500kVGIL特高頻局部放電檢測技術

王賀+牛晨光+程超

摘 要：500kV氣體絕緣管道母線（以下簡稱“GIL”）運行過程中會因設備絕緣缺陷，引起電火花及電暈放電現象，導致運行中的GIL發生故障，通過特高頻局部放電檢測技術分析，總結特高頻局部放電典型缺陷圖譜特征，為特高頻局部放電檢測技術在后續500kV GIL現場檢修工作提供有效的技術支持。

關鍵詞：GIL；特高頻；局部放電；檢測技術

中圖分類號：TM855 文獻標識碼：A

1.概述

500kV氣體絕緣管道母線，簡稱“GIL”，在運行中會有超過一定長度的自由金屬體或懸浮電位體放電、母線內設備絕緣缺陷也會引起電火花及電暈放電，這些問題都會使運行中的GIL發生故障。且故障發生前，都會出現局部放電（PD：partial discharge）現象，在某些情況下，局部放電現象能夠存在數月甚至更長時間，每次局部放電都會對設備絕緣產生一定程度的損壞，而且這種損壞會逐漸積累，當其累計損壞量足夠大時，就會擊穿絕緣介質進而造成短路，使GIL設備徹底損壞。

局部放電是一種脈沖放電，是沒有貫穿施加電壓導體之間的部分區域放電，它會在電力設備內部和周圍空間產生一系列的光、聲、熱、電氣和機械的振動等物理現象和化學變化。研究表明，絕緣介質在發生擊穿前都會產生局部放電，因此局部放電是設備絕緣缺陷的重要征兆和表現形式。特高頻局部放電檢測是通過特高頻傳感器對電力設備中局部放電時產生的特高頻電磁（300MHz≤f≤3GHz）信號進行檢測，獲得局部放電相關信息，實現局部放電檢測；由于現場電暈干擾主要集中在300MHz頻段以下，因此特高頻法能有效地避開現場電暈等干擾信號，具有較高的靈敏度、抗干擾能力強、實現局部放電在線定位、檢測頻段高等優點，采用特高頻局部放電測量方法能夠檢測到GIL設備內部局部放電現象，并可通過分析波形確定缺陷種類，并對故障點進行定位，快速查找故障點，消除GIL隱患。

2.檢測原理與檢測方法

2.1 GIL局部放電檢測檢測原理

GIL內每一次局部放電發生時都會有正負電荷的中和，同時伴隨一個持續時間極短的電流脈沖，波頭時間一般不超過幾個ns，同時由于GIL內SF6氣體絕緣強度和擊穿場強都很高，當在很小范圍發生局部放電時，可以激發出高達300MHz～3GHz的電磁波信號，可沿由導體和外殼組成的同軸結構在GIL內傳播，并可通過盆式絕緣子等非金屬部件泄露至GIL外部空間。

特高頻（Ultra High Frequency，UHF）法通過裝設在GIL內部或外部的UHF傳感器檢測GIL內部局部放電激發的特高頻電磁波，隨后再使用測量儀器和計算機對信號進行分析。其基本檢測原理如圖1所示。

2.2 檢測方法

特高頻局部檢測儀由特高頻傳感器、信號放大器（可選）、濾波器（可選）、檢測儀主機、分析主機（筆記本電腦）組成。

2.2.1 檢測條件

①被檢設備是帶電運行設備，絕緣盆子為非金屬封閉或內置有UHF傳感器。

②GIL設備為額定氣體壓力，在GIL設備上無其他外部作業。

③檢測時應最大限度地保證測試周圍信號干凈，盡量減少人為制造的干擾信號，例如：手機信號、照明燈信號、照相機閃光燈信號等。

④傳感器接口應與試驗儀器接口緊密接觸，防止因接觸不良引起外部干擾。

2.2.2 操作流程

①設備連接

按照設備接線圖連接測試儀各部件，將傳感器固定在盆式絕緣子上，將檢測儀主機及傳感器正確接地，電腦、檢測儀主機連接電源，開機。

②工況檢查

開機后，運行檢測軟件，檢查主機與電腦通信狀況、同步狀態、相位偏移等參數；進行系統自檢，確認各檢測通道工作正常。

③設置檢測參數

設置變電站名稱、檢測位置并做好標注。根據現場噪聲水平設定各通道信號檢測閾值。

④信號檢測

打開、連接傳感器的檢測通道，觀察檢測到的信號。若發現信號無異常，保存少量數據，退出并改變檢測位置繼續下一個檢測點；若發現信號異常，則延長檢測時間并記錄多組數據，進入異常診斷流程，必要的情況下，可接入示波器檢測原始波形。

