GIS 與容性設(shè)備帶電檢測技術(shù)探討

劉瀟

（國網(wǎng)天津市電力公司檢修公司，天津300232）

1 引言

2006 年年初，國家電網(wǎng)公司對各網(wǎng)省公司帶電檢測裝置應(yīng)用情況進行了調(diào)查統(tǒng)計。統(tǒng)計結(jié)果表明：華北、華東電網(wǎng)的帶電檢測裝置最多，西北電網(wǎng)的帶電檢測裝置相對較少。在變壓器本體、電容型設(shè)備、金屬氧化物避雷器、開關(guān)類設(shè)備、GIS設(shè)備、綜合監(jiān)測6 類帶電檢測裝置中，金屬氧化物避雷器帶電檢測裝置應(yīng)用最多；電容型設(shè)備和變壓器本體帶電檢測裝置次之。這也從側(cè)面說明金屬氧化物避雷器、電容型設(shè)備和變壓器本體的帶電檢測技術(shù)相對比較成熟。同時，開關(guān)類設(shè)備、GIS設(shè)備的帶電檢測裝置應(yīng)用較少，是因為開關(guān)類設(shè)備，特別是斷路器的結(jié)構(gòu)區(qū)別較大，安裝帶電檢測裝置的空間難度和技術(shù)難度很大。但隨著技術(shù)的不斷成熟，超聲波檢測儀、超高頻局放檢測儀等帶電檢測設(shè)備的應(yīng)運而出，我國電網(wǎng)設(shè)備的故障檢測手段將會越來越多[1]。

2 技術(shù)應(yīng)用的目的和意義

該技術(shù)主要應(yīng)用于GIS 和容性設(shè)備故障識別，結(jié)合帶電檢測對典型絕緣缺陷進行故障分析，為更好地開展設(shè)備狀態(tài)檢修工作，提供更為可靠的技術(shù)手段，并結(jié)合GIS 和容性設(shè)備查找故障和處缺過程中所采取的手段提出相關(guān)帶電檢測新技術(shù)，確保及時、準(zhǔn)確、快速地診斷和處理故障[2]。

3 國內(nèi)外帶電檢測技術(shù)水平的現(xiàn)狀

帶電檢測是指在設(shè)備不停電的情況下，對設(shè)備狀態(tài)量進行測試的一種試驗方法，其特點為短時間內(nèi)進行帶電檢測，區(qū)別于長期不間斷的在線監(jiān)測。20 世紀七八十年代以來，電力設(shè)備帶電檢測技術(shù)隨著傳感器、電力電子技術(shù)的進步進入了高速發(fā)展期，帶電檢測系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、可靠性和信息傳輸質(zhì)量，基本上實現(xiàn)了電力設(shè)備絕緣狀態(tài)檢測的目的[3]。當(dāng)前國內(nèi)外對于GIS 和容性設(shè)備帶電檢測方法中，以下幾種主要的方法還有待進一步研究和完善。

3.1 超高頻局放檢測法

超高頻局放檢測技術(shù)是指對頻率介于300～3000MHz 的局部放電信號進行檢測和研究的一種測試方法。由于其信號傳輸時衰減快，所以被試設(shè)備外部的超高頻干擾信號頻帶既比設(shè)備內(nèi)部的局部放電信號窄，其強度又隨頻率的增加而下降，到達被測設(shè)備的超高頻分量較少，可避開相當(dāng)一部分的其他放電脈沖的干擾。超高頻法雖然具有一系列優(yōu)點，但也存在一些缺點，如不能定量分析放電量水平等[4]。

3.2 高頻局放檢測法

高頻局放檢測技術(shù)是指對頻率介于3～30MHz 區(qū)間的局部放電信號進行檢測和研究的一種測試方法。高頻局部放電測量法的優(yōu)點是傳感器安裝方便、安全，適合現(xiàn)場大規(guī)模的局部放電巡檢，其測量信號帶寬較寬，可進行時域和頻域的綜合分析。缺點是傳感器需裝于設(shè)備外表，會受到其他外界信號的干擾，會造成一定的誤判。

3.3 超聲波信號檢測法

超聲波信號檢測技術(shù)是指對頻率介于20～200kHz 區(qū)間的聲信號進行檢測和研究的一種測試方法。當(dāng)發(fā)生放電時，部分信號會傳輸?shù)酵鈿け砻嫔希赏ㄟ^傳感器收集相關(guān)信號進行檢測。該方法的優(yōu)點是不受外界電磁干擾的影響，可精確定位放電源。缺點是靈敏度較低，對放電故障類型判斷相對困難，難以實現(xiàn)視在放電量的標(biāo)定。

