GIS設(shè)備局部放電缺陷診斷分析

申桂林 朱家福

摘要：本文首先闡述了GIS設(shè)備局部放電概述，接著分析了GIS設(shè)備局部放電缺陷診斷方法的原理。希望能夠為相關(guān)人員提供有益的參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：GIS設(shè)備;局部放電;缺陷診斷分析

引言：

GIS設(shè)備具有體積小、技術(shù)可靠性高、不受外在因素干擾、危險性低、設(shè)備運行周期長等優(yōu)點。但不同事物都存在兩面性，GIS設(shè)備也存在著一些缺陷，比如GIS是一個全封閉性的電組合設(shè)備，無法通過感官推測故障出現(xiàn)的原因。其次設(shè)備的體積比較小，安裝時十分緊湊，運行過程中內(nèi)部的零件損壞會波及到其他部分，影響向外擴(kuò)散，最終使設(shè)備整體遭到損壞。因此，對CIS設(shè)備中的局部放電故障進(jìn)行有效診斷勢在必行。

1 GIS設(shè)備局部放電概述

從國內(nèi)外的研究成果中可知，GIS局部放電檢測技術(shù)都缺乏完善性。與傳統(tǒng)電氣相比，GIS設(shè)備的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在體積小、功能強、抵抗外在因素影響能力較強、故障發(fā)生率低等，但其還是具有一定的缺點。GIS設(shè)備是全封閉的電力組合設(shè)備，在故障檢查階段，無法通過視覺、觸覺等第一感官進(jìn)行有效的預(yù)測。另外，由于設(shè)備體積較小，因此，在安裝的過程中，其相對比較緊密，當(dāng)一個零件發(fā)生故障時，能夠?qū)ζ渌慵a(chǎn)生嚴(yán)重的影響，從而使這個設(shè)備全部損壞的概率顯著提高，與此同時，使得設(shè)備維修的難度顯著提升。

2 GIS設(shè)備局部放電缺陷診斷方法的原理分析

2.1 脈沖電流法

當(dāng)GIS設(shè)備的殼體內(nèi)部出現(xiàn)了局放現(xiàn)象時，內(nèi)部的絕緣介質(zhì)將會存在一些電荷。這些存在于絕緣介質(zhì)中的電荷能夠診斷采用電極兩端產(chǎn)生不定大小的脈沖電流，那么通過檢測由于局放產(chǎn)生的脈沖電流使得被檢測設(shè)備的兩端產(chǎn)生的脈沖電壓，就能夠得到相應(yīng)的視在放電量。這種診斷方法整體來說比較容易實現(xiàn)，但是外界的電磁信號會對其造成一定的干擾，導(dǎo)致局部放電信號不易被識別出來。所以，這種方法的靈敏度較低，在作業(yè)現(xiàn)場使用時存在局限性。脈沖電流法的基本原理可以用圖1的電路圖進(jìn)行簡單描述。當(dāng)被檢測試品C_x發(fā)生了局放現(xiàn)象時，局放產(chǎn)生的脈沖電流i會對C_k這個耦合電容進(jìn)行充電，從而會在檢測阻抗Z_d的兩端出現(xiàn)電位差，即脈沖電壓ΔU。這個有脈沖電流產(chǎn)生的脈沖電壓可能很小，但是通過相關(guān)處理儀器傳輸、放大等處理后，可以測量設(shè)備局放過程中的一些基本參數(shù)。脈沖電流法一般來說只對一些低頻成分（數(shù)量級一般為數(shù)千赫茲至數(shù)兆赫茲）進(jìn)行采集，可以減少無線電的一些干擾。

2.2 瞬態(tài)對地電壓（TEV）診斷法

空氣雖然是良好的絕緣體，但是在濕度較大時也易被高壓擊穿。所以，在電力系統(tǒng)中的絕緣需要采取效果更好的絕緣措施，如采用環(huán)氧的PT、CT以及固體絕緣子和穿墻套管等。局放一般會出現(xiàn)在絕緣材料的內(nèi)部，電荷會在接地引下線附近大量聚集，會向周圍產(chǎn)生一定的脈沖信號。在這樣的放電模式下，放電產(chǎn)生的能量在最開始會匯集在設(shè)備屏蔽層內(nèi)部的表面上。所以，若設(shè)備的屏蔽層一直處于封閉狀態(tài)，那么外部不可能接收到局部放電發(fā)出的信號。但是，屏蔽層一般都會存在一定的缺陷，如墊圈的連接處、電纜終端等部位。如此局部放電信號就能夠通過缺陷處泄露到外部，外部的傳感器就能夠接收到來自局放的高頻信號，從而出現(xiàn)暫態(tài)對地電壓。在電力設(shè)備中的局部放電類型主要包括電暈放電、表面放電、內(nèi)部放電以及懸浮放電等。通過相關(guān)理論可以知道，發(fā)生放電的過程中會在一定的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生較多的帶電粒子，而這些帶電粒子的存在會造成附近電場出現(xiàn)一些變化。交變的電場會產(chǎn)生交變的磁場，電磁波也就出現(xiàn)了，還會在設(shè)備的外殼上出現(xiàn)一個暫態(tài)的對地電壓。一般情況下都采用電容探測器采集暫態(tài)對地電壓（TEV）的信號，從而能夠得到局放的電壓幅值和脈沖周期。對于傳統(tǒng)的脈沖電流法來說，視在電荷量一般能夠通過測量獲取。一般用“pC”表示局部放電的放電強度，用“dB”表示暫態(tài)對地電壓的放電強度。脈沖電流法在測量時能夠反映出的內(nèi)容有限，僅僅能夠反映局放在電極兩端的電壓變化量，而局放的放電路徑不能捕捉到。因此，脈沖電流法在局放定位方面存在明顯不足?，F(xiàn)階段，雖然已經(jīng)逐漸開始為了找到dB和pC之間存在的定量關(guān)系進(jìn)行相關(guān)的研究，但目前dB依然無法做到對放電強度的量化。結(jié)合上述分析，TEV一般用于局部放電的定性檢測，現(xiàn)場使用時大多情況下用來將一組相同類型的設(shè)備的運行狀況進(jìn)行比較，進(jìn)而確定檢修的先后，也能夠跟蹤測量單個的設(shè)備，以發(fā)現(xiàn)和掌握該設(shè)備的絕緣是否良好。

