GIS局放在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置校驗(yàn)輔助支撐工具的研制

朱躍勝 曾 莉 陳文鴻 邱時(shí)嚴(yán)

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司江門(mén)供電局，廣東 江門(mén) 529000）

0 引言

氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備（Gas Insulated Switchgear，GIS）采用SF6氣體作為絕緣和滅弧介質(zhì)，將斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、接地開(kāi)關(guān)、互感器、套管、避雷器、母線(xiàn)等元件封裝在一密閉接地金屬殼體中[1]。GIS局放在線(xiàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)的普及穩(wěn)定應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)GIS一次設(shè)備狀態(tài)的持續(xù)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，能及時(shí)有效地發(fā)現(xiàn)GIS一次設(shè)備絕緣缺陷，目前已安裝GIS局放在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的站點(diǎn)可取消高壓試驗(yàn)常規(guī)周期測(cè)試，切實(shí)體現(xiàn)出了在線(xiàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)的替代性效果。為確保GIS局放在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置的可用性，按現(xiàn)行GIS局放在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置運(yùn)維要求，安裝于500 kV的GIS局放在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置需按周期每年開(kāi)展一次校驗(yàn)，安裝于220 kV及以下的GIS局放在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置需按周期每?jī)赡觊_(kāi)展一次校驗(yàn)。

1 外置式GIS特高頻局放在線(xiàn)監(jiān)測(cè)原理及校驗(yàn)原理

1.1 監(jiān)測(cè)原理

特高頻局部放電監(jiān)測(cè)法具有靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，隨著技術(shù)的日趨成熟，已成為電力設(shè)備在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的重要手段[2]。其監(jiān)測(cè)原理是由于GIS內(nèi)部的局部放電能激發(fā)穿透性極強(qiáng)的特高頻（UHF）電磁波信號(hào)，該信號(hào)能夠從盆式絕緣子和GIS外殼的接縫處泄漏到外部，因此將測(cè)試傳感器放置在非屏蔽盆式絕緣子處，在UHF頻段（300 MHz以上）接收及耦合GIS內(nèi)部信號(hào)，既能避開(kāi)一般的電磁干擾，又能準(zhǔn)確測(cè)量GIS內(nèi)部的放電信號(hào)，同時(shí)配置實(shí)時(shí)信息采集裝置，可實(shí)現(xiàn)GIS特高頻局放信號(hào)的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)。

1.2 校驗(yàn)原理

GIS局部放電產(chǎn)生的特高頻電磁波信號(hào)在非金屬材料中具有穿透性強(qiáng)的特點(diǎn)，在盆式絕緣子或絕緣襯墊處會(huì)發(fā)生輻射現(xiàn)象。根據(jù)GIS局部放電特高頻信號(hào)的傳播特征和GIS在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置的監(jiān)測(cè)原理，進(jìn)行GIS局部放電特高頻在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置運(yùn)行中校驗(yàn)時(shí)，在某處盆式絕緣子或絕緣襯墊處注入特高頻電磁波信號(hào)，安裝在其他位置盆式絕緣子處的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)傳感器可接收到輻射出的注入信號(hào)，通過(guò)與標(biāo)準(zhǔn)傳感器對(duì)比驗(yàn)證待校驗(yàn)傳感器的性能[3]。

2 校驗(yàn)方法選擇及存在問(wèn)題

依據(jù)校驗(yàn)原理，可采用兩種方法對(duì)GIS特高頻局放在線(xiàn)監(jiān)測(cè)傳感器的可用性進(jìn)行校驗(yàn)。

第一種方法是模擬局部放電的形式，固定在GIS設(shè)備某個(gè)位置注入輻射信號(hào)，然后根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)傳感器安裝位置，利用時(shí)差定位法計(jì)算每個(gè)傳感器接收到的信號(hào)數(shù)據(jù)，最后與后臺(tái)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，從而判定裝置的可用性（圖1）。然而，采用該方法存在兩個(gè)問(wèn)題：其一是計(jì)算量比較大，尤其是傳感器越多計(jì)算量越大，需要工作人員花費(fèi)大量時(shí)間在計(jì)算上；其二是GIS的二維等效將帶來(lái)無(wú)法消除的誤差。

