220 kV GIS 局部放電帶電檢測(cè)技術(shù)分析與現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

謝 勇

（國(guó)網(wǎng)四川省電力公司廣元供電公司，四川廣元 628000）

0 引言

220kV氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)（GIS）設(shè)備以其可靠性強(qiáng)，占地面積小，維護(hù)便捷以及外界環(huán)境影響小等特點(diǎn)，在電力系統(tǒng)得到廣泛的應(yīng)用。GIS 設(shè)備的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，在設(shè)計(jì)、制造以及安裝的過(guò)程中，會(huì)存在尖刺、表面污垢或者固體絕緣等方面的缺陷，如果不及時(shí)對(duì)這些缺陷進(jìn)行彌補(bǔ)，極可能造成嚴(yán)重的供電事故。同時(shí)GIS 本身的封閉性結(jié)構(gòu)，在出現(xiàn)故障后需要花費(fèi)大量的人力、物力和財(cái)力。GIS 局部放電帶電檢測(cè)是對(duì)GIS 狀態(tài)評(píng)估的主要方式和手段，有利于對(duì)GIS 內(nèi)部潛在缺陷的發(fā)現(xiàn)，保證GIS 的正常運(yùn)行。

1 220 kVGIS 局部放電帶電檢測(cè)技術(shù)

1.1 超聲波局部放電帶電檢測(cè)技術(shù)

對(duì)于GIS 設(shè)備絕緣體來(lái)說(shuō)超聲波信號(hào)的衰減程度比較大，同時(shí)信號(hào)覆蓋面有限，在傳播的過(guò)程中能量集中、方向性強(qiáng)，在帶電檢測(cè)中有利于定向波束的集中收集，從而更精準(zhǔn)的定位信號(hào)源，如果檢測(cè)時(shí)出現(xiàn)超聲波信號(hào)異常情況，要先確定信號(hào)來(lái)源外部干擾引起還是源于腔體內(nèi)的情況。如果排除外部干擾因素后，信號(hào)顯示仍然異常，則可以判斷問(wèn)題是由信號(hào)源內(nèi)部情況引起的，需要對(duì)缺陷位置定位。在具體應(yīng)用中，GIS 設(shè)備在超聲波局部放電定位技術(shù)的應(yīng)用中需要定位的情況包括幅值、時(shí)差以及頻率等。

（1）從幅值定位來(lái)看，主要是根據(jù)超聲波信號(hào)的衰減情況，信號(hào)的有效值或峰值大小定位，在超聲波檢測(cè)過(guò)程中，信號(hào)的強(qiáng)弱與局部放射源的距離存在正比例關(guān)系，信號(hào)隨著放源距離的靠近變強(qiáng)。因此根據(jù)GIS 信號(hào)強(qiáng)弱和幅值進(jìn)行判斷就可以確定放電位置。

（2）時(shí)差定位也是局部放電帶點(diǎn)檢測(cè)中的重要指標(biāo)。是利用超聲波信號(hào)的時(shí)差進(jìn)行檢測(cè)，在時(shí)差測(cè)定數(shù)據(jù)出來(lái)后，通過(guò)雙曲面方程以及聯(lián)立球面方程對(duì)局部放源的位置進(jìn)行定位。在GIS 管線結(jié)構(gòu)測(cè)試過(guò)程中，可以通過(guò)結(jié)合兩個(gè)或者多個(gè)管道的超聲波檢測(cè)，在放射源位置的確定中需要結(jié)合信號(hào)時(shí)差、傳播速度以及距離進(jìn)行三維或者二維定位。

（3）頻率定位。利用SF6氣體吸收超聲波的性質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)根據(jù)超聲波的吸收程度與信號(hào)頻率具有正比例關(guān)系進(jìn)行定位，利用頻率定位，需要分析超聲波的吸收情況。利用超聲波50 Hz～100 kHz 的高頻部分對(duì)局部放電源在GIS 在殼體或者中心導(dǎo)體位置進(jìn)行確定[1]。如果放射源在GIS 中心導(dǎo)體的位置，則信號(hào)為低頻信號(hào)，如果局部放點(diǎn)源在GIS 的殼體位置，超聲信號(hào)則可以在低頻和高頻部分都監(jiān)測(cè)到。

