帶電檢測(cè)技術(shù)在GIS缺陷檢測(cè)中的應(yīng)用

劉俊

摘要：當(dāng)前電力行業(yè)正處于快速發(fā)展階段，為了更好地保障電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性與穩(wěn)定性，對(duì)電力設(shè)備安全性的要求也越來(lái)越高。GIS（SF6作為絕緣介質(zhì)的氣體絕緣金屬封閉式開(kāi)關(guān)設(shè)備），將變電站中除了變壓器之外的電氣設(shè)備進(jìn)行一體化融合，和常規(guī)的變電站相比結(jié)構(gòu)更緊湊，占地面積小，同時(shí)也減輕了對(duì)外界環(huán)境的負(fù)面影響，可實(shí)現(xiàn)更高性能、更長(zhǎng)檢修周期以及更高經(jīng)濟(jì)效益的運(yùn)行。對(duì)于GIS設(shè)備，安全性檢測(cè)至關(guān)重要。

關(guān)鍵詞：GIS;設(shè)備缺陷;帶電檢測(cè)技術(shù)

一、GIS設(shè)備

GIS是將以往變電站中除了變壓器以外的設(shè)備，如隔離開(kāi)關(guān)、接地開(kāi)關(guān)、斷路器、電流互感器、電壓互感器、避雷器、母線以及出線套管等全部封裝到接地的金屬外殼當(dāng)中，殼內(nèi)主要以0.3～0.4MPa的SF6氣體作為絕緣與滅弧的介質(zhì)，GIS在城市電網(wǎng)中的應(yīng)用比較廣泛，目前國(guó)外建設(shè)的GIS與常規(guī)變電站之比約為1∶6。GIS的安全運(yùn)行對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性有著決定性影響，發(fā)生任何故障都有可能導(dǎo)致局部甚至整個(gè)地區(qū)停電。GIS為大型封閉性結(jié)構(gòu)，停電檢修不僅需要投入大量的人力資源、物力資源，還需要較高的維修成本與較長(zhǎng)的維修時(shí)間。因此，在GIS發(fā)生故障之前準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部的缺陷并及時(shí)處理非常重要。當(dāng)前對(duì)于GIS的檢測(cè)與試驗(yàn)方式非常多，例如出廠之前的檢驗(yàn)、安裝之后的試驗(yàn)以及運(yùn)行之后的檢驗(yàn)、氣體實(shí)驗(yàn)等。GIS投入運(yùn)行之前的檢驗(yàn)方式比較成熟，但是投入使用之后的檢驗(yàn)技術(shù)并不成熟，仍然存在改進(jìn)空間。缺陷屬于GIS內(nèi)部絕緣遭受損害的主要預(yù)先性因素，發(fā)生的原因主要有：澆筑的絕緣內(nèi)部存在雜質(zhì)或空洞;絕緣表面或金屬表面存在突起或尖端;安裝不規(guī)范或開(kāi)關(guān)分合效果較差導(dǎo)致顆粒狀或絲狀的金屬微粒存在，附著在絕緣表面，金屬微粒在電力影響下不斷跳躍從而造成缺陷;金屬屏蔽的固定位置接觸不良;觸頭接觸不良導(dǎo)致缺陷。缺陷對(duì)于GIS設(shè)備而言屬于高度危險(xiǎn)因素，一旦發(fā)生輕微的放電，如果不及時(shí)排查問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的絕緣問(wèn)題，從而引發(fā)嚴(yán)重后果。因此，GIS設(shè)備缺陷帶電檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用非常重要。

二、GIS設(shè)備缺陷帶電檢測(cè)技術(shù)