圖1 模擬局部放電方式進(jìn)行校驗(yàn)

第二種方法則是采用移動(dòng)校驗(yàn)的方式，在每一個(gè)傳感器旁邊注入輻射信號(hào)，盡量貼近被測(cè)傳感器，從而對(duì)單個(gè)傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗(yàn)并判定其可用性。該方法存在三個(gè)問(wèn)題：其一是工作具有重復(fù)性特征，需要對(duì)每個(gè)傳感器進(jìn)行信號(hào)注入；其二是工作所需人員增加，設(shè)備安裝現(xiàn)場(chǎng)與后臺(tái)屏柜必須同步開(kāi)展工作，所需人員與方法一比較，需增加一名；其三是現(xiàn)行開(kāi)展GIS局放在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)校驗(yàn)使用的信號(hào)發(fā)射源與傳感器由軟通信線(xiàn)連接，總長(zhǎng)度約40 cm，但由于現(xiàn)場(chǎng)GIS局放在線(xiàn)監(jiān)測(cè)傳感器安裝高度不一，目前在定檢過(guò)程中要么通過(guò)爬梯的方式由人員手持給被校驗(yàn)傳感器注入信號(hào)，要么臨時(shí)采用塑料管或絕緣棒對(duì)信號(hào)發(fā)射源與傳感器進(jìn)行固定綁扎再去使用，存在多次登高爬梯增加安全風(fēng)險(xiǎn)及工作效率較低下等問(wèn)題，且使用現(xiàn)有支撐棒綁扎使得信號(hào)注入傳感器方向單一，在測(cè)試過(guò)程中需要人手多次調(diào)整角度才能取得準(zhǔn)確信號(hào)，每次工作前后都需要重復(fù)綁扎拆卸，工作效率低下。

綜合兩種方法優(yōu)缺點(diǎn)，當(dāng)前的校驗(yàn)工作主要采用方法二，方法一更多用于故障定位工作。

3 設(shè)計(jì)思路及裝置結(jié)構(gòu)

針對(duì)移動(dòng)校驗(yàn)存在的問(wèn)題，主要可從工具入手，研制一種多功能GIS局放在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置校驗(yàn)輔助支撐工具，從而提高工作效率。該工具應(yīng)具有以下特點(diǎn)：

（1）材質(zhì)輕便且長(zhǎng)度可拼接。該輔助支撐工具應(yīng)采用較為輕便的絕緣桿作為主體支撐棒，方便工作人員校驗(yàn)使用，同時(shí)可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境需要拼接支撐棒長(zhǎng)度，貼合工作實(shí)際。

（2）固定牢靠且拆接方便。該輔助支撐工具頂部設(shè)有傳感器固定槽，中部設(shè)有可移動(dòng)的信號(hào)發(fā)生器固定槽，分別將傳感器和信號(hào)發(fā)生器固定在支撐桿上，不易脫落，同時(shí)傳感器和信號(hào)發(fā)生器應(yīng)可拆卸。

（3）傳感器固定槽位置可調(diào)。該輔助支撐工具頂部傳感器固定槽應(yīng)使用特殊材料制作，使得傳感器在使用過(guò)程中可以調(diào)節(jié)位置，盡可能貼近被測(cè)傳感器，使校驗(yàn)工作更加準(zhǔn)確。

通過(guò)對(duì)多功能GIS局放在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置校驗(yàn)輔助支撐工具的定位分析，研制出了第一代支撐工具（圖2），并對(duì)其進(jìn)行了實(shí)戰(zhàn)性檢驗(yàn)。

圖2 第一代GIS局放在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置校驗(yàn)輔助支撐工具

在實(shí)際校驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，該工具并不能很好地為校驗(yàn)工作帶來(lái)實(shí)質(zhì)效果，主要存在以下三個(gè)問(wèn)題：一是傳感器調(diào)節(jié)方向單一，而且當(dāng)螺絲松動(dòng)后無(wú)法支撐傳感器的重量；二是信號(hào)發(fā)生器位置固定在支撐桿上，傳感器因軟通信線(xiàn)牽制導(dǎo)致調(diào)節(jié)受限；三是信號(hào)發(fā)生器拆卸不方便，導(dǎo)致信號(hào)發(fā)生器存在充電困難的問(wèn)題。

