GIS局部放電檢測方式的分析

呂育蓉

摘 要：社會的快速發展，人們對電能質量的要求變的越來越高，與此同時，人們希望設備的安全運行能夠得到進一步的保障。現在，GIS以其體積小、安全系數高等優勢越來越頻繁地在電力系統中得到了實際應用。一般來說，GIS設備是不需要額外維護的，但是，GIS可能會出現意外的故障，在出現故障時，對其修復將需要更長的時間，GIS的故障也將會對現有的電力系統造成極大的危害。GIS出現故障的主要原因是其絕緣老化，而造成其絕緣老化的主要因素是設備的局部放電。現在檢測局部放電方法有光學檢測法、化學檢測法、聲學檢測法、常規電測法和超高頻法。但由于每種方法都有其缺陷，使得檢測設備局部放電的精度不高。文章提出了基于超聲波的GIS局部放電檢測系統的整體方案。

關鍵詞：電能；GIS；局部放電；檢測報價；方案

中圖分類號：TM855 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）24-0005-02

1 GIS局部放電檢測發展現狀、研究的目的和意義

如今，無論在國內還是在國際上針對GIS的局部放電檢測技術都在高速發展，國內外已經有很多專家學者在GIS的局部放電檢測上取得了很大的突破，獲得了不錯的成績。

1.1 國內研究

清華大學在90年代相繼研制出來采用UHF法的便攜式局部放電檢測設備和GIS局部放電在線檢測系統，這兩種檢測局部放電的方法是采用外部的傳感器進行監測，實用性較強。但該方式和局部放電檢測設備對檢測到的信號不能夠很好的處理。

西安交通大學在90年代末研制出一種超寬頻帶局部放電傳感器。試驗證明，其對其頻率響應特性進行測量效果較好。

1.2 國外研究

英國的Strathclyde大學聯合NGC和Scottish Power plc共同設計出了一套UHF局部放電檢測系統。系統中斷路器工作時可能產生快速暫態過電壓（VFTO），為了有效的防止快速暫態過電壓的產生，應該對檢測系統實施相應的保護措施，鉗位二極管應該分別設置在UHF信號調節處和耦合器輸出處。但由于系統并不是依靠UHF局部放電信號進行分析，導致檢測系統的檢測精度不能得到保證。

瑞士大學研制出一種基于寬帶和窄帶結合的多通道、實時響應的GIS局部放電檢測系統。系統的中每個測量通道都含有一個低噪聲寬帶傳感器。此系統適合于在相關技術開發過程中的實驗室測試和GIS的長期監測。但是由于此系統的確切精度不能得到保證，需要進一步的研究。

21世紀初，俄羅斯科學家Arakelian針對GIS局部放電檢測提出物理—化學診斷方法，其的檢測原理是：一般來說，SF6中會含有部分雜質，所以當設備發生局部放電時，在溫度和壓力的作用下，設備內密度、濕度和酸堿度等參數會發生一些變化。根據參數的變化可分析得出局部放電的程度。但由于此方法的局限性一般用于輔助分析絕緣故障時使用。

此外，還有20世紀初日本大阪大學的Kawada提出的采用寬帶電磁波（E-M）動態頻譜分析的小波方法。

2 傳統檢測GIS局部放電的方法

傳統檢測GIS的局部放電方法主要可以劃分為兩種類型：電測法和非電測法，具體來說有以下五種檢測GIS局部放電的方法。

2.1 非電氣檢測局部放電法

2.1.1 光學檢測GIS局部放電法

在現有的檢測技術當中，光學檢測法來檢測放電產生的光是現有最靈敏的方法。采用光學檢測有時都可以檢測到一個光子的發射。玻璃和SF6氣體都有很強的吸光能力，所以在檢測是一般要采用透過石英透鏡。光學檢測GIS局部放電法在檢測已知點的局部放電比較有效。但將光學檢測GIS局部放電法用于檢測未知的放電源時，其靈敏度會受到很大影響。

2.1.2 化學檢測GIS局部放電法

化學檢測GIS局部放電法是檢測擊穿SF6后分解生產的其他物質來間接檢測局部放電的方法。通常電解SF6生成的氣體有SOF2和SO2F2，一般檢測這兩種氣體采用氣相色譜儀和質譜分析對氣體進行檢測，其靈敏度高。但化學檢測GIS局部放電法容易受到電氣的干擾，并且化學檢測GIS局部放電法所需時間較長，一般都需要幾個小時或者幾天的時間，這對其廣泛應用產生了影響。

