GIS局部放電測試案例分析

黎慧明 張志磊

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GIS局部放電測試案例分析

黎慧明 張志磊

（云南電網有限責任公司紅河供電局，云南 蒙自 661100）

本文結合一起案例介紹GIS局部放電特高頻和超聲波的檢測方法，并對保證GIS設備的運安全運行提出建議。

GIS局部放電；特高頻；超聲波

GIS設備一直以來都以結構緊湊、可靠性高等優點而在電力系統得到廣泛應用。傳統的觀念認為GIS是免維護設備，但是近幾年國內外均出現多起GIS設備故障，由于其特殊的結構，造成長時間、大范圍的停電。據國際大電網會議統計GIS設備60%的故障由內部局部放電引起，因此應加強對GIS設備進行局部放電檢測。目前GIS局部放電帶電檢測常用的手段主要是特高頻法和超聲波法并且一般是兩者結合使用，可有效實現GIS內部的局部放電的類型定性及故障定位。

1 特高頻和超聲波局部放電檢測概述

當設備發生局部放電時，將產生很陡的脈沖電流，在空間感應出頻率在300MHz到3000MHz的特高頻電磁波，而且由于放電過程中能量的突然釋放，會使附近的氣體和外殼造成沖擊的震動，發出超聲波信號，因此通過檢測GIS設備內部的特高頻電磁波和超聲波信號，并進行比對分析便可確定是否存在局部放電現象。

2 案例分析

2017年5月12日在對某110kV變電站進行GIS設備局部放電巡檢時，發現110kV母線分段間隔1121隔離開關下方的母線氣室檢測到放電信號，設備外觀和氣隔圖如圖1所示，圖中圓圈標識部位即1121隔離開關母線氣室。經對特高頻和超聲波信號分析，并采用時差法定位分析，判斷放電的類型是GIS內部存在較大的懸浮放電，放電位置處于母線1121隔離開關氣室內。

圖1 110kV母線分段間隔氣室圖

2.1 超聲波測試

對1121隔離開關氣室下方的110kV Ⅰ段母線氣室進行超聲波測試，所測得的超聲波譜圖檢測結果如圖2所示。

（a）連續測量方式

（b）相位測量方式

圖2 超聲波譜圖檢測結果

從圖2中可以看出：連續測量方式中，有效值為17.5mV，峰值為41.7mV，峰值因數（峰值與有效值之比）為2.6，有效值和峰值均較大且均較為穩定，具有明顯的50Hz相關性和100Hz相關性，且100Hz相關性大于50Hz相關性；相位測量方式中，具有明顯的相位相關性，在一個工頻周期內有兩簇較為集中的放電集聚點，與典型的懸浮放電譜圖相吻合。從超聲波譜圖檢測的結果來看，1121隔離開關氣室下方的110kV Ⅰ段母線氣室內可能存在懸浮電位體放電，并且放電量較大。造成這種現象的原因可能是由于在高電壓的作用下某處因松動、開路等原因產生振動信號。

2.2 特高頻檢測

使用特高頻傳感器、特高頻放大器和示波器，在1121隔離開關氣室下方的110kV Ⅰ段母線氣室各盆式絕緣子開孔處均能夠接收到明顯的特高頻信號。并且在1121隔離開關氣室下方的110kV Ⅰ段母線氣室附近的信號幅值最大，其特高頻譜圖檢測結果如圖3所示。

（a）單周期檢測方式

（b）PRPD檢測方式

圖3 特高頻譜圖檢測結果

從圖3中可以看出：①單周期檢測方式中，信號幅值較大，形成兩簇集中的較高幅值的放電脈沖，局部放電類型為懸浮放電或者可能是絕緣子內的氣隙放電；②PRPD檢測方式中，最大幅值和最大放電率均較大，且集中分布在工頻周期90°和270°附近，具有明顯的相位相關性。且局部放電信號在1121隔離開關A相氣室下方的110kV氣室內的局部放電信號最大，當將特高頻傳感器移至開關室其余位置時，特高頻信號有極大的衰減，因此可以判斷特高頻信號來自于氣室內部，同時結合譜圖可以判斷局部放電類型為懸浮放電或者絕緣子內部的氣隙放電。

