GIS特高頻局部放電檢測定位方法

馮新巖，孟慶承，李凱，王鳳超

（國網山東省電力公司檢修公司，濟南250118）

·班組創新·

GIS特高頻局部放電檢測定位方法

馮新巖，孟慶承，李凱，王鳳超

（國網山東省電力公司檢修公司，濟南250118）

放電源定位是GIS局部放電檢測過程中非常重要的一個步驟。通過定位信號源，可以準確判斷信號是否來自GIS內部，并進一步確認故障元件位置，提高檢修工作效率。介紹特高頻法局部放電檢測的幾種定位方法，以及這幾種方法的適用場合。現場檢測表明，熟練掌握定位方法是現場有效開展特高頻局部放電檢測的關鍵環節。

特高頻；局部放電；時差定位法；GIS

0 引言

特高頻法局部放電檢測技術已在GIS現場安全維護中廣泛應用，為設備檢修維護方案提供有效的支持手段［1-2］。與其他局部放電檢測手段相比，特高頻法具有靈敏度高、定位便捷的優點。放電源的精確定位，能夠極大地方便查找缺陷元件及診斷放電類型，提高檢修工作效率［3］。另外，現場檢測中遇到的許多干擾，也需要通過定位才能排除。因此，放電源定位是特高頻局部放電檢測過程中的一個關鍵步驟。

特高頻法的放電源定位分為幅值比較定位法及時差定位法兩類［4-5］。前者使用儀器觀察信號幅值變化，對放電源位置進行粗略定位；后者采用多個傳感器采集信號，經過相同規格和長度的線纜分別接入高速示波器，通過比較信號起始點時間先后及時間差判斷信號來源，并且能夠精確計算位置。根據被定位信號源位置的不同，時差定位法又可進一步分為平分面法和時差法［6］。

1 幅值比較定位法

幅值比較法的基本思路是距離放電源最近的傳感器檢測到的信號最強［7-8］。當在多個點同時檢測到放電信號時，信號強度最大的測試點可判斷為最接近放電源的信號點。幅值比較法原理簡單，適用于檢測人員對放電源初步定位，但其準確性也容易受到其他因素的影響，如當放電信號很強時，在較小的距離范圍內難以觀察到明顯的信號強度變化，使幅值比較精確定位面臨困難。

另外，當GIS設備外部存在干擾源時，也會在不同位置產生強度類似的信號，難以有效定位。在發現有放電特征的信號后，應將傳感器朝向外側，對比兩個信號特征及幅值，若空氣中同樣存在相位及變化規律相似的信號，且外部信號幅值大于內部信號，則初步識別信號來自外部。

2 時差定位法

時差定位法的基本思路是距離放電源最近的傳感器檢測到的時域信號最超前。定位步驟主要包括定位信號源是否來自GIS內部、時差計算法定位內部放電位置以及平分面法對空氣中信號定位。

2.1 信號源是否來自GIS內部

通常采用兩個傳感器，首先將傳感器A放置于

盆式絕緣子處，然后將傳感器B接收面朝向外側，以傳感器A為中心，沿盆式絕緣子圓周方向不斷移動，如圖1所示。若傳感器A的信號始終領先傳感器B的信號，則可判斷信號來自設備內部；反之，則信號來自外部，可進一步移動傳感器B，根據時差變化情況，大致判斷外部信號位置。

圖1 信號源判斷

2.2 內部放電位置定位

當確定異常信號為GIS內部放電產生時，可采用時差計算法定位內部放電位置，時差計算法原理如圖2所示。在確定信號源位于位置A附近后，可在鄰近兩側位置B1和B2分別放置傳感器，測量兩傳感器之間軸向距離L，并通過示波器讀取兩傳感器接收信號時差Δt，設內部放電放電源距較近的傳感器距離為x，可按公式（1）計算局部放電放電源的具體位置。

式中：c為電磁波等效傳播速度，取3×108m／s。

圖2 時差定位法原理

2014年3月，對某500 kV變電站GIS進行帶電檢測時，發現4號主變壓器220 kV側204-3 C相開關氣室存在明顯的異常放電信號，采用特高頻時差定位法，放電源定位于204-3 C相開關觸頭位置，如圖3所示，放電類型為懸浮放電。解體檢查后，發現204-3 C相開關氣室內開關操作撥叉與動觸頭連接處等電位彈簧未安裝，撥叉上有明顯燒傷痕跡，傳動的絕緣子上布滿放電粉塵，如圖4所示。隨后對有燒蝕的撥叉進行了更換，對絕緣子及整個氣室進行了清理后，恢復后復測異常信號消失。

圖3 204-3開關定位示意

圖4 GIS內部放電情況

2.3 外部放電源定位

當定位信號源位于GIS外部時，為找到并消除干擾信號，或為進一步判斷信號是否為附近其他設備異常放電引起，可采用平分面法進行精確定位，如圖5所示。

左右方向移動兩個傳感器，直至示波器兩個通道信號重疊，確定放電源位于兩傳感器連線的垂直平分面P1上；前后移動兩個傳感器，直至示波器兩個通道信號重疊，確定放電源位于兩傳感器連線的垂直平分面P2上，即P1、P2相交的垂直平分線M上；沿線M上下方向移動兩個傳感器，直至示波器兩個通道信號重疊，則放電源位于兩傳感器連線的垂直平分面P3上，最終確定放電源位于P1、P2和P3的交點上。