2.1.3 聲學檢測GIS局部放電法

GIS中局部放電涉及到的聲音信號的帶寬一般在20～

250 kHz之間，帶寬較長，聲學檢測局部放電一般對其局部放電時產生的聲帶常采用加速度傳感器和聲發射傳感器等進行檢測。

2.2 電氣檢測局部放電法

2.2.1 常規電測法

常規電測法是在二十世紀八十年代提出的，后來常規電測法在對GIS局部放電檢測中得到了廣泛的應用。采用常規電測法對GIS局部放電進行測量時，一般通過對傳感器和GIS等值電容進行調節來提高檢測的靈敏度。但是采用常規電測法對GIS局部放電檢測時容易受到外部的電磁干擾。

2.2.2 超高頻法

超高頻法在20世紀80年代初期由英國提出。一般來說，超高頻法抗噪聲干擾能力較強，并且有很好的局放源定位能力。但當檢測與局放源距離較遠時，采集信號衰減會衰減的很快，所以采用超高頻法對GIS局部放電進行檢測時會需要較多的傳感器。

3 基于超聲波檢測局部放電的方法

在GIS局部放電中，不同的絕緣缺陷類型產生的局部放電會有不同的特征，要想研制出合適的檢測GIS局部放電的方法，要對不同類型的局部放電的波形放電相位等信號特征進行采集和分析。找出不同類型信號之間分別的依據。

為了采集到不同類型信號的數據的真實性，為了試驗裝置能更好的對GIS局部放電進行檢測，要保證試驗裝置滿足以下條件：

①要保證試驗裝置內應含有真實的GIS模型，GIS模型應該有和真實的GIS有相同的絕緣性能和絕緣結構，并且要保證GIS模型和真實的GIS一樣，有相同的SF6絕緣環境。

②試驗裝置中應包含充氣裝置，這樣方便了打開氣室來模擬各種絕緣缺陷和對各種局部放電進行模擬試驗。

③要求試驗裝置有較好的高壓試驗環境，這樣能夠減小自電暈放電的影響和電源的干擾。

④要求試驗裝置有一套對局部放電測量的系統，這樣能夠方便對信號比較和放電量的測量。

⑤具有一套超高頻測量系統，超高頻測量結果是在現場條件下希望用來進行放電類型判別和放電量估計的重要數據之一。

⑥試驗裝置應有必要的保護措施，包括高電壓保護和 SF6排放，以保證人員及設備的安全。

超聲波檢測裝置主要包括超聲傳感器、前置放大器、DSP高速數據采集系統、基于ARM的高性能嵌入式控制平臺和后臺具有強大數據分析能力的服務器等，首先將傳感器采集到的數字信號進行處理，本方法的主要內容是用超聲波法對絕緣缺陷類型確認和識別。處理之后通過網絡將處理之后的信號預處理后的信號傳送到遠程服務器，在收集到處理之后的信號后進行抗干擾處理并提取信號的特征參數，之后將收集到的成果存儲到信號特征數據庫。最后相關學者和專家對特征數據庫中的數據做出GIS絕緣狀態的相關診斷。

GIS局部放電對設備的正常運行時很重要的一步。對GIS局部放電檢測的思路主要包括檢測設備的選擇、對干擾的確定、判定絕緣缺陷的類型及對絕緣缺陷的定位，具體各個階段如圖1所示。

4 結 語

采用超聲波發對GIS局部放電進行檢測是一項十分繁瑣的工作，雖然采用超聲波發對GIS局部放電檢測有了一定的進展，但還有許多問題有待解決，如在現場對GIS局部放電進行檢測時，外界環境過于復雜，其中存在著大量未知的干擾，怎么去抑制外界干擾來得到正確的關于局部放電的數據是今后要面臨的一項挑戰；另外，GIS存在的絕緣缺陷的類型繁多，不同的絕緣缺陷類型會表現出不同的形態，今后還要不斷努力去精確確認各種局部放電類型。

參考文獻：

[1] 李立學.GIS局部放電超高頻包絡檢測研究[D].上海：上海交通大學，2009.

[2] 陳宏福.超聲波法檢測GIS局部放電的研究[D].上海：上海交通大學，2008.

[3] 王天健.GIS局部放電檢測與故障診斷[D].北京：北京交通大學，2010.