GIS局部放電帶電檢測技術及現場運用

李馨博+程昌奎+潘睿+楊小兵+趙博

摘 ?要：文章闡述了氣體絕緣組合電器（GIS）產生局部放電的機理，簡要分析了GIS局部放電檢測技術，比較了各種檢測技術的優缺點，并將超高頻法和SF6分解產物法用于成都供電公司GIS設備絕緣狀態診斷。

關鍵詞：氣體絕緣組合電器;局部放電;化學檢測法;超高頻法

中圖分類號：TM595 ? ? 文獻標識碼：A ? ? ?文章編號：1006-8937（2014）35-0015-02

氣體絕緣組合電器（Gas insulated Switchgear，簡稱GIS）作為一種結構緊湊、性能優良的高壓電力設備，在電力系統中運用越來越廣泛。GIS內部絕緣結構主要為SF6氣體絕緣，其在制造時出現的毛刺、安裝運輸時部件松動或接觸不良引起電極電位浮動、運行中絕緣老化、以及各種情況下可能出現金屬微粒等各種缺陷，都可能不同程度的導致GIS內部電場發生畸變，使得局部電場加強而產生局部放電（Partial Discharge，簡稱PD）。PD對絕緣的破壞作用是一個緩慢發展的過程，而且從局部開始，受多種因素影響，對運行中的GIS是一種隱患。由于電力系統中保護措施的日趨完善，各種過電壓對設備絕緣的破壞作用相對減小，而運行中的工作電壓對絕緣的劣化起著主導作用，PD既是引起絕緣劣化的主要原因，又是表征絕緣狀況的特征量。因此，通過對GIS PD進行檢測，可以在一定程度發現許多內部存在的缺陷，對保證GIS的安全可靠運行具有重要的現實意義。

1 ?局部放電檢測方法

氣體絕緣組合電器的局部放電檢測方法主要分為非電檢測法和電檢測法兩大類。

1.1 ?非電檢測法

非電檢測法主要包括超聲波檢測法和化學檢測法。當GIS內部存在局部放電時，會生產超聲波信號，可通過安裝在GIS外殼上的超聲波傳感器進行檢測，這種方法稱為超聲波檢測法。超聲波檢測法主要優點是定位方便，因其無法進行局部放電量的定量分析，主要作為一種輔助測量方法進行運用;組合電器內部絕緣氣體為SF6，SF6為一種非常穩定的惰性氣體，絕緣強度高，正常情況下不會發生分解反應，當出現電弧放電等異常情況時，高溫電弧能量會使SF6氣體發生化學反應，生成SF4、SF3、SF2等硫化物，同時，當SF6氣體周圍含有微水和氧氣時，會生產HF和H2SO3、SO2等化合物。通過采用氣體傳感器對SF6分解產物進行檢測的方法稱為化學檢測法。通常情況下，SF6在不同的環境下發生的分解產物不同，含量以及產生速率等也有差異，可通過檢測SF6氣體組分含量與變化趨勢來診斷其內部絕緣缺陷的情況。化學檢測法優點是準確度和靈敏度高，是目前運用最廣泛的局部放電帶電檢測方法之一。

1.2 ?電檢測法

電測法主要是脈沖電流法和超高頻法（Ultrahigh frequency，簡稱UHF）。脈沖電流法是IEC 60270標準推薦的檢測方法，主要用于變壓器局部放電定量檢測，在GIS局部放電檢測中運用較少，其原理是當產生局部放電時，在其耦合回路中會有脈沖電流，通過采用檢測阻抗或者羅氏線圈傳感器，就會耦合到脈沖電壓信號。脈沖電流法檢測頻率通常在10 MHz以內，相比于超高頻法而言，它的主要優點是可以對局部放電進行定量分析。

