超聲波與特高頻方法下的GIS局部放電檢測技術分析

徐飛+黃鋒+張劍彪

摘要：文章對超聲波與特高頻聯合診斷GIS缺陷的檢測方面進行分析，通過在現場對該種方式的應用發現，有一定的放電缺陷存在于GIS的局部中，在時差法的采用下對放電源的具體位置進行了定位，最終消除了缺陷，杜絕了安全事故的發生。

關鍵詞：超聲波；特高頻；GIS；局部放電檢測技術；缺陷檢測 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM855 文章編號：1009-2374（2016）34-0040-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.34.020

1 研究背景

在電力系統整個的運行穩定性中，GIS這一設備都發揮著不可或缺的重要作用，一旦有故障發生，極有可能引起大面積的停電事故。由于受到GIS設備自身特殊性的影響，其在停電檢修的操作中需要有大量的人力物力投入，此外所耗費的維修時間也相對較長，因而所造成的經濟損失較大。對于GIS這一設備而言，無論是在安裝、制造，還是在運行和運輸環節，均可能有一定的安全隱患產生，最終形成絕緣缺陷。筆者所掌握的缺陷主要有尖端放電、固體絕緣件的內部放電、自由微粒以及懸浮放電等。文章主要是以A市的某一個220kV的變電站為案例進行分析，將對超聲波、特高頻、GIS局部的放電缺陷以及定位和診斷的方式方法進行分析，并將相關的解決措施闡述出來。

2 關于局部放電檢測的方式分析

2.1 超聲波法

所謂超聲波局部放電的檢測方法是通過對壓電式傳感器的利用，接收到放電時所產生的脈沖波，此方法能夠在超聲波定位作用下將放電位置確定出來，并且極少遭受到周圍電磁的干擾，然而超聲波有著復雜的信號傳播途徑，因而容易遭受到其他振動信號的影響。

2.2 特高頻法

所謂的特高頻檢測法，是指在有局部放電輻射所引起的特高頻電磁波的接收影響下將局部放電有效性的檢測結果實現的這樣一個過程，一般檢測的頻段為300MHz～3GHz，由于在300MHz的頻段下是主要的現場電暈集中地，因而在特高頻法的采用下能夠將現場電源類的干擾源有效避開。在時常使用的局部帶電檢測設備中，如變壓器、GIS以及全封閉的罐式斷路器等，由于它們自身的定位精確度不足，因而必須在其他方式的結合下，共同對局部放電發生的位置進行定位，才能夠滿足操作的需要。

2.3 聲電聯合的檢測方式

聲電聯合法能夠同時對超聲信息和局部放電信號中的特高頻信息進行提取，在分析對比兩種信號以后，能夠判斷出在信號中是否具備一致性，同時有助于有效地將現場干擾的情況排除掉，進而將識別缺陷類型的準確度提高。在采取聲電聯合定位技術的情況下，能夠有效地將超聲法的精確定位和特高頻法的快速定位等功能結合在一起，首先通過對特高頻法的利用能夠將定位放電的位置初步確定出來，隨后在不同位置超聲波測量的進行下，能夠將傳播時差計算出來，并在信號傳播路徑的結合下，能夠將局部放電的發生位置計算出來，以此來將局部放電的定位準確性提高。

3 實際檢測的案例分析

筆者在對某變電站的220kV GIS例行進行帶電狀態的檢測操作時，通過特高頻和超聲波聯合檢測的方式發現，有嚴重的局部放電缺陷存在于110kV的GIS516的間隔C相之中的出線氣室內部，并在聲電聯合的定位和診斷之下，能夠將位于故障點C相的套管底座下部中的支撐絕緣子確定出來，并將其同導電桿相連接，此時的放電類型便屬于懸浮放電。在檢查其解體后，筆者發現有松動的等電位彈簧螺栓的情況在516C相的出現氣室內的支撐絕緣子的屏蔽罩以及導電桿的連接處出現了，并且有較為明顯的燒傷痕跡在屏蔽罩和導電桿中出現，也有放電粉塵分布在支撐的絕緣子上。在處理好現場的故障部位以后，復測的過程中沒有信號異常的情況發生，有效地將電網設備的故障事故避免了（如圖1為110kV的GIS516的間隔C相傳感器和出線氣室布置）。

在分別使用特高頻和超聲波兩種方法的情況下，檢測了516間隔中C相的出線氣室（如圖2、圖3所檢測到的特高頻信號、超聲波信號）。

從圖中我們能夠看出，超聲波有著明顯的連續圖譜100Hz，有2簇波峰在相位圖譜的1個工頻的周期中出現，有2個簇幅值的等高信號在1個特高頻圖譜的工頻周期中出現，顯然這是同懸浮電位的典型放電特征相符合的，可見有懸浮電位放電型的缺陷存在于516間隔的C相出現氣室當中。為了將內部放電的位置精確查找出來，需要在高速示波器的采用下進行，在聯合特高頻和超聲波的定位功能之后，對該放電源的具體位置進行了定位分析。正如上圖中所看到的超聲波和高頻等兩大傳感器所處的位置（如圖4為信號檢測的結果）。