帶電檢測(cè)技術(shù)可以在不停電的情況下實(shí)現(xiàn)對(duì)GIS設(shè)備的檢測(cè)，并可對(duì)缺陷精確定位，在明確損壞程度的同時(shí)，及時(shí)發(fā)出預(yù)警，幫助工作人員及時(shí)進(jìn)行檢修，以維持電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。帶電檢測(cè)技術(shù)的種類很多，可根據(jù)不同的缺陷選擇，針對(duì)性地進(jìn)行精準(zhǔn)定位。GIS具有占地面積小、設(shè)備配置靈活、維修度相對(duì)較低以及安全性較高等優(yōu)勢(shì)。但是安裝期間或使用過(guò)程中可能會(huì)存在的一定缺陷或出現(xiàn)氣體介質(zhì)泄漏問(wèn)題，導(dǎo)致絕緣強(qiáng)度下降，從而造成安全事故。GIS設(shè)備缺陷，會(huì)在外殼形成一定的電流，從而使接地線上存在高頻放電脈沖。局部放電還會(huì)導(dǎo)致氣體壓力快速上升，在GIS設(shè)備中形成縱波與超聲波。從近年來(lái)國(guó)內(nèi)外的研究來(lái)看，GIS設(shè)備的缺陷檢測(cè)主要有以下幾種方式。

2.1化學(xué)法

在GIS設(shè)備中，在電弧放電影響下，部分SF6氣體會(huì)出現(xiàn)分解現(xiàn)象，主要的降解物是SOF2與SO2F2。根據(jù)這兩種分解物的濃度差異，可以直接準(zhǔn)確地判斷GSI設(shè)備內(nèi)部是否放電以及嚴(yán)重程度。這種方法的優(yōu)勢(shì)在于檢測(cè)結(jié)果不會(huì)受外界電磁影響。雖然化學(xué)法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)局部放電情況的檢測(cè)，但也存在一定的不足之處，例如短脈沖放電無(wú)法形成足夠的分解物，導(dǎo)致判斷結(jié)果不準(zhǔn)確，SF6氣體泄漏會(huì)影響檢測(cè)的結(jié)果。

2.2超聲波法

GIS設(shè)備內(nèi)部缺陷會(huì)造成一定的聲波，主要是橫波、縱波及表面波。在腔體外壁傳播的聲波除了縱波外，還包括橫波，利用超聲波傳感器接收缺陷所形成的振動(dòng)信號(hào)，也可實(shí)現(xiàn)對(duì)GIS設(shè)備內(nèi)部缺陷的檢測(cè)，因?yàn)槿毕莸穆暡ㄅc金屬撞擊會(huì)呈現(xiàn)出不同的機(jī)械頻率。超聲波法的優(yōu)勢(shì)是檢測(cè)結(jié)果不會(huì)受電氣因素的影響，但是不足之處在于現(xiàn)場(chǎng)存在許多其他聲源，檢測(cè)精度可靠性比較低。

2.3紅外成像檢測(cè)技術(shù)

任何物體因?yàn)樽陨淼姆肿舆\(yùn)動(dòng)表現(xiàn)，會(huì)持續(xù)性地向外界輻射紅外熱能，在物體表面會(huì)形成帶有一定溫度的場(chǎng)環(huán)境，即熱像。紅外檢測(cè)技術(shù)的原理是對(duì)設(shè)備表面的紅外輻射能量進(jìn)行檢測(cè)分析，以實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備故障的判斷，并可以準(zhǔn)確判斷出哪一個(gè)設(shè)備發(fā)生了故障。

2.4特高頻檢測(cè)法

GIS設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中內(nèi)部充滿高壓SF6氣體，其絕緣強(qiáng)度與擊穿強(qiáng)度都比較高，在缺陷存在小范圍內(nèi)時(shí)，氣體擊穿的過(guò)程會(huì)相當(dāng)快，從而形成比較陡的脈沖電流。在對(duì)信號(hào)頻譜進(jìn)行分析時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)頻率可以高達(dá)吉赫茲級(jí)，同時(shí)脈沖會(huì)向四周輻射出特高頻率的電磁波，通過(guò)GIS設(shè)備腔體結(jié)構(gòu)同軸結(jié)構(gòu)進(jìn)行傳播，利用同軸波導(dǎo)原理可以實(shí)現(xiàn)特高頻信號(hào)的檢測(cè)。GIS設(shè)備中波導(dǎo)壁屬于非理想性的導(dǎo)體，電磁波在GIS設(shè)備傳播過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)功率衰減，電磁波的振幅會(huì)隨著傳播方向逐漸減小，從而形成波的衰減。此衰減量相對(duì)于信號(hào)在絕緣子位置因反射所導(dǎo)致的能量損耗更低，有研究發(fā)現(xiàn)，1GHz電磁波在直徑0.5m的GIS設(shè)備中傳播衰竭只有5db/km，所以在波導(dǎo)理論中可以不考慮衰減問(wèn)題。

