GIS設(shè)備局部放電檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用研究

周佺　賀子翔

摘 要：在我國(guó)現(xiàn)代的電力系統(tǒng)配電網(wǎng)中，開(kāi)關(guān)柜往往發(fā)揮著不可替代的重要作用。在開(kāi)關(guān)柜中通常會(huì)配備多種類型的一次設(shè)備，例如電流互感器、電纜終端等。但這類設(shè)備在持續(xù)運(yùn)行中，極易出現(xiàn)絕緣性能問(wèn)題，導(dǎo)致絕緣事故，影響其安全性和標(biāo)準(zhǔn)化。目前，氣體絕緣開(kāi)關(guān)設(shè)備（GIS）的放電檢測(cè)主要采用無(wú)創(chuàng)模式，但存在一些不足，例如檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性不高，時(shí)常會(huì)出現(xiàn)檢測(cè)誤差的問(wèn)題，造成該問(wèn)題的主要原因是變電站在持續(xù)運(yùn)行中會(huì)受到諸多因素的影響和干擾。為避免出現(xiàn)該問(wèn)題，相關(guān)工作人員要全面優(yōu)化GIS設(shè)備的檢測(cè)技術(shù)，采用恰當(dāng)合理的抗干擾措施，不斷提高檢測(cè)工作效率以及檢測(cè)結(jié)果的精準(zhǔn)性。

關(guān)鍵詞：GIS設(shè)備;局部放電;檢測(cè)技術(shù);應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1064（2022）03--03

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2022.03.075

1 GIS開(kāi)關(guān)柜常用局部放電檢測(cè)方法及優(yōu)缺點(diǎn)

GIS開(kāi)關(guān)柜采用全封閉結(jié)構(gòu)，檢測(cè)手段較為單一，檢測(cè)效果不理想。目前，GIS開(kāi)關(guān)柜常采用的檢測(cè)手段為局部放電檢測(cè)，常規(guī)方法主要有特高頻法、高頻法、超聲波法等?；贕IS開(kāi)關(guān)柜全封閉的特點(diǎn)，常規(guī)局部放電檢測(cè)方法一是與主導(dǎo)電回路無(wú)法形成直接的電氣聯(lián)系，二是在鐵路復(fù)雜的運(yùn)行工況下干擾較大，影響檢測(cè)結(jié)果，存在較大局限性[1]。

特高頻法靈敏度高、抗干擾性較強(qiáng)，設(shè)備要預(yù)留專用檢測(cè)“窗口”，GIS開(kāi)關(guān)柜采用金屬封閉式結(jié)構(gòu)，特高頻法檢測(cè)難以實(shí)現(xiàn)。

瞬態(tài)接地電壓法是通過(guò)檢測(cè)由放電輻射的電磁波在金屬柜表面和地面之間形成的瞬態(tài)接地電壓實(shí)現(xiàn)的。GIS開(kāi)關(guān)設(shè)備具有良好的接地特性，對(duì)地暫態(tài)電壓持續(xù)時(shí)間短，不易檢測(cè)。

超聲波法廣泛應(yīng)用于空氣絕緣開(kāi)關(guān)設(shè)備?？諝饨^緣開(kāi)關(guān)柜不密封，信號(hào)可以通過(guò)間隙傳輸?shù)酵獠浚珿IS開(kāi)關(guān)柜的金屬封閉結(jié)構(gòu)會(huì)影響信號(hào)傳輸。

2 GIS設(shè)備局部放電檢測(cè)技術(shù)

2.1 紫外線檢測(cè)技術(shù)

在外周局部放電過(guò)程中，擊穿因子會(huì)導(dǎo)致放電并使周圍氣體電離。放電頻率與光波類型有關(guān)，電離后還會(huì)產(chǎn)生氮離子，光譜會(huì)下降到紫外波段，可以充分利用紫外線的特殊強(qiáng)度觀察介質(zhì)的疊加位置，也可以透過(guò)介質(zhì)看到紫外線。一般來(lái)說(shuō)，紫外線檢測(cè)技術(shù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)具有輔助作用，能夠更好地發(fā)現(xiàn)局部放電信號(hào)。

2.2 超聲波檢測(cè)技術(shù)

