特高頻及超聲波法在GIS設(shè)備帶電檢測中的應(yīng)用

王蒲

【摘 要】氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備（簡稱GIS）用SF6氣體作為絕緣介質(zhì)，結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小且檢修周期長、運(yùn)行可靠性高，近年來在國內(nèi)外的電力系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。隨著電網(wǎng)電壓等級(jí)和系統(tǒng)容量的不斷增加，GIS設(shè)備的內(nèi)部故障也隨之增多，因此尋找有效的帶電檢測方法就顯得尤為重要和緊迫了。特高頻及超聲波法是帶電檢測的兩種常見方法。本文主要分析了特高頻及超聲波法在GIS設(shè)備帶電檢測中的應(yīng)用策略。

【關(guān)鍵詞】特高頻；超聲波法；GIS設(shè)備；帶電檢測；應(yīng)用

GIS進(jìn)行帶電局部放電檢測能夠有效地發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部早期的絕緣缺陷，以便采取措施，避免其進(jìn)一步發(fā)展，提高GIS設(shè)備的可靠性。特高頻、超聲波法是GIS設(shè)備帶電檢測的兩種方法，通過特高頻、超聲波方式，帶電檢測GIS設(shè)備局放情況，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)絕緣盆子內(nèi)部缺陷，使用超聲波方式的局放檢測，對(duì)發(fā)現(xiàn)自由顆粒、振動(dòng)、懸浮電位等內(nèi)部故障靈敏度較高。特高頻、超聲波法有較高的靈敏度和抗干擾能力，檢測效率高，可實(shí)現(xiàn)定位以及缺陷類型識(shí)別等優(yōu)點(diǎn)。筆者結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，分析了特高頻及超聲波法在GIS設(shè)備帶電檢測中的應(yīng)用。有不對(duì)之處，請(qǐng)批評(píng)指正。

1特高頻（UHF）法

電力設(shè)備絕緣體中絕緣強(qiáng)度和擊穿場強(qiáng)都很高，當(dāng)局部放電在很小的范圍內(nèi)發(fā)生時(shí)，擊穿過程很快，將產(chǎn)生很陡的脈沖電流，其上升時(shí)間小于1ns，并激發(fā)頻率高達(dá)數(shù)GHz的電磁波。局部放電檢測特高頻（UHF）法基本原理是通過UHF傳感器對(duì)電力設(shè)備中局部放電時(shí)產(chǎn)生的特高頻電磁波（300MHz--3GHz）信號(hào)進(jìn)行檢測，從而獲得局部放電的相關(guān)信息，實(shí)現(xiàn)局部放電監(jiān)測。根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備情況的不同，可以采用內(nèi)置式特高頻傳感器和外置式特高頻傳感器。由于現(xiàn)場的暈干擾主要集中在300MHz頻段以下，因此UHF法能有效地避開現(xiàn)場的電暈等干擾，具有較高的靈敏度和抗干擾能力，可實(shí)現(xiàn)局部放電帶電檢測、定位以及缺陷類型識(shí)別等優(yōu)點(diǎn)。

特高頻法在現(xiàn)場得到廣泛應(yīng)用，積累了較多成功檢測經(jīng)驗(yàn)。李軍浩等使用特高頻法檢測到PT氣室內(nèi)連接螺栓松動(dòng)導(dǎo)致的懸浮電位放電；李秀廣等使用特高頻法檢測到B相支柱絕緣子部位存在絕緣缺陷；楊春娟等使用特高頻在線監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)斷路器側(cè)V相碗狀靜觸座底部與導(dǎo)體表面存在懸浮放電。