GIS特高頻檢測(cè)中主要存在以下干擾形式：移動(dòng)通信和雷達(dá)等無(wú)線電;變電站架空線上尖端放電;變電站高電壓環(huán)境中存在的浮電位體放電;照明、風(fēng)機(jī)等電氣設(shè)備中存在的電氣接觸不良產(chǎn)生的放電;開(kāi)關(guān)操作產(chǎn)生的短時(shí)放電。干擾的抑制方法主要有：濾波，對(duì)于變電站中常見(jiàn)的電暈放電干擾（主要是200MHz以下頻段）和移動(dòng)通信等確定頻段的干擾信號(hào)，可以通過(guò)濾波的方法進(jìn)行有效制;屏蔽，干擾信號(hào)主要來(lái)自于GIS外部，對(duì)盤(pán)式絕緣子法蘭進(jìn)行屏蔽可減輕對(duì)內(nèi)置傳感器的干擾，對(duì)于外置式傳感器也需要增加盆式絕緣子非耦合區(qū)域的屏蔽，以減小外部干擾的影響。

實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，特高頻檢測(cè)具有檢測(cè)靈敏高和抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)，適用于發(fā)電廠和變電站現(xiàn)場(chǎng)條件下的GIS局部放電測(cè)量。在幾種GIS設(shè)備缺陷帶電檢測(cè)技術(shù)中，特高頻檢測(cè)方式優(yōu)勢(shì)突出，但也存在一定的缺陷和技術(shù)性問(wèn)題：國(guó)外常會(huì)在GIS出廠之前將特高頻傳感器放置在設(shè)備內(nèi)部，檢測(cè)效果比較理想，可以應(yīng)用在長(zhǎng)期檢測(cè)項(xiàng)目中，但國(guó)內(nèi)大多數(shù)廠家都不具備此條件，一般會(huì)將特高頻傳感器放在盆式絕緣子上進(jìn)行缺陷檢測(cè)，在不具備良好屏蔽措施的條件下，檢測(cè)結(jié)果會(huì)受到外界影響，同時(shí)也不利于長(zhǎng)期性、固定性的檢測(cè);缺陷存在的位置不同，放電類型和放電量也存在差異，是否可以通過(guò)特高頻方式實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)部放電形式的準(zhǔn)確判斷是關(guān)鍵的問(wèn)題;有許多研究發(fā)現(xiàn)，特高頻方式當(dāng)前并不能明確GIS設(shè)備內(nèi)部的放電量情況，而放電量是設(shè)備絕緣損壞程度是否嚴(yán)重的主要標(biāo)準(zhǔn)，該問(wèn)題有待解決。

三、結(jié)語(yǔ)

在GIS設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，必須高度重視帶電檢測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用，及時(shí)識(shí)別放電類型以及可能導(dǎo)致的故障問(wèn)題，準(zhǔn)確判斷故障部位，以及時(shí)進(jìn)行預(yù)防，從而提高GIS設(shè)備的可靠性。

參考文獻(xiàn)：

[1]許煥清，馬君鵬，王成亮，等.GIS設(shè)備典型缺陷的X射線數(shù)字成像檢測(cè)技術(shù)[J].電網(wǎng)技術(shù)，2017，21（5）：368-373.

[2]牛勃，馬飛越，丁培，等.臭氧濃度檢測(cè)技術(shù)在開(kāi)關(guān)柜局部放電檢測(cè)中的應(yīng)用[J].絕緣材料，2018，15（8）：69-74.

[3]董明.GIS設(shè)備存在的缺陷和檢測(cè)技術(shù)研究[J].自動(dòng)化與儀器儀表，2017，31（6）：51-53.

[4]邵先軍，何文林，劉浩軍，等.基于數(shù)值仿真與多源聚類的GIS局部放電診斷與回歸分析[J].高電壓技術(shù)，2017，21（10）：30-39.