局部放電發(fā)展趨勢圖、相位統(tǒng)計譜圖和脈沖序列分布譜圖是分析局部放電信號特征的有效方法，也是國內(nèi)外常用的局部放電信號特征分析方法。

3.3.1 局部放電發(fā)展趨勢圖

該方法通過收集的最大和平均放電幅值、放電次數(shù)等特征值來繪制平均放電幅值-時間趨勢圖（Vave-T）、放電次數(shù)-時間趨勢圖（N-T）以及最大放電幅值-時間趨勢圖（Vmax-T）、圖等。

3.3.2 局部放電相位統(tǒng)計譜圖（PRPD）

局部放電相位統(tǒng)計譜圖主要包含放電幅值、次數(shù)、相位等相關(guān)信息。其相關(guān)圖譜主要有：

1）φ-qave圖。該圖譜是將一個周期相位等分為若干個相位段，其中每個段內(nèi)φj的平均放電量為式中，M為檢測工頻周期數(shù)，qjsi為第s個檢測周期在相位段φj內(nèi)第i次放電的放電量，njs為第s個周期在相位段φj內(nèi)的放電次數(shù)。將qave以柱狀圖形式表示，可以繪制出φ-qave圖譜，反映出放電量隨相位變化的分布規(guī)律。

2）φ-n圖。該圖譜是該圖譜是將一個周期相位等分為若干個相位段，每個相位段φj內(nèi)的放電次數(shù)其中，M為檢測工頻周期數(shù)，njs為第s個周期在相位段φj內(nèi)的放電次數(shù)，將N用柱狀圖表示，可以繪制出φ-N圖，反映出放電次數(shù)隨相位變化的分布規(guī)律。

3）灰度圖。該圖是反映放電重復(fù)頻率n、放電量q、放電相位φ 三者關(guān)系的圖譜，將放電重復(fù)頻率n值的大小轉(zhuǎn)化為灰度值，可以反映出放電量q在一定范圍內(nèi)的局部放電的重復(fù)率對相位窗的分布情況。

3.3.3 局部放電脈沖序列分布譜圖（PRPS）

該圖譜記錄了局部放電脈沖幅值和時間參數(shù)等相關(guān)信息，主要有Δu分布譜圖和Δu/Δt分布譜圖。Δu分布譜圖是指多個連續(xù)工頻周期內(nèi)，通過記錄電壓u和放電時間t建立相關(guān)脈沖序列，并計算連續(xù)放電間電壓差的分布信息。Δu/Δt分布譜圖是指電壓差與放電時間間隔的比值。

4 技術(shù)發(fā)展趨勢

對GIS 和容性設(shè)備進行帶電檢測能夠及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障，檢測方便快捷。故障發(fā)現(xiàn)后，可以根據(jù)故障的嚴重程度，決定是否對設(shè)備進行停電試驗，停電試驗?zāi)軌驕?zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)故障類型并確定維修方案。帶電檢測的優(yōu)點是不影響電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，不需停電操作，不需要改變電網(wǎng)運行方式，不會造成社會上用戶停電，可以大大提高經(jīng)濟效益和擴大社會效益。帶電檢測的工作可按照試驗周期定期開展，可以實現(xiàn)不間斷連續(xù)測試。試驗數(shù)據(jù)方面在一定程度上帶電比停電測試更為有效及時可靠。停電試驗是根據(jù)設(shè)備檢測周期或者問題缺陷等才開展的檢測，而帶電檢測則是根據(jù)設(shè)備常出現(xiàn)或是易出現(xiàn)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)指定的檢測方案開展的試驗工作，更為及時有效。

隨著特高壓技術(shù)的快速發(fā)展，電網(wǎng)規(guī)模、設(shè)備容量的日益增大，以及智能電網(wǎng)的應(yīng)運而生，人們對電網(wǎng)可靠性的要求越來越高，設(shè)備安全性的要求更為迫切，可以說帶電檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢應(yīng)該是朝著以下幾個方面進行：（1）建立多功能多參數(shù)的智能綜合檢測平臺，即通過大數(shù)據(jù)把電氣設(shè)備絕緣狀態(tài)的關(guān)鍵性參數(shù)通過分析計算反映出來；（2）提高帶電檢測裝置的可用度，即在現(xiàn)有基礎(chǔ)上不斷提高其可靠性和靈敏度；（3）建立數(shù)據(jù)庫和專家系統(tǒng)，在原有試驗經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，通過人工智能技術(shù)，實現(xiàn)GIS 與容性設(shè)備的故障快速診斷和精準(zhǔn)決策。