2.3 超聲波診斷法

聲波和沖擊振動波一般也會伴隨著局部放電現(xiàn)象發(fā)生出現(xiàn)在設(shè)備中。用于檢測超聲波的傳感器大都裝在殼體的外部接收局放產(chǎn)生的信號。此方法的最大優(yōu)點是用來接收信號的傳感器與電力設(shè)備的任何回路都無關(guān)，所以沒有所謂的電磁信號干擾，但會在現(xiàn)場使用時受到外界環(huán)境的影響。超聲波信號在向遠(yuǎn)方傳播的過程中強度有很多衰減，尤其在絕緣材料中更為明顯。但是，超聲波信號在故障定位方面卻有著較高的準(zhǔn)確度。結(jié)合此分析可以看出，超聲法存在一定的局限性，檢測范圍較小，靈敏性較低。局部放電現(xiàn)象本質(zhì)上看，實際上是間隙被高壓擊穿的一個過程，它的放電區(qū)域半徑一般十分小，因此在某種程度上可以把一個局放的點看作是一個點聲源。聲波在不同形式的介質(zhì)中的傳播方式不同，如在氣、液體中的傳播方式與在固體介質(zhì)中有較大區(qū)別。氣液體中是以縱波向外傳遞信號，縱波主要依靠分子間的碰撞傳遞信號能量。在固體介質(zhì)中，聲波的傳播形式會同時包含橫波和縱波。橫波與縱波的不同之處是傳播時質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向成垂直關(guān)系，而不是平行關(guān)系，那么這需要質(zhì)點與質(zhì)點之間有一個較大的力牽動其進(jìn)行傳播。因此，橫波的傳播介質(zhì)一般會是密度較大的液體或者固體。一般來說，橫波會在縱波完全透過氣體介質(zhì)或液體介質(zhì)抵達(dá)外部固體殼體時出現(xiàn)，然后才會在殼體上持續(xù)傳播。如果聲波的頻率和類型不盡相同，那么在溫度不一樣的情況下，通過不同介質(zhì)進(jìn)行傳播時，傳播的速率也會有較大差異?？v波的傳播速度約是橫波的2倍，且隨著頻率的增高，傳播速度也會增加。但是，在礦物油中是個例外，傳播速率反而會在溫度升高的情況下有所降低;在氣體介質(zhì)中的傳播速度往往比在固體介質(zhì)中小得多。同時，聲波在任何介質(zhì)中傳播，其能量都會存在一定程度的衰減。傳播媒介是氣體和液體時，衰減主要是波的擴(kuò)散造成的。傳播媒介是固體時，衰減主要是由于分子之間的碰撞將能量轉(zhuǎn)換成了熱能。通過采集超聲波信號到達(dá)設(shè)備上安裝的各個傳感器上的時間差，結(jié)合聲波在各個介質(zhì)中的傳播速率，能夠定位放電位置所在的平面或者空間，通過對比多個超聲波信號的強度，就能夠計算出放電源的幅值。

結(jié)束語：

隨著社會的進(jìn)步，我國的科技創(chuàng)新事業(yè)得到迅速發(fā)展，GIS設(shè)備廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)、水利工程等領(lǐng)域，但仍處于創(chuàng)新應(yīng)用的探索期。GIS設(shè)備作為我國電網(wǎng)設(shè)備中最常見的設(shè)備之一，其絕緣性故障常常會導(dǎo)致事故的發(fā)生。因此，對目前GIS設(shè)備局部放電診斷中常見的原理進(jìn)行分析十分必要。

參考文獻(xiàn)：

[1]? 李德，郭海.GIS設(shè)備局部放電故障多維度診斷方法研究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用.2019（11）

（作者單位：國網(wǎng)新疆電力有限公司檢修公司）