1.2 特高頻局部放電定位技術(shù)

該技術(shù)在局部放源的檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)特殊信號(hào)后同樣需要先做好信號(hào)源的判斷工作，在排除非外界干擾后再進(jìn)行后續(xù)檢測(cè)，利用檢測(cè)到的圖譜與典型干擾信號(hào)圖譜進(jìn)行對(duì)比，也可以利用濾波器、屏蔽帶等方法監(jiān)測(cè)特殊信號(hào)，監(jiān)測(cè)GIS 內(nèi)部是否存在異常放電問(wèn)題。如果發(fā)現(xiàn)GIS 盆式絕緣子存在特高頻異常信號(hào)，需要采用傳感器朝外的方向進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)的信號(hào)圖譜如果符合噴施絕緣子信號(hào)圖譜，同時(shí)信號(hào)源非常強(qiáng)，說(shuō)明為外部干擾[2]。

特高頻定位技術(shù)應(yīng)用的過(guò)程中技術(shù)方式比較多，其中比較常用的為幅值比較、時(shí)差以及平分面等方法。其中幅值比較定位法指的是，如果在帶電檢測(cè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)多個(gè)特高頻局部放電信號(hào)，而且信號(hào)最強(qiáng)的位置距離放射源最近。幅值比較法雖然檢測(cè)的結(jié)果最準(zhǔn)確，但是受到的限制條件也比較多，如果檢測(cè)的信號(hào)特別強(qiáng)，小距離范圍信號(hào)的強(qiáng)弱變化情況不明顯導(dǎo)致定位的難度會(huì)加大。

時(shí)差定位法局部放射源發(fā)出的電磁波信號(hào)速度快，可以與光速比肩，而且不同傳感器的傳播時(shí)間和距離本身具有一定的關(guān)聯(lián)性，對(duì)放射源的確定可以通過(guò)特高頻電磁波信號(hào)到達(dá)的時(shí)間和方向進(jìn)行，或者通過(guò)信號(hào)與氣室兩側(cè)傳感器達(dá)到的時(shí)間差等對(duì)傳感器間的距離和位置進(jìn)行確定，進(jìn)而對(duì)缺陷進(jìn)行定位。一般高速數(shù)字示波器的帶電檢測(cè)需要通過(guò)時(shí)差定位進(jìn)行。

將傳感器置于GIS 緊鄰的2 個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，根據(jù)信號(hào)時(shí)差，利用公式對(duì)放射源的位置進(jìn)行計(jì)算和確定。設(shè)局部放電源距離前側(cè)傳感器的距離為x，傳感器間的距離設(shè)置為L(zhǎng)，電磁波速度為C，傳感器時(shí)域信號(hào)起始沿時(shí)差為Δt，計(jì)算公式為x=1/2（L-cΔt）。

平分面定位法主要應(yīng)用于信號(hào)在沒(méi)有明確區(qū)分在內(nèi)部或者外部的情況下，而且本身信號(hào)比較強(qiáng)，同時(shí)進(jìn)行外部干擾排除和局部放射源定位。具體方式（圖1）：先將2 個(gè)特高頻的傳感器向相同的朝向位置放置，對(duì)傳感器的位置進(jìn)行移動(dòng)，使高速示波器的時(shí)域信號(hào)疊加，并將2 個(gè)傳感器的信號(hào)源出現(xiàn)在面P1 上。再利用相同的方式設(shè)置平分面P2 和P3，P1、P2 和P3 的交叉點(diǎn)即為信號(hào)源。

圖1 平分面定位法示意

1.3 聲電聯(lián)合定位技術(shù)

