特高頻帶電檢測(cè)技術(shù)在GIS設(shè)備中的應(yīng)用研究和驗(yàn)證

郭勛

摘要：近年來，GIS設(shè)備在電網(wǎng)設(shè)備中的占比越來越高，其優(yōu)點(diǎn)是內(nèi)部結(jié)構(gòu)集中、整體體積小、配置靈活，而且由于是全封閉結(jié)構(gòu)，受外部環(huán)境因素的影響較小，因此正逐步受到電力用戶的廣泛青睞。然而，與其他設(shè)備一樣，GIS設(shè)備在長時(shí)間運(yùn)行后也會(huì)出現(xiàn)絕緣部件老化、氣室內(nèi)部受潮等安全隱患。一旦出現(xiàn)局部放電就可能導(dǎo)致嚴(yán)重的電網(wǎng)事故和設(shè)備事故，造成惡劣影響。由于GIS設(shè)備運(yùn)行維護(hù)和檢修存在難度大、周期長等問題，因此在試驗(yàn)周期內(nèi)對(duì)運(yùn)行中的GIS設(shè)備做好帶電檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)內(nèi)部放電缺陷對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行維護(hù)顯得極其重要。本文針對(duì)特高頻檢測(cè)技術(shù)展開研究，通過一起GIS設(shè)備局部放電的現(xiàn)場真實(shí)案例，說明并闡述局部放電的缺陷定位、分析、診斷和驗(yàn)證的方法和標(biāo)準(zhǔn)，為其他類似的帶電檢測(cè)工作提供借鑒。

關(guān)鍵詞：特高頻;帶電檢測(cè);特高頻局部放電

1 特高頻帶電檢測(cè)技術(shù)的基本原理

特高頻帶電檢測(cè)技術(shù)的主要檢測(cè)設(shè)備是特高頻傳感器和信號(hào)識(shí)別裝置，檢測(cè)的特高頻電磁波信號(hào)范圍為300 MHz～3 GHz， 在獲得該波段電磁波的相關(guān)信息后，通過特征量的不同實(shí)現(xiàn)局部放電的判斷。設(shè)備在很小范圍內(nèi)出現(xiàn)局部放電時(shí)，將產(chǎn)生上升時(shí)間小于1 ns的脈沖電流，其擊穿過程快并能激發(fā)出數(shù)GHz的電磁波。由于變電站空氣中電暈干擾的電磁波頻段主要集中在300 MHz以下，因此該技術(shù)具有較高的抗干擾能力，能實(shí)現(xiàn)實(shí)際工作中局部放電巡檢、定位及缺陷識(shí)別和診斷。

1.1 特高頻局部放電分類

根據(jù)局部放電信號(hào)的不同類型，特高頻局部放電的典型放電信號(hào)分別為電暈放電、懸浮放電、內(nèi)部氣隙/沿面放電、自由金屬顆粒放電。

（1）電暈放電。

放電信號(hào)通常集中出現(xiàn)在每個(gè)工頻周期的負(fù)半周或正半周，信號(hào)強(qiáng)度不高，相位分布較寬，高頻分量較少;而在沒有出現(xiàn)放電信號(hào)的另一半周期內(nèi)，若電壓等級(jí)較高，也可能存在放電信號(hào)，其幅值較大，相位分布較窄。

（2）懸浮放電。

放電信號(hào)通常在工頻相位的正負(fù)半周期內(nèi)出現(xiàn)，具有一定的對(duì)稱性，幅值大，PRPS 譜具有“內(nèi)外八字”的典型特征。

（3）金屬顆粒放電。

放電特性是放電信號(hào)極性效應(yīng)不明顯，放電信號(hào)可能分布在任意相位，放電次數(shù)少，放電信號(hào)幅值大小不一，放電信號(hào)時(shí)間間隔不統(tǒng)一。如果提高電壓水平，放電信號(hào)幅值增大，時(shí)間間隔有一定的減小。

（4）內(nèi)部氣隙/沿面放電。

放電特性是放電信號(hào)通常出現(xiàn)在工頻相的全周期內(nèi)，并具有一定的對(duì)稱性。放電信號(hào)的幅值存在一定的規(guī)律性，高頻成分較少，放電次數(shù)不多。

1.2 特高頻帶電檢測(cè)定位方法

定位放電源有助于查找缺陷部件，提升工作效率。特高頻定位方法主要包括幅值比較法、時(shí)差定位法、聲電聯(lián)合定位法等。

（1）幅值比較法是根據(jù)放電源附近信號(hào)最強(qiáng)的原理定位放電位置。該方法實(shí)施過程中需安放多個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，通常幅值最大的點(diǎn)即信號(hào)強(qiáng)度最高，由此可判定這類檢測(cè)點(diǎn)最接近放電源。然而，該方法的準(zhǔn)確性會(huì)受到現(xiàn)場檢測(cè)條件的影響，如外界干擾很大、放電信號(hào)很強(qiáng)、同時(shí)存在兩個(gè)及以上的放電源。