針對(duì)上述問(wèn)題，對(duì)支撐工具進(jìn)行了改進(jìn)（圖3、圖4）：1）采用羊角螺母、手柄螺絲以及大號(hào)螺紋螺絲將傳感器固定槽和信號(hào)發(fā)生器固定槽固定在支撐桿上，工作人員可徒手操作安裝，無(wú)須使用手工具，同時(shí)增加了傳感器的調(diào)節(jié)范圍。2）通過(guò)十字架模型實(shí)現(xiàn)前后左右旋轉(zhuǎn)，具備多角度貼合功能，有利于將信號(hào)輸送到被測(cè)試設(shè)備上，使測(cè)試工作方便快捷。3）在傳感器旋轉(zhuǎn)過(guò)程中信號(hào)發(fā)生器槽位可滑動(dòng)調(diào)節(jié)，確保了信號(hào)線(xiàn)不受牽扯。

圖3 多功能GIS局放在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置校驗(yàn)輔助支撐工具設(shè)計(jì)圖

圖4 輔助支撐桿

4 應(yīng)用情況及應(yīng)用前景

該輔助支撐工具已在變電站GIS局放在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)校驗(yàn)中進(jìn)行了測(cè)試使用，驗(yàn)證了該工具的預(yù)期設(shè)計(jì)效果。對(duì)于并行排列的三相GIS設(shè)備，在對(duì)較高以及中間相設(shè)備傳感器進(jìn)行測(cè)試時(shí)效果尤為明顯，解決了人工手持測(cè)量難以貼合到位的問(wèn)題（圖5）。隨著當(dāng)前城市化進(jìn)程的不斷深入發(fā)展，GIS站點(diǎn)比例逐年攀升，GIS局放在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置安裝數(shù)量也隨之攀升，其相應(yīng)的維護(hù)校驗(yàn)工作量也在逐年增長(zhǎng)。對(duì)于GIS局放在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置校驗(yàn)這一項(xiàng)新興業(yè)務(wù)工作，本次研制出的多功能校驗(yàn)輔助支撐工具非常切合運(yùn)維班組工作需要，具有適用性廣、實(shí)用性強(qiáng)的特點(diǎn)，在提高安全生產(chǎn)水平的同時(shí)，亦可提高工作的開(kāi)展效率，有效減輕了運(yùn)維人員的工作負(fù)擔(dān)。

圖5 GIS局放在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)校驗(yàn)應(yīng)用場(chǎng)景

5 創(chuàng)新點(diǎn)

（1）多功能GIS局放在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置校驗(yàn)輔助支撐工具材質(zhì)輕便，可根據(jù)需要拼接不同長(zhǎng)度，適用于多種不同高度的GIS設(shè)備場(chǎng)地，減少了人員登高操作，提升了操作安全水平。

（2）增加了可旋轉(zhuǎn)角度傳感器支架框接頭，對(duì)于安裝于不同方位的被校驗(yàn)傳感器操作起來(lái)更加便捷高效。

6 結(jié)束語(yǔ)

隨著GIS局放在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置校驗(yàn)工作的常態(tài)化開(kāi)展，多功能GIS局放在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置校驗(yàn)輔助支撐工具的投入使用，將提高校驗(yàn)工作效率，降低操作安全風(fēng)險(xiǎn)，有效減輕運(yùn)維人員工作壓力，并解決部分空間局限人工手持方法難以校驗(yàn)的難題。同時(shí)，該輔助支撐工具具備伸縮拼接功能，在查找局放信號(hào)源的定位測(cè)試工作中可作為移動(dòng)傳感器的接收定位支撐點(diǎn)，適用性非常廣，是一套非常有利于運(yùn)維班組使用的實(shí)用性工器具。在后續(xù)使用中，可對(duì)該輔助支撐工具進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)，使其更加適應(yīng)工作需求。