GIS局部放電在線監(jiān)測(cè)技術(shù)探究

吳建明

摘要：文章基于GIS局部放電原理和常用的局部放電檢測(cè)方法，提出了比較有效的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要技術(shù)，并以實(shí)際案例介紹此系統(tǒng)和關(guān)鍵在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用情況，以供參考。

關(guān)鍵詞：GIS;局部放電;在線監(jiān)測(cè)技術(shù)

一、引言

GIS就是封閉式氣體絕緣組合電器，其最大的特點(diǎn)就是封閉性，在此封閉性的空間中充入SF6氣體來保證其中電氣設(shè)備的絕緣性，其中的絕緣子是環(huán)氧澆注的。在GIS運(yùn)行中其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生非常高的工作場(chǎng)強(qiáng)，因此也就是使得其運(yùn)行中容易出現(xiàn)局部放電問題。這不僅是由于在GIS制造缺陷的問題，而且可能在裝配過程中出現(xiàn)金屬微粒和粉塵進(jìn)入GIS內(nèi)部的問題，此外也會(huì)由于運(yùn)行過程中的誤操作、運(yùn)行環(huán)境差或出現(xiàn)過電壓等原因而造成其局部放電問題。針對(duì)此問題，主要采取在線監(jiān)測(cè)技術(shù)來監(jiān)測(cè)其運(yùn)行狀態(tài)，預(yù)防和控制局部放電問題及其此問題造成的損失。

二、GIS局部放電在線監(jiān)測(cè)原理及方法

（一） GIS局部放電原理

GIS運(yùn)行中影響其運(yùn)行安全性的主要因素就是絕緣故障，此故障會(huì)導(dǎo)致其內(nèi)部SF6氣體的泄漏，同時(shí)也會(huì)對(duì)其中的刀閘和斷路器等造成損害而出現(xiàn)機(jī)械結(jié)構(gòu)性缺陷、絕緣缺陷、設(shè)備裝配連接缺陷等問題。經(jīng)過對(duì)GIS設(shè)備絕緣故障數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)可知，隨著設(shè)備電壓等級(jí)的提升，其故障概率也隨之增加?，F(xiàn)分析GIS局部放電原理如下：由于在GIS設(shè)備的制造過程中不可避免會(huì)出現(xiàn)毛刺問題，這就會(huì)對(duì)后期的運(yùn)輸和裝配造成不同程度的影響，進(jìn)而會(huì)影響其接觸與性能，造成部分部件的松動(dòng)問題，加速設(shè)備運(yùn)行中的老化速度，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引發(fā)GIS內(nèi)部電廠畸變而導(dǎo)致局部放電問題。而由于GIS局部放電問題會(huì)對(duì)絕緣介質(zhì)造成影響，具體地說會(huì)導(dǎo)致GIS絕緣強(qiáng)度的急劇降低而損壞高壓電力設(shè)備絕緣部分。這就需要做好GIS局部放電檢測(cè)工作來掌握設(shè)備內(nèi)部的絕緣狀態(tài)，保證其穩(wěn)定和安全運(yùn)行。

（二）GIS局部放電檢測(cè)方法

GIS設(shè)備局部放電問題會(huì)腐蝕絕緣材料并造成短路問題，甚至?xí)?dǎo)致放電區(qū)域的擴(kuò)大，將絕緣體擊穿。為了避免此問題，不僅需要在GIS設(shè)備出廠時(shí)做好交接試驗(yàn)工作，保證其局部放電水達(dá)標(biāo)，還要做好設(shè)備正常使用過程中的定期檢查試驗(yàn)工作，保證其絕緣狀態(tài)正常。比如常用的檢測(cè)方法有以下幾種：一是超聲波檢測(cè)法?；贕IS設(shè)備出現(xiàn)局部放電問題時(shí)會(huì)發(fā)生分子劇烈碰撞而形成聲波震動(dòng)的原理，采用超聲波檢測(cè)法，主要是利用壓電式加速度計(jì)檢測(cè)儀器來檢測(cè)上述分子劇烈碰撞而形成的球面波。在具體應(yīng)用中，通常使用超聲波探測(cè)頭來檢測(cè)腔體外壁的電信號(hào)。雖然于超聲波在SF6氣體中傳播時(shí)不會(huì)受到外界電磁干擾的影響，但是由于其速度比較慢，只有140m/s，速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于在油中的傳播速度，同時(shí)由于超聲波的高頻段信號(hào)具有較快的衰減速度，設(shè)備運(yùn)行中外界的機(jī)械噪聲干擾比較復(fù)雜，這都會(huì)對(duì)此方法的檢測(cè)靈敏度和準(zhǔn)確性造成影響。正是由于此檢測(cè)方法的上述特點(diǎn)和限制，使得此方法通常在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中應(yīng)用，無法實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)。

二是GIS局部放電檢測(cè)法。針對(duì)超高頻局部放電問題通常采取此種方法進(jìn)行檢測(cè)，這主要是此種方法不僅可以準(zhǔn)確檢測(cè)超高頻電磁波信號(hào)，不會(huì)受到電磁波干擾，便于準(zhǔn)確開展故障定位和識(shí)別，可以應(yīng)用于對(duì)此設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)中，這也是目前比較常用的GIS局部放電在線監(jiān)測(cè)技術(shù)。

三、GIS局部放電在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要技術(shù)

（一）GIS運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)干擾信號(hào)消除技術(shù)