GIS設(shè)備局部放電檢測(cè)中，超聲波傳感設(shè)備會(huì)釋放超聲波，收集并分析信號(hào)附帶的各類信息，獲取檢測(cè)結(jié)果。采用該種檢測(cè)策略，技術(shù)人員無(wú)需接觸電網(wǎng)系統(tǒng)便可確定具體放電位置，可以準(zhǔn)確探測(cè)局部位置的放電量大小。檢測(cè)工作中，相關(guān)工作人員要將超聲波信號(hào)頻率控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。檢測(cè)工作期間，超聲波信號(hào)往往不受電磁干擾，這類信號(hào)屬于機(jī)械波，技術(shù)人員可借助時(shí)差法等確定具體放電位置[2]。

2.3 脈沖電流檢測(cè)技術(shù)

目前，在我國(guó)的電網(wǎng)系統(tǒng)GIS設(shè)備檢測(cè)工作中，脈沖電流檢測(cè)法是一種較為常見(jiàn)、應(yīng)用較為頻繁的檢測(cè)手段，世界各國(guó)都已逐步制定了較為完善的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。應(yīng)用該項(xiàng)檢測(cè)技術(shù)時(shí)，相關(guān)技術(shù)人員會(huì)預(yù)先為GIS設(shè)備加壓，如果出現(xiàn)放電，那么設(shè)備兩端的電壓會(huì)同步發(fā)生變化。在此過(guò)程中，電網(wǎng)的阻抗將被耦合以在電路中產(chǎn)生電流。最后，在持續(xù)收集以及放大阻抗上的電流，便能檢測(cè)設(shè)備的基本放電狀況[3]。

檢測(cè)工作中，脈沖電流檢測(cè)技術(shù)通常有兩種方法。第一，直接采用測(cè)量法在運(yùn)行中難免受到不同情況的干擾，圖像檢測(cè)結(jié)果在較為復(fù)雜的施工環(huán)境中，還會(huì)產(chǎn)生更加復(fù)雜的干擾問(wèn)題。第二，施工工作中，平衡法應(yīng)用較為廣泛，該種方法具備抵抗外界不良因素干擾的優(yōu)勢(shì)，提高檢測(cè)結(jié)果的精準(zhǔn)度。

2.4 超高頻局部放電定位技術(shù)

在局部放電檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)特殊信號(hào)后，要先判斷信號(hào)源，在后續(xù)檢測(cè)前消除非外部干擾，比較檢測(cè)到的頻譜與典型干擾信號(hào)的頻譜?？梢酝ㄟ^(guò)濾波、屏蔽帶等方法監(jiān)測(cè)特殊信號(hào)，監(jiān)測(cè)GIS中是否存在異常放電。如果在GIS盆式絕緣子中發(fā)現(xiàn)UHF異常信號(hào)，應(yīng)使用傳感器進(jìn)行外部檢測(cè)。如果檢測(cè)到的信號(hào)頻譜與噴涂絕緣子的信號(hào)頻譜一致，且信號(hào)源強(qiáng)，則表明是外部干擾。

超高頻定位技術(shù)的應(yīng)用有很多技術(shù)方法。常用方法有振幅比較法、時(shí)差法和平分線法。

振幅比較法是指在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)中如果發(fā)現(xiàn)多個(gè)UHF局部放電信號(hào)，且信號(hào)最強(qiáng)的位置距離輻射源最近，雖然振幅比較法具有最準(zhǔn)確的檢測(cè)結(jié)果，但它也受到許多限制。如果檢測(cè)到的信號(hào)特別強(qiáng)，信號(hào)強(qiáng)度在小范圍內(nèi)沒(méi)有顯著變化，則會(huì)增加定位難度[4]。來(lái)自當(dāng)?shù)剌椛湓吹碾姶挪ㄐ盘?hào)很快，可以與光速相比。不同傳感器的同聲傳譯可以在不同的時(shí)間和距離進(jìn)行。輻射源的測(cè)量可以在超高頻電磁波到達(dá)的時(shí)間和方向上進(jìn)行，或者通過(guò)信號(hào)與氣室兩側(cè)傳感器之間的時(shí)間差確定傳感器之間的距離和位置，然后定位缺陷。

