變壓器之外的所有設(shè)備，如斷路器、避雷器、電壓互感器、電流互感器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)、套管、母線等多種高壓電器組合、封閉在接地的金屬外殼內(nèi)，殼內(nèi)充以0.3MPa-0.4MPa的SF6氣體作為絕緣和滅弧介質(zhì)。GIS的突出特點(diǎn)是體積小、占地面積少，GIS變電站占地面積僅為常規(guī)變電站的10%-15%，且不受環(huán)境和海拔的影響，運(yùn)行維護(hù)工作量小、檢修周期長、安全可靠性高，因此近些年來得到了越來越廣泛的應(yīng)用。

GIS;局部放電;檢測;技術(shù);分析

GIS設(shè)備局放檢測技術(shù)局部放電檢測是以發(fā)生局部放電時產(chǎn)生的電、光、聲等現(xiàn)象為依據(jù)，來判斷局部放電的狀態(tài)，包括定位和放電的程度。GIS局放常用的檢測方法主要為超聲波和特高頻檢測聯(lián)合檢測法。

GIS設(shè)備發(fā)生局部放電時，放電使通道氣體壓力驟增，在GIS內(nèi)部（氣室）氣體中產(chǎn)生壓力聲波，以縱波的方式傳播到GIS外殼。超聲波檢測是通過設(shè)置在GIS設(shè)備金屬外殼上的聲傳感器，來檢測、識別和定位局部放電缺陷。超聲波法檢測范圍相對較小，需要與被測設(shè)備的表面實(shí)施完全接觸，適合定位測量，主要用于檢測套管、終端、絕緣子的表面放電，對于其他放電類型不敏感。

運(yùn)行中的GIS內(nèi)部充有SF氣體，其絕緣強(qiáng)度和擊穿場強(qiáng)都很高。當(dāng)局部放電在很小的范圍內(nèi)發(fā)生時，將產(chǎn)生很陡的脈沖電流，脈沖向四周輻射出的特高頻電磁波。GIS有許多法蘭連接的盆式絕緣子、拐彎結(jié)構(gòu)和T形接頭、隔離開關(guān)及斷路器等不連續(xù)點(diǎn)，特高頻信號在GIS內(nèi)傳播過程中經(jīng)過這些結(jié)構(gòu)時，可以通過這些盆式絕緣子透射出來。

特高頻法檢測范圍較大，并且對所有的放電類型都比較敏感;超聲波法檢測范圍小，可用于故障的精確定位。因此，這兩種方法聯(lián)合使用能起到取長補(bǔ)短的作用，且可以互相確認(rèn)，消除誤判斷的可能。在進(jìn)行GIS局部放電檢測時，首先利用特高頻法確認(rèn)被測設(shè)備是否存在局部放電的缺陷，若發(fā)現(xiàn)有疑似放電點(diǎn)，利用超聲波法進(jìn)行確認(rèn)并精確定位。

局部放電是指發(fā)生在電極之間非貫通性放電。初始時放電是非常微弱的，一般不會影響絕緣能力，但是如果這種放電長時間持續(xù)存在，就會逐漸導(dǎo)致絕緣劣化，使得絕緣介電性能降低，最后整個絕緣都會被擊穿。GIS局部放電類型主要分為：一是固體絕緣內(nèi)部局部缺陷放電;二是尖端放電;三是浮電位放電;四是沿面污穢放電。局部放電是GIS絕緣劣化的征兆和體現(xiàn)，也是造成絕緣進(jìn)一步劣化的原因，是表征GIS絕緣性能的一個重要參數(shù)。國際大電網(wǎng)會議CIGRE調(diào)查表明，50%以上的GIS故障是可預(yù)先發(fā)現(xiàn)的。因此對GIS進(jìn)行局部放電在線檢測，了解其局部放電情況，能夠及早發(fā)現(xiàn)絕緣缺陷，及時檢修，盡量避免事故的發(fā)生，GIS局部放電在線檢測對GIS的穩(wěn)定可靠運(yùn)行具有重要意義。