GIS設(shè)備運(yùn)行中不可避免會(huì)存在較多的干擾，在開展GIS局部放電概率的檢測(cè)時(shí)為了保證對(duì)放電類型和嚴(yán)重程度的準(zhǔn)確識(shí)別和判斷，就需要將上述各種類型的干擾進(jìn)行有效排除。這就需要應(yīng)用此干擾信號(hào)消除技術(shù)，保證將各種干擾信號(hào)在進(jìn)入檢測(cè)器診斷系統(tǒng)之前進(jìn)行有效清除，還可以通過消噪處理來提升在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所采集信號(hào)的特征識(shí)別可能性。

比如對(duì)于連續(xù)性周期干擾信號(hào)來說，由于其頻率波動(dòng)范圍處于30～500kHz，為了對(duì)此干擾源進(jìn)行消除，主要采取相應(yīng)的多頻分復(fù)用多爐通訊方式保證多頻率載波信號(hào)在輸電線路上傳輸，實(shí)現(xiàn)對(duì)上述干擾型號(hào)的抑制。或者是通過數(shù)字濾波技術(shù)來消除此種連續(xù)性周期干擾，表現(xiàn)出具有良好消除效果和靈活性的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也可以優(yōu)化設(shè)備的帶寬性能。

但是由于GIS設(shè)備運(yùn)行環(huán)境中的干擾信號(hào)類型比較復(fù)雜，相互之間可能會(huì)出現(xiàn)融合問題而形成聯(lián)合性干擾，針對(duì)此種復(fù)合型的干擾型號(hào)，則需要采取綜合性的抵御方式。比如可以通過應(yīng)用多種在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的方式來抑制上述聯(lián)合性的干擾，通過此種方式還可以在實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)的同時(shí)對(duì)干擾源的方向和干擾類型進(jìn)行判斷，判斷被監(jiān)測(cè)的目標(biāo)信號(hào)和另外一些未能識(shí)別的干擾信號(hào)，表現(xiàn)出良好的抗干擾效果。

（二）GIS設(shè)備局部放電源的定位技術(shù)

針對(duì)GIS設(shè)備出現(xiàn)多處局部放電的問題，需要在應(yīng)用上述在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)時(shí)進(jìn)行多個(gè)傳感器的設(shè)置，同時(shí)收集多個(gè)信號(hào)并對(duì)不同時(shí)間的信號(hào)進(jìn)行對(duì)比可以對(duì)局部放電源的位置進(jìn)行確定。所采用的多點(diǎn)監(jiān)測(cè)定位原理如圖3.1所示。

從圖3.1可以看出，在GIS設(shè)備內(nèi)部出現(xiàn)多處局部放電問題時(shí)，在不同的缺陷點(diǎn)位置通過傳感器對(duì)放電信號(hào)狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，針對(duì)圖中的捕捉信號(hào)時(shí)間差，可以采用以下公式對(duì)傳感器之間的時(shí)間差進(jìn)行計(jì)算。，通過此公式則可以得出GIS設(shè)備中缺陷點(diǎn)的距離傳感器位置為。

四、基于在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的GIS局部放電具體應(yīng)用分析

文章以某110kV變電站為例，針對(duì)其中的GIS設(shè)備采用局部放電在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)其運(yùn)行中的局部放電問題進(jìn)行長期在線監(jiān)測(cè)，在某日此系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)此變電站的2號(hào)線位置發(fā)生了嚴(yán)重的局部放電故障，表現(xiàn)出加快的放電信號(hào)且放電率比較高，經(jīng)過初步診斷，判斷出現(xiàn)故障的位置是浮動(dòng)式電極。結(jié)合此系統(tǒng)中所顯示的局部放電峰值等數(shù)據(jù)可知，此局部放電問題比較嚴(yán)重，同時(shí)也引發(fā)了比較明顯的耦合器幅值密度增加的問題。結(jié)合上述故障現(xiàn)狀，通過此在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用對(duì)設(shè)備異常進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤排查，對(duì)外界信號(hào)干擾和系統(tǒng)誤報(bào)進(jìn)行檢查并確認(rèn)無誤之后，通過DMS局部放電診斷儀器和示波器的應(yīng)用來檢測(cè)其中耦合部分并對(duì)放電源進(jìn)行定位。經(jīng)過上述檢測(cè)可知，放電源位置1號(hào)線路GIS電纜頭位置，然后采取停機(jī)和開蓋檢查的方式，重點(diǎn)對(duì)其中的應(yīng)力錐和絕緣件等部位是否出現(xiàn)空穴和污垢堆積問題進(jìn)行檢查，還采取X射線探傷方法來檢查設(shè)備內(nèi)錐絕緣子，發(fā)現(xiàn)此部位出現(xiàn)較大的裂縫和氣泡。針對(duì)上述問題，采取更換1號(hào)線電纜頭的方式，然后再次進(jìn)行檢測(cè)，沒有發(fā)現(xiàn)異常。由此可以看出，通過此在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備局部放電問題并快速診斷缺陷位置，防止GIS設(shè)備事故的發(fā)生。

五、結(jié)語

GIS設(shè)備是電網(wǎng)系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，但是由于此類設(shè)備在運(yùn)行中容易出現(xiàn)局部放電故障而影響其正常運(yùn)行，這就需要通過在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用來構(gòu)件在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，及時(shí)預(yù)防和維護(hù)GIS設(shè)備，降低或避免局部放電故障。此外還可以實(shí)現(xiàn)局部放電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用操作性的提升，有助于提升變電站安全防護(hù)體系的建設(shè)效率。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張弄韜， 孫傲陽， 彭晶. GIS特高頻局部放電在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試[J]. 云南電力技術(shù)， 2019， 047（002）：105-107.