GIS設備局部放電檢測方法研究

何莉

摘 要：GIS設備在高壓、超高壓、特高壓領域正在被廣泛使用，但是GIS設備一旦內部出現某種缺陷，進而發生故障，檢修時間將比常規敞開式變電站更長，影響程度也要比同類設備更嚴重。目前，國內已發生了數起較為嚴重的GIS事故。因此，GIS設備在發生故障前的檢測就顯得尤為重要。本文主要闡述了幾種技術較為成熟的檢測方法。

關鍵詞：GIS設備；局部放電；檢測方法

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.13.222

GIS設備（GAS INSULATED SWITCHGEAR）是指氣體絕緣全封閉組合電器，它是將出線終端、連接母線、高壓斷路器、互感器、隔離開關、避雷器、接地開關等設備，全部封閉在金屬接地的外殼中，在內部充有一定壓力的SF6絕緣氣體，又稱SF6全封閉組合電器。伴隨工業、經濟的發展，人們對連續、安全的供電可靠性要求越來越高。而GIS設備一旦內部出現某種缺陷，發生了故障，檢修時間會比常規敞開式變電站更長，影響程度也要比同類設備更嚴重。目前技術較成熟的GIS局部放電檢測方法，主要有常規脈沖電流法、特高頻（UHF）檢測法和超聲波檢測法。

1 脈沖電流法

又耦合電容法，該方法結構簡單，便于實現。GIS 產生局部放電時，GIS試品兩端產生瞬間變化的電壓，若把試品接入檢測回路，則會有脈沖電流信號。該信號通過輸入端的輸入阻抗轉換成脈沖電壓信號，然后再經過濾波、放大、信號采集及計算處理，測出局部放電的一些基本物理量（如：視在放電量、局放脈沖的大小、相位）。該技術較為成熟且應用廣泛。

該方法的優點是能對被試品的局部放電量進行定量測量。相比較而言，它對視在放電量的定量測量能更加直觀反映系統局放產生的劇烈程度。它的缺點是抗干擾能力比較差，在現場測試時，識別與多種噪聲混雜在一起的局部放電信號比較困難，現場測試的精度經常受到很大的影響。

2 超聲波檢測法

GIS設備的內部發生局放信號的時候，會有較陡的電流脈沖，使發生局放的區域SF6氣體受熱而膨脹，放電結束受熱后膨脹的區域恢復至原先的體積，這種一漲一縮的體積變化導致介質的疏密變化，形成了超聲波。超聲波法通過采用接觸式的聲發射傳感器來測量局部放電信號，一般置于GIS殼體外壁。該方法的優點是傳感器與GIS設備的電氣回路無任何聯系，不會影響設備的運行，也不受現場電磁信號的干擾，能夠對設備進行無死角檢測，定位的準確度高。

聲波是機械振動波。當產生局放時，在放電的區域，分子之間會產生劇烈的撞擊，這種撞擊表現為一種壓力。由于局放是產生了一連串的脈沖，所以因此而產生的壓力波也是脈沖形式，即聲波。它的頻譜分布很寬，約為10Hz-107Hz。聲音頻率超過20000Hz的稱為超聲波。由于局部放電產生的區域很小，因此局放源通常可看成點聲源。在GIS設備上安裝多臺超聲傳感器，依據電信號與聲信號間的時間差，就可得到放電點與安裝的傳感器間的距離，最終實現局放定位。

但是，超聲波法檢測局放也存在有下列問題：（1）很難根據超聲波信號的幅值反映局放的劇烈程度。（2）超聲波信號衰減很快，所以超聲波法檢測范圍小，檢測點多，檢測效率較低。（3）在高壓導體附近的局放故障靈敏度低。（4）抗機械振動干擾能力差，如現場的自然風對超聲波檢測干擾非常大。超聲波法適用于GIS設備中放電量較大的局放信號的檢測、定位。

3 特高頻檢測法

特高頻是指電磁波信號頻率范圍為300MHz--3GHz。局放產生時，氣體擊穿過程很快，會瞬時出現一個較陡的脈沖電流信號，信號經頻譜分析后，發現頻率成分高達GHz，該信號會同時向外發射特高頻電磁波，有電磁波、橫向電場波和橫向磁場波，它們沿著波導方向傳播，同時沿著GIS設備的盆式絕緣子向外傳出。特高頻法經過檢測GIS設備中發生局放時產生的超高頻電磁波信號，來獲得局部放電的一些相關信息，例如：金屬顆粒放電、懸浮電位放電等，從而判斷局放的類型和大致的定位。

一般現場的電暈干擾主要集中在300MHz的頻段以下，所以特高頻法能有效地避免現場的電暈等干擾，它的抗干擾能力較強。

通常特高頻傳感器有安裝在設備外面的和安裝在設備里面的傳感器。當用內置的特高頻傳感器時，由于電磁波在GIS設備內傳播時，信號會隨距離的增加而相應的衰減，因此就需要每隔一段距離安裝一個傳感器，若GIS設備結構復雜，則安裝成本將會很大。如果將傳感器置于GIS外部，并緊貼盆式絕緣子外徑，則能夠接收到電磁波信號。GIS設備一個間隔內有多個絕緣子，這為檢測提供了大量合適的位置，以便于從較近的距離檢測出局放，尤其是在絕緣子附近產生的放電，由此增加了檢測的靈敏度。

特高頻法檢測局部放電也存在著一定的問題：（1）在現場測量中要判斷缺陷的具體類型。由于缺陷存在于GIS設備不同的位置，能產生不同類型的放電，其放電量也有很大的差別。（2）利用特高頻法對GIS設備內的放電源不能進行精確的定位，包括確立放電源在腔體中所處的具體方位。（3）特高頻法不能確定GIS設備內部故障的視在放電量。但對于檢測設備的局放而言，視在放電量的大小可認為是不可缺少的一項標準，也是確定設備絕緣狀況嚴重程度的重要標準。

4 GIS設備局部放電檢測方法小結

從上面的幾種方法分析來看，每種檢測方法都有各自的優缺點，適用于不同的故障類別，在現場使用局部放電檢測GIS設備的絕緣狀況時，應該將多種方法綜合使用，并測量多點，這樣有利于判別和定位故障。采用 GIS設備帶電檢測有利于合理調整預防性試驗規程，放寬一些設備的試驗周期，減少停電的操作次數，能有較好的經濟效益和社會效益。今后還應進一步探索GIS設備狀態檢修方案、建立GIS狀態數據庫（包括歷史數據、帶電檢測數據、停電檢測數據）和診斷模式流程，力保設備缺陷診斷的準確性。

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