傳感器放置在靠近GIS的兩個(gè)檢測(cè)點(diǎn)上，根據(jù)信號(hào)的時(shí)差，通過(guò)公式計(jì)算確定輻射源位置。將局部放電源與前傳感器之間的距離設(shè)為X，傳感器之間的距離設(shè)為l，電磁波速設(shè)為C，傳感器時(shí)域信號(hào)起始邊緣的時(shí)差設(shè)為Δt。計(jì)算公式為X=1/2（l-CΔt）。

平分線定位法主要用于消除外部干擾，當(dāng)信號(hào)內(nèi)部和外部沒(méi)有明顯差異且信號(hào)很強(qiáng)時(shí)，確定局部輻射源的位置。

2.5 綜合檢測(cè)法的應(yīng)用

綜合檢測(cè)技術(shù)是將多種不同檢測(cè)方法有機(jī)融合，在相互配合、相互協(xié)調(diào)的檢測(cè)中，提高檢測(cè)效率及檢測(cè)結(jié)果的精準(zhǔn)性。

首先，使用UHF檢測(cè)技術(shù)從開(kāi)關(guān)設(shè)備室進(jìn)行初始檢測(cè)，如果發(fā)現(xiàn)異常信號(hào)，可通過(guò)電磁波信號(hào)確定檢測(cè)方向，并通過(guò)振幅檢測(cè)方法確定信號(hào)源的位置。

其次，技術(shù)人員采用瞬態(tài)檢測(cè)技術(shù)，GIS設(shè)備局部放電檢測(cè)會(huì)從開(kāi)關(guān)柜過(guò)濾放電信號(hào)和信息，對(duì)比和分析異常數(shù)據(jù)信息，發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)放電的本地電源，再運(yùn)用超高頻時(shí)差法，準(zhǔn)確定位開(kāi)關(guān)柜周圍的信號(hào)，掌握異常信號(hào)源的具體位置。除此之外，相關(guān)工作人員要借助超聲波檢測(cè)技術(shù)，對(duì)開(kāi)關(guān)柜的孔洞以及周圍縫隙進(jìn)行放電檢測(cè)，如果發(fā)現(xiàn)異常信號(hào)立即對(duì)比分析，找出強(qiáng)信號(hào)源，判斷信號(hào)為不對(duì)稱懸掛方向[5]。

最后，利用紫外檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)開(kāi)關(guān)柜的中間位置，并通過(guò)色譜比較找到可能的放電位置。

2.6 停電后放電部件的檢測(cè)和應(yīng)用

GIS設(shè)備局部放電檢測(cè)中，關(guān)閉每個(gè)小房間的開(kāi)關(guān)柜，檢測(cè)異常開(kāi)關(guān)柜。可以發(fā)現(xiàn)，母線引下線輕微受潮，容易影響設(shè)備的絕緣。通過(guò)壁套管在設(shè)備連接處有輕微放電并標(biāo)記，然后采用綜合檢測(cè)技術(shù)，通過(guò)多種不同檢測(cè)技術(shù)的組合，確定并驗(yàn)證局部放電的位置。

3 局部放電智能預(yù)警技術(shù)研究

3.1 基于狀態(tài)突變檢測(cè)的局部放電嚴(yán)重性評(píng)估技術(shù)研究

根據(jù)缺陷模擬系統(tǒng)模擬局部放電特性。在加壓過(guò)程中，收集和分析從缺陷放電到擊穿的局部放電信號(hào)，放電次數(shù)N，計(jì)算了超高頻局部放電信號(hào)從加壓到樣品擊穿全過(guò)程中放電幅度的平均值uave和放電幅度的標(biāo)準(zhǔn)差σ（5）和放電幅度熵en（V）。通過(guò)施加不同的交流電壓，進(jìn)行了20組有效試驗(yàn)。結(jié)果表明，隨著外加電壓的降低，從表面放電到擊穿的時(shí)間增加。

第一階段總放電次數(shù)n較大，波動(dòng)明顯。流量發(fā)展一段時(shí)間后，趨勢(shì)突然變化，流量急劇減少并保持在一個(gè)很低的水平，流量間隔大大延長(zhǎng)并保持在非常稀疏的水平，振幅特征也表現(xiàn)出明顯的階段性。施加的電壓越高，第一階段在開(kāi)發(fā)過(guò)程中占比越小。相反，施加的電壓越低，占比越大，表明該階段可以在電力設(shè)備的工作電壓下長(zhǎng)期穩(wěn)定存在。屬于電力設(shè)備的正常電老化范圍，擊穿或閃絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)很低。