局部放電是能量瞬間爆發(fā)的過程，GIS發(fā)生局部放電時，能量以光、電、熱、聲等形式散發(fā)出去。此時產(chǎn)生的電磁波會通過GIS腔體上的盤式絕緣子、T形接頭等斷點(diǎn)處傳播出去，也會在接地線上有放電脈沖電流流過;GIS腔體中氣壓增大，氣體產(chǎn)生振動，會在GIS氣體中產(chǎn)生縱波或超聲波，并在GIS腔體外殼上出現(xiàn)各種縱波、橫波和表面波等聲波;GIS發(fā)生局部放電時，部分SF氣體會分解，使得GIS腔體中的氣體成分發(fā)生變化。以上這些物理變化和化學(xué)變化的變化規(guī)律和特征都可作為局部放電檢測對象，用以直接檢測或診斷。目前，國內(nèi)外采用的方法主要有：化學(xué)法、光學(xué)法、機(jī)械振動法、電氣測量法、超聲波法、特高頻（UHF）法等方法。

GIS設(shè)備內(nèi)部發(fā)生局部放電時，SF氣體會分解出SF、SOF、HF、SO等氣體。可以通過檢測裝置從GIS設(shè)備中提取一定體積SF氣體，對其氣體成分進(jìn)行檢測或進(jìn)行色譜分析，了解GIS運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)潛伏故障。此方法適用于離線檢測，不能運(yùn)用于在線檢測。

GIS設(shè)備內(nèi)部發(fā)生局部放電能量以光的形式發(fā)散出去時，會有光子出現(xiàn)，可以通過光電倍增器對發(fā)射的光子進(jìn)行監(jiān)測，從而實(shí)現(xiàn)GIS設(shè)備局部放電的檢測。此方法雖然不受電磁干擾的影響，但射線在傳輸過程中會被SF氣體和其他材料強(qiáng)烈地吸收和發(fā)射，造成信號衰減和畸變，檢測準(zhǔn)確度和靈敏度不高，且不具備故障定位能力。

機(jī)械振動法基本原理是一旦發(fā)生局部放電，就會產(chǎn)生一定的振動波，經(jīng)過傳遞后會在金屬外殼上引起輕微振動，可以通過在GIS設(shè)備外殼處安裝敏感度較高的加速度傳感器實(shí)現(xiàn)振動信號的檢測。對于此方法，設(shè)備操動機(jī)構(gòu)動作和運(yùn)行中的噪音會對檢測信號造成較大干擾，導(dǎo)致其檢測靈敏度不高。

6.4.1電極法

電極法分為外部電極法和內(nèi)部電極法。外部電極法是在GIS設(shè)備外殼上覆蓋一絕緣薄膜和一金屬電極片，外殼與金屬電極片之間構(gòu)成一個電容，可將高頻放電信號耦合到檢測阻抗上，該阻抗上的信號經(jīng)放大處理后，即可得到GIS局部放電量。此種方法靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡單、且易于實(shí)現(xiàn)，但同樣也易受外界干擾。內(nèi)部電極法是在法蘭內(nèi)部加裝金屬電極片，該電極片與外殼構(gòu)成耦合電容，以此電容傳感器實(shí)現(xiàn)局部放電信號的檢測。

6.4.2脈沖電流法

當(dāng)GIS設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生局部放電時，接地線上會有高頻脈沖電流通過，可以通過測量設(shè)備外殼接地線中的脈沖電流信號來檢測局部放電信號，可采用帶有鐵芯的羅戈夫斯基線圈作為傳感器，外殼接地線中的局部放電脈沖穿過環(huán)狀鐵芯時，繞在鐵芯上的線圈就會出現(xiàn)同樣波形的電流。此方法不需對高壓設(shè)備做任何改造，且傳感器可在較寬頻率范圍內(nèi)保持很好的傳輸特性，但此方法僅能實(shí)現(xiàn)局部放電量的測量，無法對放電位置進(jìn)行定位。

總而言之，在GIS局部放電檢測中，超聲波法和特高頻法聯(lián)合檢測是非常有效的檢測方法，能夠及時發(fā)現(xiàn)GIS內(nèi)部的缺陷。通過在油田110kV GIS中的應(yīng)用這種檢測方法，基本掌握了油田110kV GIS的絕緣狀態(tài)，為110kV GIS設(shè)備的運(yùn)行和維護(hù)提供了指導(dǎo)。

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