3.試驗數據初步分析

3.1 典型缺陷圖譜分析

GIL特高頻局放測量結束后，需對得到的PRPS圖譜、PRPD圖譜和峰值檢測圖譜進行分析判斷。若存在放電現象、需進一步分析是否為GIL內部放電以及為何種放電現象。目前國內外常用的分析方法為對比分析法，即對比歷史中已出現過放電現象對應的典型缺陷圖譜，通過尋找相似性進行判斷。

3.2 外部干擾典型圖譜

當所得圖譜存在放電現象時，首先需要判斷該放電現象是否為外部干擾所致。現場最常見的干擾信號為熒光干擾、移動電話干擾、馬達干擾以及雷達干擾。最常見的4種干擾信號圖譜特征如下：

（1）熒光干擾信號幅值較為分散，一般情況下工頻相關性弱。

（2）移動電話干擾信號工頻相關性弱，有特定重復頻率，幅值變化規律。

（3）馬達干擾信號無工頻相關性，幅值分布較分散，重復率低。

④雷達干擾信號有規律重復產生但無工頻相關性，幅值變化有規律。

3.3 GIL內部放電典型圖譜

GIL內部放電主要有4類：電暈放電、空穴放電、自由金屬顆粒放電和懸浮電位放電，其對應的典型圖譜如下：

（1）電暈放電典型圖譜

電暈放電信號的極性效應非常明顯，通常在工頻相位的負半周或正半周出現，放電信號強度較弱且相位分布較寬，放電次數較多。在較高電壓等級下另一個半周也會出現放電信號，幅值更高且相位分布較窄，放電次數較少。典型圖譜如圖1所示。

（2）空穴放電典型圖譜

空穴放電信號通常在工頻相位的正、負半周均會出現，且具有一定的對稱性，放電幅值較分散，且放電次數較少。典型圖譜如圖2所示。

（3）自由金屬顆粒放電典型圖譜

自由金屬顆粒放電信號極性效應不明顯，任意相位上均有分布，放電次數少，放電幅值無明顯規律，放電信號時間間隔不穩定。提高電壓等級放電幅值增大但放電間隔降低。典型圖譜如圖3所示。

（4）懸浮電位放電典型圖譜

懸浮電位放電信號通常在工頻相位的正、負半周均會出現，且具有一定對稱性，放電信號幅值很大且相鄰放電信號時間間隔基本一致，放電次數少，放電重復率低，PRPS圖譜具有“內八字”或“外八字”分布特征。典型圖譜如圖4所示。

3.4 異常信號診斷注意事項

GIL局部放電檢測時，可利用下述原則進行異常情況的判斷：

3.4.1 當在空氣中也能檢測到異常信號時，首先要觀察分析環境中可能存在的干擾源，應先去除干擾后再進行檢測、分析。

3.4.2 當傳感器放置于盆式絕緣子后檢測出異常信號，應拿開傳感器再查看在空氣中檢測到的圖譜是否與之一致。若一致，則基本可以斷定為外部干擾，否則需進一步檢測判斷。

3.4.3 當某間隔檢測出異常信號時，應進一步檢測相鄰間隔是否也存在類似異常信號。若無，則所測間隔的異常信號可能為內部信號。

3.4.4 檢測出異常信號時，利用人工智能分析軟件判斷是否為放電，并查看檢測出的三維圖譜與典型缺陷圖譜是否相似。

3.4.5 檢測出異常信號時，必要時應用工具把傳感器放置于盆式絕緣子處進行長時間檢測（至少15分鐘），并通過分析峰值監測圖譜、放電重復率圖譜等局放圖譜進行判斷。

結語

本文總結了特高頻檢測技術應用于GIL局部放電檢測時常見的4種典型缺陷圖譜，局部放電類型識別的準確程度取決于經驗和數據的不斷積累，檢測結果和檢修結果確定以后，應保留波形和譜圖數據，作為今后局部放電類型識別的依據，對未來GIL局部放電檢測技術的發展具有重要意義。

參考文獻

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