超高頻法是目前運用于GIS局部放電檢測最為成熟的一種方法，其檢測頻率通常為300 MHz～1 GHz，是近年來發展起來的一項新技術，也是運用于GIS局部放電檢測最為成熟的一種方法。它是利用裝設在GIS內部或外部的天線傳感器接收局部放電激發并傳播的300～3 000 MHz頻段超高頻信號進行檢測和分析的一種方法。GIS內部腔體可視為一個同軸波導結構，PD激發的超高頻信號在內部會以橫電波和橫磁波的方式在其內部傳播，在GIS外部殼體的觀察窗以及盆式絕緣子等位置會發生電磁波信號泄露，在這些位置安置UHF傳感器可有效的檢測到UHF信號。超高頻法具有以下特點：

①檢測頻率高，有有效避開300 MHz以下的干擾信號，其抗電磁干擾能力強;②根據不同位置檢測的超高頻信號的時間差，可對局部放電發生位置進行定位;③超高頻信號的波形特征信息豐富，可根據UHF脈沖的波形特征對典型故障進行診斷;④UHF法與振動檢測法相比，檢測的局部放電范圍更廣，需要安裝傳感器的檢測點更少。

2 ?局部放電檢測運用情況

成都供電公司購買了DMS超高頻局部放電測試儀和JH 3000-2型SF6電氣設備分解產物檢測儀將其運用于GIS絕緣狀態在線檢測。針對18座GIS變電站全部進行了局部放電帶電檢測，某110 kV變電站為成都第一座GIS變電站，運行時間長，作為了重點檢測對象。該站所用GIS組合電器為BBC公司生產。建站初期，大部分氣室濕度數據偏大甚至超標，雖然廠家給出保障設備正常運行的保證，鑒于缺乏其他技術支撐，在多次監督試驗后，全站不合格氣室在2002年3月27日進行處理，然而，處理后SF6濕度很快恢復至原數據高點。至今該站已經運行23 a，承擔了成都最繁華商業區的供電任務，SF6濕度測試數據也一直處于高位，但未出現明顯增長。

由于此站GIS設備運行年限久且存在微水含量超標，對其進行超高頻局部放電及SF6氣體分解產物測試非常必要，超高頻局部放電檢測法和SF6氣體分解產物測試法對荔枝巷變電站GIS絕緣狀態在線監測的結果，見表1～表3。

從表1和表2可知，該站環境的干擾信號較大，其GIS設備無局部放電信號，絕緣狀況良好。從表3可知，所有氣室測試結果中未發現SO2+SOF2、H2S氣體成分，CO氣體含量在6.1～40.2 μL/L之間。結合超高頻局部放電及SF6分解產物測試結果可以看出，該站在多年的運行中，未產生局部放電，絕緣氣體中未發現絕緣體因放電高溫分解的產物，表明該站GIS運行情況良好。

通過對成都供電公司其他17個GIS變電站進行測試，結果也都表明GIS絕緣狀態良好。

4 ?結 ?語

文章簡要介紹了各種用于檢測GIS局部放電檢測的方法，分析了其優缺點，并采用局部放電超高頻檢測法和SF6氣體分解產物測試法用于成都供電公司GIS變電站絕緣狀態測試，測試的結果反映出成都供電公司目前的GIS設備絕緣狀態良好。

參考文獻：

[1] 黎明，黃維樞.SF6氣體及SF6氣體絕緣變電站的運行[M].北京：水利電力出版社，1993.

[2] 邱毓昌.GIS裝置及其絕緣技術[M].北京：水利電力出版社，1994.

[3] 邱昌容，王乃慶.電工設備局部放電及其測試技術[M].北京：機械工業出版社，1994.

[4] 姚唯建，鐘志鏗.氣體分析法用于六氟化硫電氣設備故障的檢測[J].廣東電力，1994，（2）：21-24.

[5] 李智敏.超高頻法檢測GIS局部放電的研究[D].西安：西安交通大學，1999.