由圖4可知，局部放電的信號在超聲和特高頻中均被檢測到了，并且它們能夠相互對應，這便說明兩種方式所檢測到的信號是相同的。并且放電現象每隔10ms會出現一次，此時脈沖幅值、特高頻的信號間隔等寬之間基本是相一致的，這便意味著信號是典型懸浮的放電信號，在分析原始的時域波形后，還對其先前檢測的結果進行了驗證。

在聲電聯合的定位功能運用下，能夠將放電起始點的作為特高頻的信號，在超聲波和特高頻信號之間時延差的計算下，將放電源的位置確定出來，可見能夠將相關的放電源定位在套管的附近位置確定出來。由于在516間隔的C相中出線氣室沒帶有盆式的絕緣子，因而進一步的精確定位只有在兩個超聲波傳感器的同時采用下進行。在多次超聲移動傳感器的利用之下，通過對兩個超聲波傳感器的時延差的定位分析，發現有異常信號點的情況在超聲傳感器的附近區域出現，這便是支撐絕緣子的屏蔽罩同導電桿之間的連接處。

4 檢測設備解體的具體情況分析

在解體檢查516出現的間隔以后，筆者在超聲波定位的結果進行分析以后，將516間隔的出線氣室中C相的側面蓋板打開了，隨后檢查了GIS內發現有大量的粉塵在516C相的管側水平導線桿以及支撐絕緣子的連接處存在，并且在拆除C相水平的導電桿后發現，屏蔽罩和水平導電桿等電位的癱瘓螺栓已經被燒蝕了。

5 缺陷的產生原因及其處理方式分析

在GIS帶電檢測同定位結果的參照下，將解體的實際情況結合了起來，對相關的缺陷產生原因進行了分析：支撐絕緣子的屏蔽罩和導電桿在螺栓彈簧連接的作用下對等電位進行了連接，由于516中的CISC相的水平導電桿同支撐絕緣子的屏蔽罩之間有錯位發生，使得屏蔽罩和導電桿的等電位螺栓彈簧之間發生了不良接觸，隨后有懸浮放電的情況產生；螺栓彈簧會因為受到放電的影響而被燒蝕，此時的屏蔽罩屬于完全懸浮的狀態，隨后有其他的懸浮放電出現在緊挨著導電桿與屏蔽罩之間的位置或附近，顯然會有大量的金屬粉塵在放電的過程中產生。處理方式主要是：將被損壞的螺栓更換掉，處理導電桿的表面，將由于放電原因所形成的粉塵徹底清理掉，在抽真空處理氣室的氮氣以后需要將合格的SF6注入其中，待靜止24小時以后，需要微水處理氣體以及將剩余的產物分解掉，隨后再進行回路電阻的試驗，耐壓交流，直到試驗合格后才能夠允許投入使用，待使用運行后需要對該間隔再次進行GIS的超高頻和超聲波的局部放電檢測操作，直到沒有任何異常為止。

6 結語

綜上所述，在聯合超聲波和特高頻兩種帶電檢測技術進行檢測操作時，能夠有效地將潛伏在GIS內部的缺陷發現，從而將診斷缺陷的效率提高，并在相關超聲波和特高頻的遵循下能夠將缺陷定位的準確度提高，以便于為GIS的檢修提供重要的參考依據。針對于故障診斷的操作，需要在停電試驗、帶電檢測以及在線檢測的充分結合下進行，必要的時候能夠在解體檢查的利用下對故障的位置進行參照，對故障產生的原因進行分析，盡可能地將故障沒有被檢查到情況避免掉。

在本質上懸浮電位的缺陷有著較小的故障發生率，但是從文章案例中所發現的缺陷來看，有較大的懸浮電位的放電強度存在，這就可能存在金屬粉塵的產生將閃絡擊穿的情況，類似于屏蔽罩一類的金屬部件就可能有接觸不良的情況發生，此時金屬部件就容易脫落，隨后便有事故出現的風險。在GIS交接或者出廠的試驗中不一定能夠將設備所有隱藏的缺陷發現，在正式投入運營設備以后，可能會有較大設備狀態的情況存在，因而需要在設備投入運營之后做好相關的帶電檢測工作。

參考文獻

[1] 劉山.基于超聲波、特高頻方法的GIS局部放電檢測技術研究[D].華北電力大學，2015.

[2] 王偉平，何炳鋒.基于特高頻法GIS局部放電在線檢測技術的分析與應用[J].高壓電器，2015，（4）.

作者簡介：徐飛（1987-），男，山西五臺人，國網太原供電公司助理工程師，研究方向：電氣工程及其自動化。

（責任編輯：黃銀芳）