220kV GIS特高頻法帶電檢測技術分析與應用

陳 聰，關萬琳，張德文，周 揚，尚書磊，張 朋

(1.中電華創電力技術研究有限公司，上海200086 ；2.國網黑龍江省電力有限公司電力科學研究院，哈爾濱 150030)

220kV GIS特高頻法帶電檢測技術分析與應用

陳 聰1，關萬琳2，張德文2，周 揚2，尚書磊2，張 朋2

(1.中電華創電力技術研究有限公司，上海200086 ；2.國網黑龍江省電力有限公司電力科學研究院，哈爾濱 150030)

為了消除現場干擾對檢測信號的識別與定性造成的影響，闡述了GIS帶電檢測主要方法，分析了某500kV變電站220kV戶外GIS的特高頻帶電檢測方法，即用多種傳感器截取信號的時差特征來排除信號干擾源，并結合其他帶電檢測方法進行綜合判斷。檢測結果表明，異常信號來自GIS罐體內部，并對缺陷類型做出了初步診斷。GIS特高頻法帶電檢測能夠準確定位缺陷故障，對排除帶電檢測現場信號干擾具有一定的參考意義。

特高頻；帶電檢測；GIS；局部放電

帶電檢測是GIS局部放電檢測方法中診斷其絕緣性能的有效方式之一，其中特高頻(UHF)檢測技術是在300～1 500 MHz寬頻帶內接收局部放電發出的特高頻電磁脈沖信號，利用內置式或外置式的UHF傳感器接收電磁波信號，根據信號的時差，可以進行缺陷故障定位。對GIS進行局部放電帶電檢測已發展成為評估電網設備運行狀態的重要手段[1]。帶電檢測方法有很多種，每種方法都有相應的特點和優勢。其中，特高頻法抵抗現場的電暈干擾能力較強，精確度與靈敏度較高，借助聲電聯合可以實現故障定位，但是工作現場的外界干擾較大[2]，很難判斷信號源是否來自罐體的問題。基于此，本文以某500 kV變電站220 kV戶外GIS的特高頻帶電檢測分析為例，采用特高頻法，利用PDS-1500局放帶電檢測系統與T90局放檢測儀對局放信號檢測定位，排除了帶電檢測的現場信號干擾，檢測出輸變電設備潛伏性故障。

1 GIS帶電檢測主要方法

目前，GIS常用的局放放電檢測方法有特高頻法、超聲波法(即高頻電流耦合法)以及結合多種測試技術的聲電聯合局放測試技術[3]。

1.1 特高頻(UHF)法

電力設備絕緣體中絕緣強度和擊穿場強都很高，當局部放電在很小的范圍內發生時，擊穿過程很快，產生很陡的脈沖電流，其上升時間小于1 ns，并激發頻率高達數GHz的電磁波[4]。特高頻(UHF)法基本原理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波(300 MHz≤f≤3 GHz)信號進行檢測，從而獲得局部放電的相關信息，實現局部放電監測[5]。根據現場設備情況的不同，可采用內置式特高頻傳感器或外置式特高頻傳感器。由于現場的電暈干擾主要集中在300 MHz頻段以下，因此UHF法能有效地避開現場的電暈干擾，具有較高的靈敏度和抗干擾能力，可實現局部放電的帶電檢測、定位以及缺陷類型識別等[6]。

1.2 超聲(AE)法

電力設備內部產生局部放電信號時，會產生沖擊的振動及聲音。超聲波法主要是通過在設備腔體外壁上安裝超聲波傳感器來測量局部放電信號。該方法的優點是傳感器與電力設備的電氣回路無任何聯系，不受電氣方面的干擾，但在現場使用時易受周圍環境噪聲或設備機械振動的影響[7]。

超聲檢測法雖然定位準確，但是超聲對電力設備常用絕緣材料影響較大，檢測范圍有限，而且GIS各個氣室的結構、尺寸不同，傳感器的空間坐標難以確定，使得在現場應用時受到一定的制約[8]。

1.3 高頻(UFCT)法

當電力設備發生局部放電時，高頻放電電流會沿著接地線向大地傳播。高頻法是通過在接地線上安裝HFCT檢測高頻電流信號，實現局部放電檢測[9]。HFCT一般使用Rogowski線圈方式，在環狀磁芯材料上圍繞多圈的導電線圈，高頻電流穿過磁芯中心引起的高頻交變電磁場會在線圈上產生感應電壓。由于HFCT傳感器的測量回路與北側電纜之間沒有直接的電氣連接，屬于非侵入式的檢測方法，被檢測設備不需要停運，因此常被用于局放檢測[10]。

2 實例分析

在某500kV變電站220 kV側戶外GIS，220 kV甲母母聯2245間隔至備用間隔發現異常信號，本文采用特高頻法，利用PDS-1500局放帶電檢測系統與T90局放檢測儀對局放信號檢測定位，排除干擾。

2.1 檢測位置與過程

220kV甲母母聯2245間隔至備用間隔檢測位置如圖1、圖2所示。

在2天內對被檢測設備進行檢測及復測。在檢測期間，異常信號(低通)PRPD與PRPS圖譜無信號，選擇全通時信號特征表現雜亂，無規律，幅值不大，工頻相關性不強。在檢測儀器選用高通時，異常信號持續性強，出現典型圖譜。8日與9日檢測到的異常信號PRPD與PRPS圖譜(高通)如圖3所示。