[6] 邱毓昌.用超高頻法對GIS絕緣進行在線監測[J].高壓電器，1997，33（4）：36-40.

摘 ?要：文章闡述了氣體絕緣組合電器（GIS）產生局部放電的機理，簡要分析了GIS局部放電檢測技術，比較了各種檢測技術的優缺點，并將超高頻法和SF6分解產物法用于成都供電公司GIS設備絕緣狀態診斷。

關鍵詞：氣體絕緣組合電器;局部放電;化學檢測法;超高頻法

中圖分類號：TM595 ? ? 文獻標識碼：A ? ? ?文章編號：1006-8937（2014）35-0015-02

氣體絕緣組合電器（Gas insulated Switchgear，簡稱GIS）作為一種結構緊湊、性能優良的高壓電力設備，在電力系統中運用越來越廣泛。GIS內部絕緣結構主要為SF6氣體絕緣，其在制造時出現的毛刺、安裝運輸時部件松動或接觸不良引起電極電位浮動、運行中絕緣老化、以及各種情況下可能出現金屬微粒等各種缺陷，都可能不同程度的導致GIS內部電場發生畸變，使得局部電場加強而產生局部放電（Partial Discharge，簡稱PD）。PD對絕緣的破壞作用是一個緩慢發展的過程，而且從局部開始，受多種因素影響，對運行中的GIS是一種隱患。由于電力系統中保護措施的日趨完善，各種過電壓對設備絕緣的破壞作用相對減小，而運行中的工作電壓對絕緣的劣化起著主導作用，PD既是引起絕緣劣化的主要原因，又是表征絕緣狀況的特征量。因此，通過對GIS PD進行檢測，可以在一定程度發現許多內部存在的缺陷，對保證GIS的安全可靠運行具有重要的現實意義。

1 ?局部放電檢測方法

氣體絕緣組合電器的局部放電檢測方法主要分為非電檢測法和電檢測法兩大類。

1.1 ?非電檢測法

非電檢測法主要包括超聲波檢測法和化學檢測法。當GIS內部存在局部放電時，會生產超聲波信號，可通過安裝在GIS外殼上的超聲波傳感器進行檢測，這種方法稱為超聲波檢測法。超聲波檢測法主要優點是定位方便，因其無法進行局部放電量的定量分析，主要作為一種輔助測量方法進行運用;組合電器內部絕緣氣體為SF6，SF6為一種非常穩定的惰性氣體，絕緣強度高，正常情況下不會發生分解反應，當出現電弧放電等異常情況時，高溫電弧能量會使SF6氣體發生化學反應，生成SF4、SF3、SF2等硫化物，同時，當SF6氣體周圍含有微水和氧氣時，會生產HF和H2SO3、SO2等化合物。通過采用氣體傳感器對SF6分解產物進行檢測的方法稱為化學檢測法。通常情況下，SF6在不同的環境下發生的分解產物不同，含量以及產生速率等也有差異，可通過檢測SF6氣體組分含量與變化趨勢來診斷其內部絕緣缺陷的情況。化學檢測法優點是準確度和靈敏度高，是目前運用最廣泛的局部放電帶電檢測方法之一。

1.2 ?電檢測法

電測法主要是脈沖電流法和超高頻法（Ultrahigh frequency，簡稱UHF）。脈沖電流法是IEC 60270標準推薦的檢測方法，主要用于變壓器局部放電定量檢測，在GIS局部放電檢測中運用較少，其原理是當產生局部放電時，在其耦合回路中會有脈沖電流，通過采用檢測阻抗或者羅氏線圈傳感器，就會耦合到脈沖電壓信號。脈沖電流法檢測頻率通常在10 MHz以內，相比于超高頻法而言，它的主要優點是可以對局部放電進行定量分析。