第二階段的放電表現(xiàn)出極其顯著的長(zhǎng)間歇特征。這一階段的放電狀態(tài)發(fā)生了重大變化。整體場(chǎng)強(qiáng)相對(duì)均勻，絕緣處于臨界范圍內(nèi)。持續(xù)一段時(shí)間后，測(cè)試對(duì)象會(huì)崩潰。現(xiàn)階段，電氣設(shè)備的故障具有很大的隨機(jī)性，屬于高故障風(fēng)險(xiǎn)范圍。當(dāng)局部放電發(fā)展到這一階段時(shí)，應(yīng)及時(shí)預(yù)警。

3.2 拆卸分析

拆卸異常隔離開(kāi)關(guān)，并采用目視法和X射線檢測(cè)法進(jìn)行檢查。發(fā)現(xiàn)絕緣拉桿底部澆注部分開(kāi)裂，表面有放電痕跡。同時(shí)，X射線檢查發(fā)現(xiàn)拉桿中存在間歇性氣隙。經(jīng)分析，產(chǎn)生放電是由于澆注工藝不良導(dǎo)致絕緣拉桿底部開(kāi)裂，導(dǎo)致絕緣拉桿間歇性局部放電。拆卸檢測(cè)結(jié)果與局部放電檢測(cè)和定位結(jié)果相匹配。

4 提高GIS設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用水平

4.1 加強(qiáng)高端現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀器的研發(fā)與推廣

為提高GIS設(shè)備流量檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用水平，相關(guān)技術(shù)人員要不斷優(yōu)化各類檢測(cè)設(shè)備的檢測(cè)精準(zhǔn)度，將各類先進(jìn)技術(shù)融入檢測(cè)設(shè)備。由于檢測(cè)設(shè)備的造價(jià)成本往往較高，我國(guó)相關(guān)電力部門要大力推進(jìn)檢測(cè)設(shè)備的自主研發(fā)事業(yè)，逐步減少高技術(shù)水平現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)設(shè)備及儀器的制造成本?，F(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀器設(shè)備研發(fā)以及制造中，電力企業(yè)不但要借鑒國(guó)內(nèi)外較為先進(jìn)的技術(shù)手段，不斷創(chuàng)新，吸引高素質(zhì)技術(shù)人才，投入專業(yè)設(shè)備研發(fā)，全面普及現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)，發(fā)揮檢測(cè)設(shè)備的真實(shí)應(yīng)用價(jià)值[6]。

4.2 加強(qiáng)信息溝通和參考

目前，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試儀器的生產(chǎn)中沒(méi)有非常明確的規(guī)范，也沒(méi)有國(guó)家統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)可供參考。因此，檢測(cè)技術(shù)精準(zhǔn)性的不斷提高，技術(shù)人員要在不斷實(shí)踐及經(jīng)驗(yàn)積累中精進(jìn)，提高各類檢測(cè)儀器設(shè)備的質(zhì)量水平，推進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)的信息共享功能。

4.3 實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)的專業(yè)化管理

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試設(shè)備和儀器的維護(hù)和管理是使用后一項(xiàng)非常重要的工作。在日常工作計(jì)劃中，要更加重視現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀器的管理，安排專人管理，使設(shè)備、儀器的使用、維護(hù)和保管合理、科學(xué)，建立嚴(yán)格的規(guī)范和管理制度，提高員工的責(zé)任意識(shí)，對(duì)管理人員進(jìn)行專項(xiàng)培訓(xùn)，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀器的管理。

