GIS設備局部放電檢測及故障分析

侯昌明

（廣東電網佛山供電局，廣東佛山,528000）

氣體絕緣金屬封閉開關設備（以下簡稱GIS）是一種集聯絡、控制、測量和保護于一體的高度集成化開關電器。GIS具有設備占地面積小、防火性能良好，運行過程中安全性、可靠性高、日常維護的工作量少等優勢。近幾年來，隨著社會的發展,對電能質量的要求也越來越高,同時對GIS設備安全運行的要求也相應提高。GIS中絕緣老化的一個重要因素是因為局部放電，而通過對設備進行局部放電檢測成為評定絕緣狀態的重要手段。下面就GIS設備局部放電檢測技術及故障進行分析。

1 GIS局部放電檢測的方法概述

目前，有關局部放電檢測的方法有：電測法、非電測法。電測法又包括：超聲波檢測方法、脈沖電流檢測方法(ERA)、高頻檢測方法(HF)、甚高頻檢測方法(VHF)、超高頻檢測方法(UHF)。而非電測法有：光測法、聲測法、化學法，在這些非電測法中，聲測法由于檢測時所用聲學傳感器不同被分為超聲波法及震動法。在電測法中，超聲波檢測方法、脈沖電流檢測方法及超高頻檢測方法是目前最常用的檢測方法。

1.1 超聲波檢測方法

超聲波檢測方法可以在GIS外殼上直接安裝傳感器，不必在GIS內提前裝置，同時還可以沿著GIS移動手持傳感器，逐點查找出現故障的部位。這種檢測方法和超高頻檢測方法比較，對傳感器要求明顯降低，方便了工作人員進行設備管理維護。另外，超聲波檢測法預防外部干擾的能力較強，直接通過觸發方式、觸發閾值、信號頻帶的設置進行性能提升。

1.2 脈沖電流檢測方法

脈沖電流檢測方法作為IEC270中推薦的一種傳統檢測方法，雖然可以對局部的放電水平進行定量性檢測，但卻沒有局部放電現場的抗干擾能力，所以這種檢測方法通常適用于局部放電測量的實驗室檢測中。

1.3 超高頻檢測方法

1.4 常用檢測方法的對比分析

通過幾種常用檢測方法相比較，超高頻檢測方法，必須預設帶有測量精準度的內置傳感器在設備中，這種方法僅適合需要連續長期進行檢測的設備。脈沖電流檢測方法雖有較高靈敏度，但是只適用于實驗室測量中。而超聲波檢測方法，在對絕緣故障中自由移動且比率最大的顆粒進行檢測時，與其他檢測方法相比具有較高靈敏度，并且這種檢測方法應用方便，較適用于在線短期監測及帶電巡檢中，該種檢測方法已在現場試驗中檢測中得到大量的推廣應用。

2 超聲波檢測方法中的圖譜分析與故障判據

2.1 超聲波檢測局部放電的圖譜分析

根據超聲波檢測局部放電測試儀信號的脈沖、連續及相位幾種模式圖譜特征，對實際故障進行分析判斷。

脈沖模式反映了飛行高度與飛行時間兩者對應關系中連續的電壓波形，這種模式的圖譜收集的采樣點多達1000個，通過這些采樣點分析可以檢測出多個以周波構成周期中的故障、缺陷。

2.2 GIS局部放電的測試圖譜典型缺陷的故障判據

2.2.1 自由金屬顆粒

自由金屬顆粒作為GIS中最普遍的故障類型之一，這種顆粒在氣室里隨機運動對設備危害性較高，若顆粒落在殼體中就不再運動，經長期的電壓作用很可能引起毛刺放電。脈沖模式中，若飛行時間50ms＜T＜100ms，且信號峰值Vpeak＜10mV時或是飛行時間T＜50ms，且信號峰值Vpeak＜20mV，可以不進行設備處理。

2.2.2 毛刺放電

由于GIS設備安裝過程附在高壓導體上面的焊疤、母線殼體、大毛刺等讓氣室里局部場強分布不均引起局部放電。如果局部放電測量信號的峰值Vpeak＞2mV時必須進行停電處理或監視。針對GIS設備電壓等級在363kV及其以上的，因為母線筒的直徑過大，檢測信號就會很快衰減，所以峰值低于(2mV)時也應該進行處理。

2.2.3 電位懸浮

根據老師給出的詞語，孩子們很快就能在腦子里形成了自己的故事，有人物有情節、有內容，有想象。既是對詞語的理解運用的訓練，也提高了對作文的興趣。在將來給他們寫各類文章的時候，他們都能根據寫作要求給出不多寫作素材去聯系生活實際，并充分發揮想象，高度準確地將所掌握的好詞好句運用得得心應手。