2超聲（AE）法

電力設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生局部放電信號(hào)的時(shí)候，會(huì)產(chǎn)生沖擊的振動(dòng)及聲音。超聲波法（AE or ultrasonic，又稱聲發(fā)射法）通過在設(shè)備腔體外壁上安裝接觸式超聲波傳感器或者通過敞開式超聲波傳感器來測量局部放電信號(hào)。該方法的特點(diǎn)是傳感器與電力設(shè)備的電氣回路無任何聯(lián)系，不受電氣方面的干擾，但在現(xiàn)場使用時(shí)易受周圍環(huán)境噪聲或設(shè)備機(jī)械振動(dòng)的影響。由于超聲信號(hào)在電力設(shè)備常用絕緣材料中的衰減較大，超聲波檢測法的檢測范圍有限，但具有定位準(zhǔn)確度高的優(yōu)點(diǎn)。

GIS內(nèi)部局部放電會(huì)激發(fā)出頻率20kHz以上的超聲波信號(hào)，該頻段信號(hào)可以避開檢測現(xiàn)場最常見的音頻干擾，利用超聲波傳感器檢測放電產(chǎn)生的異常超聲信號(hào)，通過類型識(shí)別和放電定位，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)局部放電的有效檢測，有助于盡早發(fā)現(xiàn)GIS內(nèi)部存在的絕緣缺陷，以便及時(shí)進(jìn)行處理，將故障隱患扼殺于萌芽狀態(tài)。

超聲波法同樣在現(xiàn)場應(yīng)用中積累了大量成功經(jīng)驗(yàn)，吳迪等運(yùn)用超聲波法判斷變壓器異響原因?yàn)槠帘握炙蓜?dòng)而引起振動(dòng)，通過解體驗(yàn)證了該結(jié)論；徐華等通過超聲波法及網(wǎng)格定位法發(fā)現(xiàn)刀閘氣室B相靠近盆式絕緣子的導(dǎo)體屏蔽罩有輕微松動(dòng)；田霖等通過超聲波法發(fā)現(xiàn)某500kV罐式斷路器內(nèi)部固定螺栓松動(dòng)引起的懸浮放電。

3特高頻及超聲波法在GIS設(shè)備帶電檢測中的應(yīng)用

3.1缺陷劣化程度量化評(píng)估

GIS局部放電帶電檢測的最終目的是通過檢測結(jié)果判斷GIS設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)缺陷劣化程度進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)估。然而，經(jīng)過多年來的現(xiàn)場檢測和實(shí)驗(yàn)室研究，眾多學(xué)者及檢測人員發(fā)現(xiàn)，通過單一的檢測幅值及檢測結(jié)果圖譜并不能夠準(zhǔn)確的反應(yīng)GIS設(shè)備具體的運(yùn)行狀況及缺陷劣化程度。缺陷劣化程度的準(zhǔn)確評(píng)估需要充分考慮局部放電類型、放電機(jī)理、放電位置、檢測幅值及缺陷的發(fā)展趨勢等綜合因素。近幾十年來，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)各放電類型的機(jī)理研究較多，對(duì)通過局部放電檢測判斷缺陷劣化程度具有很好的促進(jìn)作用。

國內(nèi)有學(xué)者提出過基于局放的GIS缺陷危險(xiǎn)程度評(píng)估方法及流程，主要基于放電類型、缺陷位置、缺陷發(fā)展程度和局放幅值4個(gè)因素對(duì)缺陷劣化程度進(jìn)行評(píng)估，但是對(duì)具體的劣化程度的劃分尚具有一定的主觀性，無大量的實(shí)驗(yàn)室及現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)的支撐。因此如何進(jìn)行缺陷劣化程度的準(zhǔn)確評(píng)估，給出定量的評(píng)估及預(yù)警依據(jù)也是后續(xù)局部放電檢測技術(shù)的重要研究內(nèi)容。