超高頻法是目前運用于GIS局部放電檢測最為成熟的一種方法，其檢測頻率通常為300 MHz～1 GHz，是近年來發展起來的一項新技術，也是運用于GIS局部放電檢測最為成熟的一種方法。它是利用裝設在GIS內部或外部的天線傳感器接收局部放電激發并傳播的300～3 000 MHz頻段超高頻信號進行檢測和分析的一種方法。GIS內部腔體可視為一個同軸波導結構，PD激發的超高頻信號在內部會以橫電波和橫磁波的方式在其內部傳播，在GIS外部殼體的觀察窗以及盆式絕緣子等位置會發生電磁波信號泄露，在這些位置安置UHF傳感器可有效的檢測到UHF信號。超高頻法具有以下特點：

①檢測頻率高，有有效避開300 MHz以下的干擾信號，其抗電磁干擾能力強;②根據不同位置檢測的超高頻信號的時間差，可對局部放電發生位置進行定位;③超高頻信號的波形特征信息豐富，可根據UHF脈沖的波形特征對典型故障進行診斷;④UHF法與振動檢測法相比，檢測的局部放電范圍更廣，需要安裝傳感器的檢測點更少。

2 ?局部放電檢測運用情況

成都供電公司購買了DMS超高頻局部放電測試儀和JH 3000-2型SF6電氣設備分解產物檢測儀將其運用于GIS絕緣狀態在線檢測。針對18座GIS變電站全部進行了局部放電帶電檢測，某110 kV變電站為成都第一座GIS變電站，運行時間長，作為了重點檢測對象。該站所用GIS組合電器為BBC公司生產。建站初期，大部分氣室濕度數據偏大甚至超標，雖然廠家給出保障設備正常運行的保證，鑒于缺乏其他技術支撐，在多次監督試驗后，全站不合格氣室在2002年3月27日進行處理，然而，處理后SF6濕度很快恢復至原數據高點。至今該站已經運行23 a，承擔了成都最繁華商業區的供電任務，SF6濕度測試數據也一直處于高位，但未出現明顯增長。

由于此站GIS設備運行年限久且存在微水含量超標，對其進行超高頻局部放電及SF6氣體分解產物測試非常必要，超高頻局部放電檢測法和SF6氣體分解產物測試法對荔枝巷變電站GIS絕緣狀態在線監測的結果，見表1～表3。

從表1和表2可知，該站環境的干擾信號較大，其GIS設備無局部放電信號，絕緣狀況良好。從表3可知，所有氣室測試結果中未發現SO2+SOF2、H2S氣體成分，CO氣體含量在6.1～40.2 μL/L之間。結合超高頻局部放電及SF6分解產物測試結果可以看出，該站在多年的運行中，未產生局部放電，絕緣氣體中未發現絕緣體因放電高溫分解的產物，表明該站GIS運行情況良好。

通過對成都供電公司其他17個GIS變電站進行測試，結果也都表明GIS絕緣狀態良好。

4 ?結 ?語

文章簡要介紹了各種用于檢測GIS局部放電檢測的方法，分析了其優缺點，并采用局部放電超高頻檢測法和SF6氣體分解產物測試法用于成都供電公司GIS變電站絕緣狀態測試，測試的結果反映出成都供電公司目前的GIS設備絕緣狀態良好。

參考文獻：

[1] 黎明，黃維樞.SF6氣體及SF6氣體絕緣變電站的運行[M].北京：水利電力出版社，1993.

[2] 邱毓昌.GIS裝置及其絕緣技術[M].北京：水利電力出版社，1994.

[3] 邱昌容，王乃慶.電工設備局部放電及其測試技術[M].北京：機械工業出版社，1994.

[4] 姚唯建，鐘志鏗.氣體分析法用于六氟化硫電氣設備故障的檢測[J].廣東電力，1994，（2）：21-24.

[5] 李智敏.超高頻法檢測GIS局部放電的研究[D].西安：西安交通大學，1999.

[6] 邱毓昌.用超高頻法對GIS絕緣進行在線監測[J].高壓電器，1997，33（4）：36-40.