（2）時(shí)差定位法是利用放電源最接近的傳感器的時(shí)域信號(hào)最超前的原理定位放電位置。高速示波器可獲取放電信號(hào)的時(shí)域波形，讀取兩個(gè)傳感器檢測(cè)到的信號(hào)波頭時(shí)差，并根據(jù)信號(hào)傳播速度和傳感器之間的物理距離計(jì)算出放電源的位置。

（3）聲電聯(lián)合定位法。由于聲波的傳播速度遠(yuǎn)低于電磁波的傳播速度，因此可將特高頻信號(hào)作為觸發(fā)信號(hào)，利用超聲波作為測(cè)量媒介，通過計(jì)算可大致判斷放電源的位置。特高頻與超聲波兩種檢測(cè)方法具有互補(bǔ)性，使得聲電聯(lián)合定位不僅可避免機(jī)械振動(dòng)的影響，還可防止電氣干擾，實(shí)現(xiàn)放電源定位的準(zhǔn)確性。

2 GIS設(shè)備局部放電實(shí)例分析及驗(yàn)證

某110 kV變電站采用室內(nèi)GIS設(shè)備，母線筒結(jié)構(gòu)為三相共箱式，其盆式絕緣子為非金屬屏蔽結(jié)構(gòu)。

2.1 特高頻帶電檢測(cè)方案的實(shí)施

（1）特高頻和超聲波巡檢。

對(duì)該GIS設(shè)備進(jìn)行特高頻和超聲波巡檢時(shí)，發(fā)現(xiàn)其1150間隔存在異常特高頻信號(hào)，但未檢測(cè)出異常超聲波信號(hào)。由此可看出，該放電信號(hào)出現(xiàn)在工頻周期的正、負(fù)半周，具有一定的對(duì)稱性，其中放電信號(hào)幅值較分散，放電次數(shù)較少，且脈沖主要集中在一、三象限。通過排除外界干擾，可知該信號(hào)來自設(shè)備內(nèi)部。

（2）幅值定位分析。

通過特高頻信號(hào)普測(cè)，發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)離母線氣室的盆式絕緣子特高頻信號(hào)幅值逐漸衰減。根據(jù)該GIS的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，通過檢測(cè)母線側(cè)三相上、下兩組盆式絕緣子的特高頻信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)缺陷的幅值定位。由表1可看出，A相下部測(cè)點(diǎn)的信號(hào)幅值最大，為-55 dBm， 因此該局部放電缺陷最大概率來自1150間隔A相母線氣室的下部。

（3）時(shí)差定位分析。

將特高頻傳感器分別置于1150間隔母線氣室的3個(gè)盆式絕緣子處，其中檢測(cè)點(diǎn)1、2、3分別對(duì)應(yīng)3個(gè)盆式絕緣子的A、B、C三相。

其中，檢測(cè)點(diǎn)1和3處的放電信號(hào)初始波峰相差4.5 ns， 且檢測(cè)點(diǎn)1先于檢測(cè)點(diǎn)3。而檢測(cè)點(diǎn)1和2處放電信號(hào)的起始和初始波峰幾乎同時(shí)到達(dá)，僅相差0.1 ns。由此可初步判斷檢測(cè)點(diǎn)1、2的中間位置為放電點(diǎn)，即A、B兩相氣室之間。

根據(jù)3個(gè)檢測(cè)點(diǎn)之間的時(shí)差和距離計(jì)算出放電源與A相傳感相距87.5 cm， 即放電源位于A相母線氣室下部。由此可判斷為A相母線的支撐絕緣子存在局部放電缺陷。

2.2 特高頻帶電檢測(cè)方案的驗(yàn)證

為及時(shí)消除該局部放電缺陷可能導(dǎo)致的隱患，對(duì)該110 kV間隔進(jìn)行了解體處理。

3 結(jié)語

本文利用變電站真實(shí)案例，驗(yàn)證了特高頻帶電檢測(cè)技術(shù)能有效發(fā)現(xiàn)GIS設(shè)備內(nèi)部的局部放電缺陷，即通過特高頻和超聲波帶電檢測(cè)巡檢發(fā)現(xiàn)異常信號(hào)，根據(jù)其PRPS和PRPD圖譜判斷放電類型，利用幅值比較法、時(shí)差定位法等方法定位放電源，并結(jié)合GIS設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖、X光成像等手段驗(yàn)證了特高頻帶電檢測(cè)技術(shù)的實(shí)用效果，證明了該檢測(cè)技術(shù)能保證對(duì)GIS設(shè)備缺陷的精確分析和判斷，有利于及時(shí)消除設(shè)備隱患，提高設(shè)備運(yùn)行的安全性和可靠性。

參考文獻(xiàn)

[1]左亞芳.GIS設(shè)備運(yùn)行維護(hù)及故障處理[M].北京：中國電力出版社，2013.