圖1 備用間隔檢測點可見光圖片Fig.1 Visible light of spare interval testing point

圖2 2245間隔檢測點可見光圖片Fig.2 Visible light of 2245 interval testing point

圖3 普測測試數據Fig.3 General test data

背景噪聲圖譜如圖4所示。異常信號出現在圖1、圖2中7個檢測點。除圖1母線上盆式絕緣子檢測點7無金屬屏蔽外，其他均為金屬封閉盆子打開的澆注孔。

在檢測過程中，備用間隔側的檢測點1、檢測點2、檢測點3的信號(高通)幅值依次增強，檢測點1基本無信號，檢測點2信號具有間歇性，檢測點3信號明顯，具有持續性，工頻相關性強，具有典型圖譜特征，如圖5所示。在220 kV甲母母聯2245間隔的檢測點4、檢測點5、檢測點6的信號依次減弱，在檢測點6處儀器選用全通、高通和低通濾波均檢測不到信號。檢測點7為2245間隔甲母母線上盆子，信號幅值較高，持續性強。綜合以上7個檢測點所檢測到的信號的強度梯度和持續性，可以初步判斷信號來源在備用間隔與2245母聯間隔之間，而且靠近母線上的盆式絕緣子處。

圖4 背景噪聲Fig.4 Background noise

圖5 檢測點3信號(高通)Fig.5 No.3 testing point signal(Highpass)

2.2 檢測數據分析

2.2.1 排除干擾方法

為了確定信號來自GIS罐體內部，檢測時使用屏蔽效果良好的銅網，將傳感器與盆式絕緣子封閉包裹住。對檢測點1至檢測點6的檢測時，將檢測點7所在的無金屬封閉盆子用銅網屏蔽，確保信號不會從外界進入GIS罐體。在采用屏蔽的同時，用G1500局放定位系統確定信號位置，選取3個特高頻探頭放置在檢測點3，兩側及上下空間中分2次放置。在GIS罐體澆注孔放置的傳感器接收到的信號始終超前于空間中信號，這說明異常信號來自組合電器罐體內部。

2.2.2 定位信號來源與原因分析

根據信號幅值梯度以及G1500局放定位系統獲取的信號時差可知，檢測點3及檢測點7局放信號幅值較高，信號持續性強，離檢測點7越遠的澆注孔測到的信號越弱，符合特高頻信號衰減特性。G1500特高頻傳感器在檢測點3與檢測點7捕捉的信號時差極其接近，用PDS-T90測得信號強度僅次于檢測點3與檢測點7、檢測點4所放置的傳感器捕捉到的信號，較前兩處時差較大，超聲信號基本與背景值接近，SF6分解產物未檢測到數值，說明罐體內放電并不劇烈，沒有自由顆粒跳動。通過PDS-T90檢測到的圖譜得知極性效應明顯，放電次數多，幅值分散性較小，初步判斷為放電量不大的電暈放電。

通過分析，電暈放電主要原因有：

1)在2245甲母母聯間隔至備用間隔兩側有伸縮管(備用間隔檢測點見圖1的7處)，由于環境溫度變化較大，兩個伸縮管之間的部分產生位移，造成在檢測點7的盆式絕緣子的觸頭座處產生雜質造成電暈放電，然而雜質并未掉落至罐體，因此沒有造成自由顆粒缺陷，超聲未檢測到信號。

2)由于同步電源信號偏移，無法確定信號一直在工頻相位負半軸，因此推測電暈信號可能來自罐體，由質量較大的雜質造成的。

3 結 論

1) 局部放電帶電檢測可以在設備不斷電、不改變運行狀態的情況下監測GIS的設備工況，有利于提高檢修工作的針對性。

2) 由于現場工況復雜，單一的檢測方法不足以掌握設備的具體情況。因此，多種檢測方法能夠檢測輸變電設備潛伏性故障，排除現場干擾，具有效率高、靈敏度強、定位準確的優勢。

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(編輯 侯世春)

Analysis and field application of UHF live detection technology of 220kV GIS

CHEN Cong1,GUAN Wanlin2,ZHANG Dewen2,ZHOU Yang2,SHANG Shulei2,ZHANG Peng2

(1.China Power Hua Chuang Electricity Technology Research Co.,Ltd.,Shanghai 200086,China;2.Electric Power Research Institute of State Grid Heilongjiang Electric Power Co.,Ltd.,Harbin 150030,China)

In order to eliminate the influence of field interference on the recognition and characterization of the detection signal,the main methods of GIS live detection are expounded.The UHF live detection method of 220kV outdoor GIS in a 500kV substation is analyzed,that is,the characteristic of time difference caused in intercepting the signal by different sensors is used to eliminate the signal interference source.And other live detection methods are combined for comprehensive judgments.The results show that the abnormal signal is from the inside of the GIS tank and the initial diagnosis of the defect type is made.GIS UHF method can accurately locate the defect fault,and it has certain reference value for eliminating the interference of live detection signal.

UHF; live detection; GIS; partial discharge

2017-03-02；

2017-05-31。

陳 聰(1988—)，男，碩士，工程師，研究方向為電力設備局部放電在線診斷技術。

TM835.4

A

2095-6843(2017)04-0340-03