摘 ?要：文章闡述了氣體絕緣組合電器（GIS）產生局部放電的機理，簡要分析了GIS局部放電檢測技術，比較了各種檢測技術的優缺點，并將超高頻法和SF6分解產物法用于成都供電公司GIS設備絕緣狀態診斷。

關鍵詞：氣體絕緣組合電器;局部放電;化學檢測法;超高頻法

中圖分類號：TM595 ? ? 文獻標識碼：A ? ? ?文章編號：1006-8937（2014）35-0015-02

氣體絕緣組合電器（Gas insulated Switchgear，簡稱GIS）作為一種結構緊湊、性能優良的高壓電力設備，在電力系統中運用越來越廣泛。GIS內部絕緣結構主要為SF6氣體絕緣，其在制造時出現的毛刺、安裝運輸時部件松動或接觸不良引起電極電位浮動、運行中絕緣老化、以及各種情況下可能出現金屬微粒等各種缺陷，都可能不同程度的導致GIS內部電場發生畸變，使得局部電場加強而產生局部放電（Partial Discharge，簡稱PD）。PD對絕緣的破壞作用是一個緩慢發展的過程，而且從局部開始，受多種因素影響，對運行中的GIS是一種隱患。由于電力系統中保護措施的日趨完善，各種過電壓對設備絕緣的破壞作用相對減小，而運行中的工作電壓對絕緣的劣化起著主導作用，PD既是引起絕緣劣化的主要原因，又是表征絕緣狀況的特征量。因此，通過對GIS PD進行檢測，可以在一定程度發現許多內部存在的缺陷，對保證GIS的安全可靠運行具有重要的現實意義。

1 ?局部放電檢測方法

氣體絕緣組合電器的局部放電檢測方法主要分為非電檢測法和電檢測法兩大類。

1.1 ?非電檢測法

非電檢測法主要包括超聲波檢測法和化學檢測法。當GIS內部存在局部放電時，會生產超聲波信號，可通過安裝在GIS外殼上的超聲波傳感器進行檢測，這種方法稱為超聲波檢測法。超聲波檢測法主要優點是定位方便，因其無法進行局部放電量的定量分析，主要作為一種輔助測量方法進行運用;組合電器內部絕緣氣體為SF6，SF6為一種非常穩定的惰性氣體，絕緣強度高，正常情況下不會發生分解反應，當出現電弧放電等異常情況時，高溫電弧能量會使SF6氣體發生化學反應，生成SF4、SF3、SF2等硫化物，同時，當SF6氣體周圍含有微水和氧氣時，會生產HF和H2SO3、SO2等化合物。通過采用氣體傳感器對SF6分解產物進行檢測的方法稱為化學檢測法。通常情況下，SF6在不同的環境下發生的分解產物不同，含量以及產生速率等也有差異，可通過檢測SF6氣體組分含量與變化趨勢來診斷其內部絕緣缺陷的情況。化學檢測法優點是準確度和靈敏度高，是目前運用最廣泛的局部放電帶電檢測方法之一。

1.2 ?電檢測法

電測法主要是脈沖電流法和超高頻法（Ultrahigh frequency，簡稱UHF）。脈沖電流法是IEC 60270標準推薦的檢測方法，主要用于變壓器局部放電定量檢測，在GIS局部放電檢測中運用較少，其原理是當產生局部放電時，在其耦合回路中會有脈沖電流，通過采用檢測阻抗或者羅氏線圈傳感器，就會耦合到脈沖電壓信號。脈沖電流法檢測頻率通常在10 MHz以內，相比于超高頻法而言，它的主要優點是可以對局部放電進行定量分析。