圖5 平分面定位示意

若受檢測條件限制無法進行上下方向定位，可采用三角形法進行定位，如圖6所示。確定放電源所在的垂直平分線M后，將傳感器1置于地面與此線的交點上，傳感器2置于附近地面，放電源、傳感器1、傳感器2形成一個直角三角形。設放電源到達傳感器1的距離為X，到達傳感器2的距離為Y，測量兩個傳感器的距離L，通過示波器讀取時差Δt，則

2015年6月，在對某變電站220 kV GIS帶電檢測過程中，發現某間隔附近存在幅值很大的特高頻信號，信號波形呈懸浮放電特征，采用平分面法定位，確定放電源位于A相出線套管所在的垂直平分線上。采用三角形法計算高度，判斷缺陷位于A相出線套管內部上端。返廠解體檢查，發現導電桿法蘭與套管法蘭連接面涂膠過量，接觸不良，螺栓孔處產生懸浮放電，如圖7所示。

圖7 存在異常放電的套管

由此可見，確定為GIS外部的特高頻信號，也應進行定位，以便查找是否為其他套管或其他設備放電引起。

3 減小定位誤差法

為減少測量設備硬件采樣率低造成信號初始峰衰減畸變，導致初始峰辨別誤差增大，應使用帶寬不低于1 GHz，采樣率不低于4 GHz的高速示波器。

對同一信號，應進行多次測量，取多次讀取的時間差平均值。

檢測時應保持傳感器與盆式絕緣子緊密接觸且保持穩定，避免傳感器摩擦引起干擾信號；傳感器應放置于兩根禁錮盆式絕緣子螺栓的中間，以減少螺栓對內部電磁波的屏蔽。

特高頻傳感器及同軸電纜規格參數應相同，以減小延時誤差；在精確定位時，傳感器應保持方向一致，避免示波器波形反向，造成誤差。

另外，當存在多個放電源時，不能只對幅值大的信號定位，應逐個進行，避免遺漏內部較小放電信號。

4 結語

特高頻法局部放電檢測可采用幅值法進行簡單初步定位，利用時差法進行精確定位。當幅值法與時差法定位結果不一致時，應以時差法定位結果為準。

時差定位法雖然操作復雜，對人員要求高，但可以準確判斷信號源位置，從而根據位置判斷是否干擾以及可能的缺陷類型，相對檢波波形分析法而言判斷更準確。

除本文提到的幾種方法外，特高頻局部放電檢測定位方法還包括聲電聯合定位法，其定位精度更高，但必須能夠同時檢測到同一信號源的超聲波信號和特高頻信號，實際應用中存在較大的局限性。

［1］姚勇，岳彥峰，黃興泉.GIS超高頻/超聲波局放檢測方法的現場應用［J］.高電壓技術，2008，34（2）：422-424.

［2］肖燕，郁惟鏞.GIS中局部放電在線監測研究的現狀與展望［J］.高電壓技術，2005，31（1）：47-49.

［3］劉君華，姚明，王江，等.基于GIS中電磁波傳播路徑特性的局放源定位方法［J］.電力系統自動化，2008，32（21）：77-81.

［4］司文榮，李軍浩，袁鵬，等.氣體絕緣組合電器多局部放電源的檢測與識別［J］.中國電機工程學報，2009，29（16）：119-126.

［5］錢勇，黃成軍，江秀臣，等.GIS中局部放電在線監測現狀及發展［J］.高壓電器，2004，40（6）：453-456.

［6］SI Y，JIA X，GUO Z，et al.Research on Gas Insulated Switchgear Internal Fault Diagnostic Methods［C］//International Conference on Advances in Mechanical Engineering and Industrial Informatics.Atlantis Press，2015.

［7］金立軍，張明銳，劉衛東.GIS局部放電故障診斷試驗研究［J］.電工技術學報，2005，20（11）：88-92.

［8］律方成，金虎，王子建，等.基于組合核多特征融合的GIS局部放電檢測與識別［J］.電工技術學報，2014，29（10）：334-340.

Discussion on Fault Location in the Partial Discharge Detection of GIS with the UHF Method

FENG Xinyan，MENG Qingchen，LI Kai，WANG Fengchao
（State Grid Shandong Electric Power Maintenance Company，Jinan 250118，China）

Recognition and location of the partial discharge（PD）source is the key point of the PD detection of GIS.By locating the PD source，it can be diagnosed accurately that whether the PD signal come from inside of GIS and the location of the fault elements. Several location methods using ultra high frequency（UHF）and their applications are introduced in the paper.Field test experience shows that proficiency in location method of the key link of the partial discharge detection of GIS with the UHF method.

UHF；partial discharge；time different location；GIS

TM835

B

1007－9904（2016）10－0072－03

2016-04-29

馮新巖（1980），男，工程師，從事電氣試驗工作。