3.2 GIS局部放電在線監(jiān)測

在線監(jiān)測技術(shù)曾在GIS設(shè)備上廣泛應(yīng)用，然而由于監(jiān)測裝置本身故障頻發(fā)并且可靠性低、常常出現(xiàn)誤報(bào)、漏報(bào)等原因，引起過較大爭議。但是從目前帶電檢測情況來看，雖然在檢測時(shí)能夠發(fā)現(xiàn)部分放電缺陷，但是由于受檢測周期的限制，在一個(gè)檢測周期內(nèi)新發(fā)生的放電缺陷不能夠及時(shí)有效的被檢測出來，容易錯(cuò)過缺陷處理的最佳時(shí)機(jī)，造成設(shè)備故障，特別是對(duì)于重要設(shè)備而言，將會(huì)造成較大的損失。另外對(duì)于存在缺陷的GIS設(shè)備，采用在線監(jiān)測裝置實(shí)時(shí)觀察其缺陷發(fā)展趨勢，對(duì)準(zhǔn)確把握GIS設(shè)備狀態(tài)具有十分重要的作用。

因此，發(fā)展GIS局部放電在線監(jiān)測技術(shù)，特別是對(duì)重要設(shè)備及帶缺陷設(shè)備的在線監(jiān)測，將是未來GIS局部放電檢測的重要手段。相應(yīng)的，進(jìn)一步提高在線監(jiān)測裝置自身的質(zhì)量水平，加強(qiáng)在線監(jiān)測裝置的靈敏性和抗干擾性能，提高在線監(jiān)測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性也將是下一步研究的工作重點(diǎn)。據(jù)了解，為了提高在線監(jiān)測裝置質(zhì)量，加強(qiáng)在線監(jiān)測裝置入網(wǎng)質(zhì)量控制，部分省份已提出GIS內(nèi)置傳感器入網(wǎng)前需送該省電科院進(jìn)行檢測等相關(guān)措施，這些措施也具有很好的借鑒意義。

3.3 GIS局部放電智能化帶電檢測

目前，現(xiàn)場進(jìn)行GIS帶電檢測對(duì)人的依賴性比較大，無論現(xiàn)場檢測還是結(jié)果分析都是由現(xiàn)場檢測人員進(jìn)行，對(duì)人員素質(zhì)及技術(shù)水平要求較高。對(duì)于相同的檢測信號(hào)，不同的檢測人員給出的判斷結(jié)果有可能并不相同，容易造成對(duì)檢測結(jié)果的誤判。采用智能化檢測手段，建立大數(shù)據(jù)平臺(tái)及專家診斷系統(tǒng)，綜合收集設(shè)備檢測歷史數(shù)據(jù)、運(yùn)行狀況、檢修數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)，提取檢測結(jié)果特征信息，通過系統(tǒng)自動(dòng)分析，準(zhǔn)確判斷設(shè)備運(yùn)行狀況，能夠減少現(xiàn)場檢測人員工作量、有效彌補(bǔ)檢測人員的不足，提高檢測結(jié)果準(zhǔn)確性。然而尚未見有機(jī)構(gòu)或廠家構(gòu)建智能化檢測平臺(tái)，目前部分儀器自帶的專家診斷系統(tǒng)對(duì)缺陷類型的分析準(zhǔn)確率還較低，GIS局部放電智能化帶電檢測的研究工作還任重而道遠(yuǎn)。

4結(jié)語

綜上所述，GIS設(shè)備在工作狀態(tài)中，由于其制造工藝或其他原因，往往會(huì)引發(fā)局部放電情況，并在對(duì)電量不斷積累的過程中，形成了內(nèi)部閃絡(luò)問題，最終導(dǎo)致了電力設(shè)備出現(xiàn)故障。而超聲法的應(yīng)用，就是為了達(dá)到在不停電情況下檢測出這種局部放電以避免情勢擴(kuò)大，達(dá)到防患于未然的目的。在電力系統(tǒng)中可以運(yùn)用超聲檢測技術(shù)有效地排除隱患，杜絕事故發(fā)生，具有較強(qiáng)的可行性。

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（作者單位：國網(wǎng)晉中供電公司）