超高頻法是目前運用于GIS局部放電檢測最為成熟的一種方法，其檢測頻率通常為300 MHz～1 GHz，是近年來發展起來的一項新技術，也是運用于GIS局部放電檢測最為成熟的一種方法。它是利用裝設在GIS內部或外部的天線傳感器接收局部放電激發并傳播的300～3 000 MHz頻段超高頻信號進行檢測和分析的一種方法。GIS內部腔體可視為一個同軸波導結構，PD激發的超高頻信號在內部會以橫電波和橫磁波的方式在其內部傳播，在GIS外部殼體的觀察窗以及盆式絕緣子等位置會發生電磁波信號泄露，在這些位置安置UHF傳感器可有效的檢測到UHF信號。超高頻法具有以下特點：

①檢測頻率高，有有效避開300 MHz以下的干擾信號，其抗電磁干擾能力強;②根據不同位置檢測的超高頻信號的時間差，可對局部放電發生位置進行定位;③超高頻信號的波形特征信息豐富，可根據UHF脈沖的波形特征對典型故障進行診斷;④UHF法與振動檢測法相比，檢測的局部放電范圍更廣，需要安裝傳感器的檢測點更少。

2 ?局部放電檢測運用情況

成都供電公司購買了DMS超高頻局部放電測試儀和JH 3000-2型SF6電氣設備分解產物檢測儀將其運用于GIS絕緣狀態在線檢測。針對18座GIS變電站全部進行了局部放電帶電檢測，某110 kV變電站為成都第一座GIS變電站，運行時間長，作為了重點檢測對象。該站所用GIS組合電器為BBC公司生產。建站初期，大部分氣室濕度數據偏大甚至超標，雖然廠家給出保障設備正常運行的保證，鑒于缺乏其他技術支撐，在多次監督試驗后，全站不合格氣室在2002年3月27日進行處理，然而，處理后SF6濕度很快恢復至原數據高點。至今該站已經運行23 a，承擔了成都最繁華商業區的供電任務，SF6濕度測試數據也一直處于高位，但未出現明顯增長。

由于此站GIS設備運行年限久且存在微水含量超標，對其進行超高頻局部放電及SF6氣體分解產物測試非常必要，超高頻局部放電檢測法和SF6氣體分解產物測試法對荔枝巷變電站GIS絕緣狀態在線監測的結果，見表1～表3。

從表1和表2可知，該站環境的干擾信號較大，其GIS設備無局部放電信號，絕緣狀況良好。從表3可知，所有氣室測試結果中未發現SO2+SOF2、H2S氣體成分，CO氣體含量在6.1～40.2 μL/L之間。結合超高頻局部放電及SF6分解產物測試結果可以看出，該站在多年的運行中，未產生局部放電，絕緣氣體中未發現絕緣體因放電高溫分解的產物，表明該站GIS運行情況良好。

通過對成都供電公司其他17個GIS變電站進行測試，結果也都表明GIS絕緣狀態良好。

4 ?結 ?語

文章簡要介紹了各種用于檢測GIS局部放電檢測的方法，分析了其優缺點，并采用局部放電超高頻檢測法和SF6氣體分解產物測試法用于成都供電公司GIS變電站絕緣狀態測試，測試的結果反映出成都供電公司目前的GIS設備絕緣狀態良好。

參考文獻：

[1] 黎明，黃維樞.SF6氣體及SF6氣體絕緣變電站的運行[M].北京：水利電力出版社，1993.

[2] 邱毓昌.GIS裝置及其絕緣技術[M].北京：水利電力出版社，1994.

[3] 邱昌容，王乃慶.電工設備局部放電及其測試技術[M].北京：機械工業出版社，1994.

[4] 姚唯建，鐘志鏗.氣體分析法用于六氟化硫電氣設備故障的檢測[J].廣東電力，1994，（2）：21-24.

[5] 李智敏.超高頻法檢測GIS局部放電的研究[D].西安：西安交通大學，1999.

[6] 邱毓昌.用超高頻法對GIS絕緣進行在線監測[J].高壓電器，1997，33（4）：36-40.