綜合分析超聲波和特高頻檢測結果可知，1121隔離開關110kV Ⅰ段母線氣室均測到明顯局部放電現象，放電位置接近1121隔離開關下方母線氣室，并且放電類型為懸浮放電的可能性最大。

2.3 局部放電定位

為了明確局部放電發生的具體位置，使用特高頻傳感器、超聲波傳感器、和示波器，對1121隔離開關氣室下方的110kV Ⅰ段母線氣室附近的局部放電進行了特高頻及超聲波定位，傳感器布置圖如圖4所示。

圖4 傳感器布置圖

1號超聲波傳感器和2號超聲波傳感器檢測到的超聲波信號如圖5所示。

圖5 1號、2號超聲波傳感器檢測到的信號

從圖5中可以看出，2號超聲波傳感器檢測到的超聲波信號幅值大于1號超聲波傳感器檢測到的超聲波信號，且2號超聲波傳感器檢測到的超聲波信號時間超前于1號超聲波傳感器檢測到的超聲波信號，故大致可以判定，局部放電源靠近2號超聲波傳感器所在的位置。

1號特高頻傳感器和2號特高頻傳感器檢測到的特高頻信號如圖6所示。

圖6 1號、2號特高頻傳感器檢測到的信號

2號特高頻傳感器和3號特高頻傳感器檢測到的特高頻信號如圖7所示。

圖7 2號、3號特高頻傳感器檢測到的信號

從圖6、圖7中可以看出，2號特高頻傳感器檢測到的信號幅值大于1號特高頻傳感器和3號特高頻傳感器檢測到的信號，且2號特高頻傳感器檢測到的信號時間超前于1號超高頻傳感器和3號超高頻傳感器檢測到的信號，故大致可以判定，局部放電源靠近2號超特頻傳感器所在的位置。

為了進行精確定位，使用特高頻時差定位方法進行計算。時差定位原理如圖8所示，計算公式如式（1）所示。

圖8 時差定位原理圖

經過現場測量2號、3號特高頻傳感器間的距離為6.2m，接收到特高頻信號的時間差為20.1ms，代入式（1）中得

（2）

局部放電源距離2號特高頻傳感器0.1m。放電部位位于1121隔離開關A相氣室下方的110kV Ⅰ段母線氣室，距離2號超高頻傳感器0.1m，正好位于1121隔離開關A相氣室正下方的110kV Ⅰ段母線氣室。

2.4 現場解體檢查

對1121隔離開關母線氣室進行解體，解體后發現A相母線支柱絕緣子靠罐體處已經完全斷裂，同時A相中心導體端面與其他兩相不在同一平面，A相中心導體頂絲扭曲變形，現場解體情況如圖9所示。通過對現場解體情況進行分析，發生局部放電的原因為安裝工藝問題，由于A相中心導體安裝時與B、C相中心導體不在同一平面，致使A相中心導體頂絲在運行過程中長期受力而發生變形扭曲，使得支柱絕緣子長期承受較大的橫向拉力而折斷，并因此而形成一個懸浮電極而發生放電。

（a）斷裂支柱絕緣子

（b）三相中心導體端面不平齊

（c）頂絲頂部扭曲 圖9 現場解體情況

3 結論

將特高頻和超聲波兩種局部放電測試方法聯合應用，可以有效地發現GIS內部存在的局部放電缺陷，并對缺陷發生的部位進行準確定位。

Typical characteristics of spatio-temporal evolution of initial perturbations in short-range ensemble

為保證GIS的可靠運行，提出以下兩點建議：①安裝過程中應嚴格把關，任何輕微的施工缺陷都有可能造成事故的發生；②在設備運行過程中，應積極實施局部放電試驗等帶電檢測項目，及時發現設備的潛在缺陷。

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GIS partial discharge test case analysis

Li Huiming Zhang Zhilei

(Yunnan power grid Co, Ltd, Honghe Power Supply Bureau, Yunnan, Mengzi 661100)

Abstract　Introduced the method of the ultra high frequency and ultrasonic in GIS partial discharge detection, and make some suggestions to ensure the safe operation of GIS equipment.

Keywords：partial discharge detection of GIS; ultra high frequency; ultrasonic

收稿日期：2018-04-16

作者簡介 黎慧明（1991-），云南蒙自人，助理工程師，從事高電壓試驗技術及電氣設備故障在線監測與故障診斷方面的研究工作。