由于GIS設備運輸中碰撞、顛簸引起緊固件的松動而造成電位懸浮，這中缺陷經電壓運行的長期作用，金屬件會因局部放電而腐蝕，從而引起絕緣故障。若100Hz頻率的相關性超過50Hz頻率的相關性且測量信號的峰值Vpeak＞10mV，應該緊密監視峰值的變化或縮短檢測的周期。若100Hz頻率的相關性及50Hz頻率的相關性比值在1～2范圍內，信號的峰值Vpeak＞20mV時，需停電處理。但是對于363 kV和500 kV及以上電壓等級的GIS設備應提高標準。

2.2.4 絕緣內部缺陷

交流電壓中絕緣子內部缺陷具有典型局部放電的特征，利用脈沖電流檢測方法能檢查出這種缺陷，但是超聲波檢測方法檢測不出這種缺陷。

3 GIS設備典型缺陷檢測圖譜和故障判據的分析

3.1 GIS設備絕緣支柱的放電檢測

對500kVGIS設備絕緣支柱放電檢測的圖譜和故障分析。在絕緣子支柱的附近放上傳感器，測量得出50Hz頻率的相關性比較大，且信號的峰值為10～20mV,存在不穩定的100Hz頻率的相關性，初步分析絕緣子上表可能存在雜質。設備通過解體之后檢查出絕緣支柱上存在“電樹枝”。

3.2 導電桿的接觸不良

對220kVGIS設備的變電站TA室中導電桿的接觸不良引起局部放電的檢測，信號峰值為20mV，有較強100Hz頻率的相關性，伴有細微異常的聲響，初步分析是TA室內產生懸浮電位所致。設備解體之后發現SF6氣體，由此可知，可能是TA內電極短，不能全部通入適配孔里而引起故障。

3.3 母線上毛刺放電

對220kVGIS設備母線上的毛刺放電進行超聲波的檢測。信號峰值大約在2mV左右，存在50Hz頻率的相關性，利用相位模式的圖譜可發現負半周上放電特性，初步分析是毛刺放電。在間隔處檢查出15mm的刮痕且伴有細微的顆粒在導體上。

3.4 屏蔽罩的松動

對220kVGIS設備中變電站閘門氣室里的屏蔽罩進行局部放電檢測分析，信號峰值大約在6mV左右，但卻顯示出典型100Hz頻率的相關性。初步分析氣室的中心導體有可能出現了屏蔽罩的松動情況。斷開電源之后將氣室打開，檢查出閘門和流變處的屏蔽罩出現松動，緊固之后在通電，GIS設備立刻恢復正常。

4 故障檢測的實例分析

通過110kVGIS設備的變電站一1次事故實例分析，證實有效的超聲波檢測方法能夠測量GIS設備局部放電。變電站母線側123開關ABC相的變氣室運行時伴有異常的聲響，工作人員立即停止運行設備。但通過負荷切除之后，123開關仍伴有異常的聲響，所以初步分析故障不是負荷的原因，應該是電場造成的放電。

停止設備，逐漸提升工頻電壓并利用超聲波檢測局部放電方法測量故障設備。升壓過程設計許多測試點，每一個測試點都應用超聲波檢測局部放電儀器對局部放電進行檢測。最終在70%的額定電壓內耐壓的局部放電檢測中都沒有出現異常，在電壓提升到80%～90%的額定電壓時，持續幾秒有機械振動異常聲響。

圖1為L4相流的變氣室沒有常聲音時檢測的圖譜，觀察發現，幾種圖譜峰值都較小，幾乎不存在100Hz及50Hz頻率的相關性。

圖1 無異常聲音的檢測圖譜

圖2 有異常聲音的檢測圖譜

圖2為L4相流的變氣室伴有異常聲音的檢測圖譜，和無異常聲音的相比，有效值與峰值均有增加，出現100Hz頻率的相關性。從相位模式的檢測圖譜看，第一周期有2簇信號的集中點。而L4相流加壓時或者輕敲殼體的時后均伴有異常聲響，幾秒之后聲響消失，由于未帶負載，所以應該是放電造成的異常聲響。通常TA室由于松動而引起電位懸浮的故障比較多，因此推測此次故障是TA室部件松動造成的放電。

通過現場設備的解體檢測，由于絕緣板的松動造成局部放電，且現場檢查的結果和測量數據分析的結果相符。經處理以后未出現故障的現象，未出現50Hz、100Hz頻率的相關性，峰值及有效值均減小，設備恢復正常。

5 結論

總之，GIS設備是電力系統的關鍵設備，保證其安全可靠運行對于提高城市供電可靠性意義重大。而局部放電檢測作為GIS在安裝完畢及正常運行中的必試項目，因此，加強對GIS局部放電檢測的研究，是有效發現GIS設備產生的各種缺陷并及時加以排除的重要舉措。

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