特高頻技術在110kVGIS氣隙放電檢測定位中的應用研究

云南電網昆明供電局 施濤 方勇 鄒璟 王清波 趙榮普

1 特高頻局放檢測技術

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，將產生很陡的脈沖電流，其上升時間小于1ns，并激發頻率高達數GHz的電磁波。局部放電檢測特高頻（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（300MHz≤f≤3GHz）信號進行檢測，從而獲得局部放電的相關信息，實現局部放電檢測。如圖1所示。由于現場的暈干擾主要集中在300MHz頻段以下，因此特高頻法能有效地避開現場的電暈等干擾，具有較高的靈敏度和抗干擾能力，可實現局部放電帶電檢測、定位以及缺陷類型識別等優點[1-5]。

特高頻檢測法和其他局部放電在線檢測技術相比，具有顯著優點：檢測靈敏度高。局部放電產生的特高頻電磁波信號在GIS中傳播時衰減較小；抗干擾能力強。特高頻法的檢測頻段通常為300MHz～3GHz，有效的避開了現場電暈等干擾，因此具有較強的抗干擾能力；可實現局部放電定位。可根據特高頻電磁波信號到達其附近兩側特高頻傳感器的時間差，計算出局部放電源的具體位置，實現絕緣缺陷定位；有利于缺陷類型識別。不同類型絕緣缺陷的局部放電所產生的特高頻信號具有不同的頻譜特征，可利用特高頻信號頻域分布特征進行局部放電類型識別，實現絕緣缺陷類型診斷。

2 特高頻時差定位技術

當特高頻檢測發現有異常信號時，可以采用兩個以上的特高頻傳感器進行檢測，并利用高速采樣技術通過計算兩個特高頻傳感器所接收到脈沖信號的上升沿時差對放電源進行定位[1-5]。如圖1中所示，假設放置兩只特高頻外置傳感器的盆子之間距離為L，放電源距離特高頻外置傳感器A1為X，則距離特高頻外置傳感器A2為L-X，放電脈沖到達傳感器A1為時刻t1，到達傳感器A2為t2時刻，兩傳感器接收到信號的時差Δt，則可以按照公式(1)計算信號源的具體位置。

上式中c為電磁波等效傳播速度，取3×108m/s，Δt可通過高性能示波器讀出。

3 現場檢測及分析

采用特高頻法對某110kV內橋112斷路器間隔1121隔離開關氣室進行局放測試，測試數據如圖2所示：

圖2 不同頻帶特高頻PRPD&PRPS檢測圖譜

對110kV內橋112斷路器間隔1121隔離開關氣室存在的異常特高頻信號進行分析。由圖1a可知，工頻相位下出現一簇脈沖信號，工頻相位相關性強，信號有大有小，顯示氣隙放電特征。由圖1b可知，工頻相位下出現對稱的兩簇脈沖信號，工頻相位相關性強，信號有大有小，顯示氣隙放電特征。由于現場為了去除噪聲干擾選擇的測試頻帶不同導致了信號特征有所差異，綜合判斷該間隔存在異常氣隙放電現象。

采用超聲波法對110kV內橋112斷路器間隔進行局放測試，測試數據如圖3所示。

圖3 超聲波圖譜

由圖3超聲波圖譜可知，110kV內橋112斷路器間隔超聲波信號未見異常。

4 診斷定位分析

4.1 診斷分析

利用高性能示波器（帶寬1GHz、采樣頻率4GS/s）對該缺陷的原始波形進行檢測與分析，檢測圖譜如下圖4所示。

圖4 特高頻原始信號波形圖譜

特高頻原始信號波形圖譜如圖4所示，由圖4a可知，每個工頻周期出現一根脈沖信號，工頻相位相關性強，具有懸浮放電特征。由圖4b可知，每個工頻周期出現一定數量對稱的脈沖信號，信號大小不一，具有一定絕緣放電的特征。綜合判斷該處可能存在兩處放電信號，大概率為絕緣放電早期放電，小概率為懸浮放電信號，信號幅值最大約為900mV。

4.2 定位分析

應用高性能示波器及特高頻傳感器進行定位，通過讀取異常信號到達布置在不同檢測部位的特高頻傳感器的時延對異常信號進行定位，從而確定產生異常信號的部位。

圖5 定位步驟1傳感器位置及檢測波形圖

關鍵定位步驟一：綠色、黃色特高頻傳感器分別放在110kV內橋112間隔1121隔離開關氣室下方及右側盆子處，紅色傳感器放置在110kV內橋112間隔1121隔離開關氣室上方接地刀盆子處，具體如圖5a所示。由示波器定位波形可知，出現了兩種比較典型的時差關系：紅色波形超前綠色波形、綠色波形超前黃色波形，如圖5b所示；紅色波形與綠色波形重合，并超前黃色波形，如圖5c所示。

關鍵定位步驟二：將黃色、紅色特高頻傳感器放置在110kV內橋112間隔1121隔離開關氣室上方接地刀盆子處，綠色傳感器放置在110kV內橋112間隔1121隔離開關氣室下方盆子處，具體如圖6a所示。由示波器定位波形可知，出現了兩種比較典型的時差關系：紅色波形超前黃色波形，黃色波形超前綠色波形，如圖6b所示；黃色波形超前紅色波形，紅色波形超前綠色波形，如圖6c所示。

圖6 定位步驟2傳感器位置及檢測波形圖

定位總結。綜合以上關鍵兩步的定位過程，并通過時各傳感器之間的差關系，判斷110kV內橋112間隔1121隔離開關氣室至少存在兩處放電源，放電源所在區域如圖7藍色區域及黃色區域所示，同時在該區域不排除有其他放電源存在的可能。

根據檢測數據分析，該信號大概率為氣隙放電，且存在多放電源，放電程度較高，設備長時間運行，在過電壓或其他擾動的情況下有擊穿、閃絡存在的可能。且氣隙放電不同于其它類型放電，一般發展較快，建議盡快安排停電檢修。氣隙放電用肉眼一般較不易觀察到放電痕跡，建議檢修解體時保持內部部件原狀，必要時對該支撐絕緣子做耐壓與常規局放試驗。

5 故障處理

4月對110kVXX變110kV內橋112斷路器間隔1121隔離開關氣室進行解體檢查，現場未發現明顯放電痕跡，為進一步分析該支撐絕緣子內部狀況，對該氣室解體取回的絕緣拉桿進行X光透視及顯微鏡觀察實驗。發現2#樣品及3#樣品分別存在氣孔及裂紋存在。具體照片見圖8及圖9所示。

圖8 絕緣拉桿外觀圖

6 結論

本文詳細介紹了一起GIS絕緣拉桿氣室多點氣隙放電典型案例的綜合診斷與分析。特高頻檢測技術能夠有效發現GIS設備內部存在的氣隙放電缺陷，能夠對設備故障進行準確的分析判斷，避免事故的發生。利用高速采集功能的示波器及時差定位技術能夠對局放源進行精確定位，現場檢測過程中需要對各傳感器的時差關系進行分析，避免多放電源診斷時的漏判。氣隙放電往往在外表面無法進行有效的觀察，X光透視技術能夠有效發現絕緣內部的氣隙放電缺陷。