GIS在線監(jiān)測系統(tǒng)分析探究

吳建明

摘要：GIS設(shè)備對于電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性至關(guān)重要，介紹了GIS設(shè)備的局部放電檢測方法進行介紹，并簡要說明在線監(jiān)測系統(tǒng)的整個工作步驟和工作原理，利用實際的案例對在線監(jiān)測系統(tǒng)的有效性進行了驗證，結(jié)果表明在線監(jiān)測系統(tǒng)可以有效達到預期要求。

關(guān)鍵詞：在線監(jiān)測;GIS;局部放電

一、引言

氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備（GIS）對于電力系統(tǒng)的作用十分重要，如果GIS在運行中出現(xiàn)故障，可能會引發(fā)比較嚴重的問題，甚至會引發(fā)大面積的停電情況。按照GIS的結(jié)構(gòu)分析，其可以分為隔離開關(guān)、隔離器、接地系統(tǒng)、互感器和避雷系統(tǒng)等組成，GIS從其制造、運輸、安裝及使用過程中均存在一些風險，影響著電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

二、GIS局放AE/UHF在線監(jiān)測原理

局部放電過程是一個相對復雜的物理過程，在此過程中還伴隨著電荷的轉(zhuǎn)移和電能的損耗，同時還伴隨著產(chǎn)生電磁輻射、光、熱等能量。在絕緣中如果存在氣泡，高頻電壓施加在絕緣體的兩端，如果作用在氣泡上的電壓低于其擊穿電壓，此時氣泡上的壓力隨著外加電壓的變化而變化，如果氣泡上的電壓高于擊穿電壓，氣泡則會發(fā)生放電，放電過程中使得中性氣體分子發(fā)生電離，產(chǎn)生大量的帶有相反電荷的氣體分子，并在外加電壓的作用下發(fā)生相對移動，遷移到氣泡壁上，形成與外加電場相反方向的內(nèi)部電壓，此時的電壓則是內(nèi)部電壓和外部施加電壓的疊加結(jié)果，當氣泡上的實際電壓低于其擊穿電壓時，此時放電暫停，氣泡上的電壓隨著外加電壓的升高而升高，直至增加至擊穿電壓時，此時則會發(fā)生第二次放電過程，周而復始，則會出現(xiàn)多次放電。局部放電的監(jiān)測方法主要由AE法和UHF法。

UHF法即特高頻檢測方法，在進行局部放電檢測過程中，會伴隨產(chǎn)生高頻電波現(xiàn)象。特高頻檢測技術(shù)就是通過檢測局部放電過程中產(chǎn)生的高頻電波信號，對設(shè)備內(nèi)部的缺陷進行檢測。超聲波的測試聲波頻率處于300-3000MHz區(qū)間。利用特高頻檢測手段進行局部缺陷的定位檢測，近幾年應(yīng)用比較廣泛，該方法的優(yōu)點是敏感度高、對低頻電暈的干擾屏蔽效果好，能夠有效的識別缺陷的類型和位置，該技術(shù)在應(yīng)用過程中容易受到環(huán)境中的相同頻率的電波影響。采用該方法進行缺陷檢測不能準確做到量化描述。

AE法即超聲波檢測方法，在進行局部放電檢測過程中，會伴隨產(chǎn)生聲波發(fā)射現(xiàn)象。超聲波檢測技術(shù)就是通過檢測局部放電過程中產(chǎn)生的超聲波信號，對設(shè)備內(nèi)部的缺陷進行檢測。超聲波的測試聲波頻率處于20-200KHz區(qū)間。利用超聲波檢測技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢，可以對電磁干擾造成的干擾進行屏蔽、具有定位準和操作簡便的特點。因為超聲波在設(shè)備的內(nèi)部的產(chǎn)生和傳遞比較復雜，存在超聲波的反射和折射作用，會隨著折射和反射的進行，超聲波的能量會出現(xiàn)衰減，對測試結(jié)果造成影響。因此，利用超聲波檢測對于前期缺陷比較嚴重的設(shè)備進行檢測具有可行性，而對于缺陷比較少的設(shè)備進行檢測時，可能會出現(xiàn)檢測結(jié)果不準的情況出現(xiàn)。

根據(jù)AE法和UHF法的優(yōu)劣勢，形成了一種聯(lián)合檢測方法，即結(jié)合AE法和UHF法的各自優(yōu)勢，采用超聲波檢測和特高頻檢測手段對GIS運行狀態(tài)進行確認，對其整體設(shè)備情況的具體情況進行檢測，是具有重要可行性。兩種方式均可在不影響GIS設(shè)備運轉(zhuǎn)的前提下完成對設(shè)備的檢測。兩種檢測手段各有優(yōu)劣勢，超聲波檢測方法可以比較精準地定位缺陷發(fā)生的部位，而特高頻檢測手段抗干擾能力較強，對設(shè)備內(nèi)部的缺陷更加敏感，充分利用超聲波檢測和特高頻檢測的優(yōu)勢進行聯(lián)合檢測，可以更好地確認和保證GIS設(shè)備安全運轉(zhuǎn)。此方法的具體操作方式如下：

