GIS設備現場交流耐壓試驗閃絡定位技術研究

董偉

摘 要：文章介紹了GIS設備現場交流耐壓試驗閃絡時超聲波定位檢測技術，并以500 kV GIS交流耐壓試驗時的多處放電故障為定位實例，重點介紹了放電故障超聲波定位的流程和分析方法，并確定故障的原因是盆式絕緣子沿面閃絡。

關鍵詞：現場交流耐壓試驗；超聲波；閃絡定位

中圖分類號：TM595 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）03-0154-01

1 GIS設備現場交流耐壓試驗閃絡定位技術介紹

GIS設備以其具有的良好的密封性能、不易受到環境影響、占地面積較小、檢修和維護簡單、運行費用低的特點，在各國的變電站中都有著廣泛的應用。但是GIS設備在實際運行過程中容易受到因惡劣氣候環境、電力系統故障、設備自身制造工藝缺陷的影響而發生沿面閃絡，導致發生絕緣擊穿，嚴重危害電力系統的運行安全。本文通過超聲波技術對GIS設備的絕緣缺陷進行了檢測，并且實現了對因絕緣缺陷產生的閃絡和絕緣擊穿故障點的精確定位。

2 超聲波定位監測系統

超聲波定位檢測系統主要由超聲波傳感器陣列、信號處理模塊、無線傳輸模塊、無線接收模塊和數據分析模塊等幾部分構成。超聲波傳感器的安裝位置為斷路器和母線，每個斷路器上都會安放一個，而母線上按照每隔15m放置的標準來布置，系統總的傳感器數量為16個。信號處理模塊的作用是將傳感器采集到的超聲波信號進行濾波放大處理，并且進行A/D轉換，之后通過無線傳輸模塊將轉換后的數字信號傳輸至無線接收模塊，并應用單片機進行超聲波信號的同步和傳輸。無線接收模塊的作用是接收數字超聲波信號，采用射頻接收天線進行接收。數據分析模塊的作用是對所有傳感器上的數據進行提取、實時顯示、存儲和分析。超聲波陣列信號的監測會和耐壓試驗同步開啟，在耐壓試驗結束之后，可以回放試驗數據，從而能夠對試驗過程中各階段的超聲波信號進行詳細的分析，從而能夠對GIS設備是否存在安全隱患做出準確的判斷。另外，由于GIS設備不僅會在局放時會產生聲波，還存在電磁振動、機械振動等發出的聲波，因此需要進行排除，這些聲波一般在10kHz以下，并且因為高頻信號的衰減較快，檢測得到的聲波含低頻分量較多，為了有效檢測出超聲波信號，本定位監測系統的頻段在20～200kHz左右，本系統的靈敏度在0.01mV左右。

3 現場交流耐壓試驗閃絡定位裝置

本裝置針對500kVGIS進行交流耐壓試驗過程時進行閃絡定位，加壓程序按照規程進行，具體為318kV（老練15min）-666kV（740kV×90%，1min）-349kV（測量斷路器處局放），在上述過程中如果沒有出現放電擊穿，則表示此GIS設備成功通過了耐壓試驗。試驗區域的電壓頻率為77Hz。

在進行II母B相、電壓升至666kV持續5s后發生了放電擊穿故障。通過超聲波獲得的數據如圖1所示：

從圖1中可以看出，監測點2處采集的超聲波信號幅值最大，而監測點1、3超聲波信號較小，監測點5、6、7三個監測點均檢測到了超聲信號，并且在監測點6、7采集到的信號很強，但是信號脈沖持續時間比較短。

從接收到的超聲波數據和超聲波信號傳播衰減規律分析從以上情況得出以下觀點：放電擊穿點最可能在號脈沖最強且持續時間最長的監測點處，而監測點5、6、7處信號脈沖持續時間比較短，并且監測點8并沒有接收到超聲波信號，可以判斷信號并不是通過GIS內部傳播的，因此認為監測點5、6、7接收到的信號是由于超聲波向環境空間傳輸。對現場監測點布置進行進一步分析發現，監測點2離監測點5、6、7的直線空間距離最近，并且無遮擋，從而空間聲波容易傳播至監測點5、6、7處。得到上述分析結果之后，為了更準確的對故障氣室進行定位，在增加II母B相懷疑放電擊穿故障處附近的超聲波傳感器布置密度后，又一次進行試驗。

在第二次試驗中，當電壓升至289kV時，又一次出現了放電擊穿故障，各監測點的超聲波監測信號如圖2所示。

從圖2中可以看出，監測點1傳感器信號幅值最大，這和第一次試驗監測點2傳感器信號幅值最大的結果有所不同，兩個檢測點之間距離約18m，可以認為這次故障是傳感器1附近的另一放電故障所引起的。因此為了為進一步確認放電故障氣室，在超聲波傳感器布置不變的情況下再次進行耐壓試驗，放電擊穿電壓與第二次電壓相近，超聲波監測信號也和圖2相近。

根據上述試驗情況，為了確定故障原因，對以上兩個懷疑放電故障氣室進行解體，得到一下信息：在監測點2所在的氣室內發現高壓導體對外殼腔體放電，并且在高壓導體上發現了明顯的放電撞擊的凹痕。通過分析認為可能是腔體內金屬顆粒物在外電場作用下在腔體內跳動，當金屬顆粒物離高壓導體或腔體外殼較近時，在其兩側產生微弱的局放，隨著電壓繼續升高，導致局部放電變成了流注或先導放電，最終造成了放電擊穿故障的發生。對檢測點進行解體分析之后，在靠近盆式絕緣子的高壓導體屏蔽罩上發現一明顯放電撞擊留下的凹痕，同時在其周邊發現了圓形黑色的放電燒蝕痕跡，該盆式絕緣子也因多次重復的耐壓而留下閃絡通道。通過分析認為第一次耐壓試驗異物所引起的場強畸變沒有達到放電擊穿所需的標準，并且在第二次試驗中異物在電場力的作用下發生了位移，并在電壓達到一定程度后引發了放電擊穿，并且在高壓屏蔽罩和盆式絕緣子表面延伸發展，導致盆式絕緣子同時發生表面閃絡。

4 結語

文章通過GIS設備現場交流耐壓試驗閃絡時使用超聲波定位檢測技術成功定位了多次GIS交流耐壓時放電擊穿故障，并且確定故障原因是盆式絕緣子沿面閃絡，分析認為是絕緣子表面異物易于改變表面電阻分布、畸變電場、積聚電荷，易于放電通道的發展貫穿。通過試驗研究證明，本文提出的超聲波閃絡定位檢測裝置，能夠有效的對GIS設備現場交流耐壓試驗中的閃絡問題進行準確的定位，能夠及時發現故障并解決，對保證GIS設備的正常運行具有重要的作用。

參考文獻

[1]邵先軍，何文林，徐華，等.550kVGIS現場交流耐壓試驗下放電故障的定位與分析研究[J].高壓電器，2014（11）：30-37.