4.4 超聲波干擾的消除

用超聲波法檢測(cè)局部放電時(shí)，相關(guān)技術(shù)人員要提前屏蔽或消除檢測(cè)位置周圍的振動(dòng)干擾信號(hào)，如果無(wú)法快速消除和解決，要選擇恰當(dāng)?shù)臋z測(cè)時(shí)間規(guī)避干擾信號(hào)的不良影響。測(cè)試工作人員還要結(jié)合具體情況，獲取異常點(diǎn)周圍的環(huán)境信息內(nèi)容，包括異常點(diǎn)周圍的氣體數(shù)據(jù)，異常點(diǎn)周圍的支撐結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)內(nèi)容。測(cè)試工程師應(yīng)使用融合振幅法和時(shí)差法等定位方法，確定超聲波信號(hào)的近似來(lái)源，隨后要對(duì)比情況數(shù)據(jù)信息和異常點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息，如果發(fā)現(xiàn)異常點(diǎn)位置的信息明顯超過(guò)態(tài)勢(shì)數(shù)據(jù)信息，可以根據(jù)頻率相關(guān)性和相位差的特性判斷超聲波信號(hào)來(lái)自設(shè)備內(nèi)部。如果不是此種狀況，就可判斷超聲波信號(hào)是來(lái)自外部干擾信號(hào)[7]。

針對(duì)各類外部干擾信號(hào)的不良影響，相關(guān)技術(shù)人員可采取去除干擾信號(hào)的方法提高檢測(cè)成果的精準(zhǔn)度。例如，某些設(shè)備結(jié)構(gòu)中的螺絲出現(xiàn)松動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)信號(hào)，相關(guān)工作人員便可結(jié)合超聲波信號(hào)反饋的信息，定位螺絲釘松動(dòng)的具體位置，再將松動(dòng)全部凝聚。除此之外，還會(huì)有多種不良因素干擾信號(hào)。再加上大多超聲波會(huì)影響HGIS的母線槽曲線以及外圍設(shè)備，該類電磁波干擾是無(wú)法從根本上得到解決的，需要相關(guān)工作人員繞過(guò)該類干擾，選擇合適的時(shí)間及頻帶開(kāi)展測(cè)試工作[8]。

現(xiàn)場(chǎng)使用的具體方法如下：第一，在異常點(diǎn)附近安裝設(shè)備，或重新檢查底座的狀態(tài)值;第二，相關(guān)工作人員要將測(cè)量距離內(nèi)的各個(gè)測(cè)量點(diǎn)以及相鄰距離的同一部分進(jìn)行水平化比較;第三，如果背景值在抗壓強(qiáng)度、相位差和特性方面都與異常信號(hào)周圍的其他檢測(cè)點(diǎn)信號(hào)保持一致，技術(shù)人員就可判斷異常數(shù)據(jù)信號(hào)是來(lái)自外部空間的不利干擾。如果異常信號(hào)源位于GIS設(shè)備中，要準(zhǔn)確定位缺陷位置。

結(jié)合當(dāng)前的檢測(cè)和定位方法，有以下幾種消除方法：第一，消除干擾信號(hào)或繞過(guò)干擾時(shí)間段;第二，通過(guò)屏蔽斷開(kāi)干擾路徑;第三，用濾波器濾除干擾信號(hào);第四，消除探測(cè)器信號(hào)分析中的干擾，干擾較強(qiáng)時(shí)，屏蔽方法的效果較差;濾波器將濾除與干擾信號(hào)頻率范圍相同的內(nèi)部電子信號(hào)。一般來(lái)說(shuō)，屏蔽法和濾波法更受歡迎，繞過(guò)強(qiáng)干擾周期。

5 結(jié)語(yǔ)

為推動(dòng)我國(guó)電力系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，相關(guān)技術(shù)人員要定位和處理GIS設(shè)備局部放電問(wèn)題，檢測(cè)技術(shù)主要包含GIS超聲波以及HF局部放電定位法等。上述兩種檢測(cè)方法雖然在應(yīng)用時(shí)能夠發(fā)現(xiàn)一些放電缺陷，但會(huì)受到檢測(cè)時(shí)間的限制，在檢測(cè)中極易錯(cuò)過(guò)彌補(bǔ)缺陷的良好檢測(cè)時(shí)間段，導(dǎo)致各類設(shè)備頻繁出現(xiàn)故障問(wèn)題。因此，相關(guān)技術(shù)人員要不斷提高各類設(shè)備局部放電定位的準(zhǔn)確性，與先進(jìn)的檢測(cè)技術(shù)緊密結(jié)合，將其作為GIS局部放電定位檢測(cè)工作的重要手段。

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作者簡(jiǎn)介：周佺（1995—），男，湖南益陽(yáng)人，本科，助理工程師，研究方向：變電檢修。