聲電聯(lián)合定位技術(shù)比前兩種技術(shù)優(yōu)勢(shì)更強(qiáng)，能夠?qū)植糠烹姷某暡ㄐ盘?hào)以及特高頻信號(hào)同時(shí)進(jìn)行檢測(cè)，然后利用聲電信號(hào)的聯(lián)系性對(duì)局部放電源的位置進(jìn)行確定，排除現(xiàn)場(chǎng)外部干擾，保證定位的精確性。通過(guò)超聲波或者特高頻定位對(duì)局部放射源的大概范圍和位置進(jìn)行確定，然后在最近監(jiān)測(cè)點(diǎn)放置高頻傳感器，GIS 殼體放置超聲波傳感器，對(duì)超聲波和特高頻時(shí)域信號(hào)的關(guān)系進(jìn)行檢測(cè)，如果二者間存在對(duì)應(yīng)關(guān)系，則屬于同一個(gè)信號(hào)源[3]。

2 GIS 局部放電定位技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

2.1 超聲波局部放電定位

利用T90 測(cè)試儀進(jìn)行超聲波局部放電定位。測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表1。比較超生局部放電檢測(cè)儀信號(hào)幅度值可知，隔離開(kāi)關(guān)由下向上與放射信號(hào)越近幅度值越大，同時(shí)100 Hz 相關(guān)性越強(qiáng)。通過(guò)數(shù)據(jù)以及繪制相應(yīng)的圖譜可知24267 隔離開(kāi)關(guān)A 項(xiàng)的超聲波信號(hào)幅度值最大，所以可以確定放射源在A 項(xiàng)隔離開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)頂部。

表1 超聲波測(cè)量結(jié)果

2.2 特高頻局部放射定位

利用時(shí)差定位過(guò)程中，需要在24267 隔離開(kāi)關(guān)的A 的位置兩側(cè)的盆式絕緣子澆筑孔位置設(shè)置固定的傳感器（圖2），3 個(gè)特高頻傳感器在時(shí)域信號(hào)監(jiān)測(cè)時(shí)，信號(hào)脈沖相同，表明三路信號(hào)源相同。同時(shí)傳感器B 檢測(cè)的信號(hào)比A 檢測(cè)超前，時(shí)差為2.8 ns，距離84 cm，因此可以確定信號(hào)源在傳感器的左側(cè)位置。通過(guò)對(duì)傳感器B、C 的信號(hào)檢測(cè)可知，B 傳感器的信號(hào)比C 超前，可以確定信號(hào)源在2 個(gè)傳感器之間，時(shí)差為1.4 ns，并可以通過(guò)計(jì)算得知C 在B 的左側(cè)46.5 cm 位置。

圖2 固定傳感器設(shè)置

2.3 聲電聯(lián)合定位法的應(yīng)用

該定位法中，對(duì)超聲波時(shí)域信號(hào)以及特高頻信號(hào)（圖3）采集中，上面顯示的為特高頻信號(hào)，下面顯示的為超聲波信號(hào)，兩種信號(hào)一致且相關(guān)，表面信號(hào)源的來(lái)源相同。

隨著測(cè)試點(diǎn)距離隔離開(kāi)關(guān)越來(lái)越近，超橫波信號(hào)會(huì)發(fā)生變化，時(shí)延逐漸減小，信號(hào)幅度提升，靠近信號(hào)源的位置與超聲波定位相同，因此可以確定局部放射源的位置為隔離開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)頂部。同時(shí)結(jié)合圖譜可以確定放射源為懸浮電位放電缺陷[4]。

圖3 超聲波以及特高頻信號(hào)采集圖譜

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，GIS 設(shè)備局部放電帶電檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)比較先進(jìn)，在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中需要結(jié)合具體的情況，選擇合理的檢測(cè)技術(shù)，總體來(lái)說(shuō)聲電聯(lián)合定位法更準(zhǔn)確，所以需要盡可能采用聲電聯(lián)合定位方式。