首先利用超聲波檢測進行初始判斷檢測，通過對得到的幅值圖譜進行觀察判斷，是否存在異常。如果發(fā)現(xiàn)異常對相位和飛行圖譜進行對比分析，定位缺陷的位置。

GIS設(shè)備內(nèi)容易出現(xiàn)缺陷的部位防止特高頻傳感器，該部位包括接地端子、出線端、絕緣盆子及澆注孔。通過對該部位檢測的圖譜與局部放電圖譜進行比較判斷，確定該部位是否存在放電及具體放電類型，如果檢測到存在局部放電，根據(jù)檢測結(jié)果判斷缺陷發(fā)生部位。

進行檢測時，如果檢測到同時存在電和聲信號，通過比較這兩者的放電圖譜，即可判斷放電類型，然后對比幅值利用超聲波方式確定缺陷發(fā)生部位，也可采用聲電聯(lián)合檢測手段對缺陷部位進行定位。

檢測時，如果只檢測到超聲波信號而沒有特高頻信號，需要對使用分析對比幅值判斷信號發(fā)生的最強位置，判斷分析該信號是否為設(shè)備的振動或機械元件松動造成的振動。

三、系統(tǒng)采集處理單元及后臺監(jiān)測軟件系統(tǒng)

整個系統(tǒng)主要由傳感器、數(shù)據(jù)處理通訊單元，后臺監(jiān)測系統(tǒng)三個部分組成，傳感器將對監(jiān)測設(shè)備進行數(shù)據(jù)測量，將測量數(shù)據(jù)信息傳送到數(shù)據(jù)處理單元中，進而進行集中處理分析，將信息進行顯示或進行相應(yīng)的警示，并在后臺機上進行全面的監(jiān)視和分析。

整個系統(tǒng)的監(jiān)測原理利用聯(lián)合方法，具體的工作步驟如下：

1）使用超聲波法進行普測，通過對幅值圖譜的觀察判斷是否存在異常，若存在異?？赏ㄟ^相位圖譜及飛行圖譜進行進一步分析判斷并通過幅值比較的方法進行定位。

2）在 GIS 的非金屬屏蔽絕緣盆子、金屬屏蔽絕緣盆子的澆注孔、觀察窗、GIS電纜終端、接地端子、電纜出線端等位置放置特高頻傳感器，通過對PRPS 圖譜與典型放電圖譜的比較，判斷是否存在放電以及確定放電的類型。若存在放電可根據(jù)放電類型選擇相應(yīng)方法進行缺陷定位。

3）如果同時測到了電信號和聲信號，可以比較兩者的放電圖譜，判斷出是否為同一放電源的信號并確定放電類型;之后可以用幅值比較的方式用超聲波 法找到放電的位置。在檢測設(shè)備功能允許的情況下，可采用聲電聯(lián)合定位的方法找到放電位置。

4）如果只測到了特高頻信號而沒有超聲波信號，則應(yīng)通過改變特高頻傳感器的位置擺放和傳感器的方向性及信號的頻率分布排除外部干擾，并通過與典型放電圖譜的比較確定放電類型，此時應(yīng)重點考慮是否放電為絕緣內(nèi)部放電。之后在附近能放置特高頻傳感器的位置擺放傳感器，通過定位儀器比較各傳感器接收信號的觸發(fā)沿，大致定出放電點

5）如果只測到了超聲波信號而沒有特高頻信號，則使用幅值比較法找到超聲波信號最大的位置。通過具體的位置及設(shè)備結(jié)構(gòu)的分析判斷是否為設(shè)備的振動或是設(shè)備內(nèi)部元件松動導致的機械振動

四、GIS在線監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用實例分析

2019年8月，在對某220 kV變電站GIS設(shè)備進行特高頻局放帶電檢測至220 kV合正甲線2751A相電壓互感器氣室時，在母線電壓互感器氣室隔離盆式絕緣子檢測到放電信號，特高頻信號幅值約51 dB，超聲波局放檢測未檢測到異常信號，經(jīng)定位分析，判斷放電類型為氣隔盆式絕緣子內(nèi)部氣隙放電，放電位置處于母線電壓互感器氣室隔離盆式絕緣子

五、結(jié)語

對于運行中的GIS而言，超聲波檢測技術(shù)和特高頻檢測技術(shù)無疑是最理想的檢測方法，兩者都可以實現(xiàn)帶電檢測，其檢測方法都比較簡便實用，且不必改 變設(shè)備的運行方式。比較兩者的優(yōu)缺點可以發(fā)現(xiàn)，特高頻法抗干擾能力強，對電信號比較敏感且較超聲波法而言對絕緣內(nèi)部缺陷更敏感。

參考文獻：

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