GIS 與容性設(shè)備帶電檢測(cè)技術(shù)探討

劉瀟

（國(guó)網(wǎng)天津市電力公司檢修公司，天津300232）

1 引言

2006 年年初，國(guó)家電網(wǎng)公司對(duì)各網(wǎng)省公司帶電檢測(cè)裝置應(yīng)用情況進(jìn)行了調(diào)查統(tǒng)計(jì)。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明：華北、華東電網(wǎng)的帶電檢測(cè)裝置最多，西北電網(wǎng)的帶電檢測(cè)裝置相對(duì)較少。在變壓器本體、電容型設(shè)備、金屬氧化物避雷器、開(kāi)關(guān)類(lèi)設(shè)備、GIS設(shè)備、綜合監(jiān)測(cè)6 類(lèi)帶電檢測(cè)裝置中，金屬氧化物避雷器帶電檢測(cè)裝置應(yīng)用最多；電容型設(shè)備和變壓器本體帶電檢測(cè)裝置次之。這也從側(cè)面說(shuō)明金屬氧化物避雷器、電容型設(shè)備和變壓器本體的帶電檢測(cè)技術(shù)相對(duì)比較成熟。同時(shí)，開(kāi)關(guān)類(lèi)設(shè)備、GIS設(shè)備的帶電檢測(cè)裝置應(yīng)用較少，是因?yàn)殚_(kāi)關(guān)類(lèi)設(shè)備，特別是斷路器的結(jié)構(gòu)區(qū)別較大，安裝帶電檢測(cè)裝置的空間難度和技術(shù)難度很大。但隨著技術(shù)的不斷成熟，超聲波檢測(cè)儀、超高頻局放檢測(cè)儀等帶電檢測(cè)設(shè)備的應(yīng)運(yùn)而出，我國(guó)電網(wǎng)設(shè)備的故障檢測(cè)手段將會(huì)越來(lái)越多[1]。

2 技術(shù)應(yīng)用的目的和意義

該技術(shù)主要應(yīng)用于GIS 和容性設(shè)備故障識(shí)別，結(jié)合帶電檢測(cè)對(duì)典型絕緣缺陷進(jìn)行故障分析，為更好地開(kāi)展設(shè)備狀態(tài)檢修工作，提供更為可靠的技術(shù)手段，并結(jié)合GIS 和容性設(shè)備查找故障和處缺過(guò)程中所采取的手段提出相關(guān)帶電檢測(cè)新技術(shù)，確保及時(shí)、準(zhǔn)確、快速地診斷和處理故障[2]。

3 國(guó)內(nèi)外帶電檢測(cè)技術(shù)水平的現(xiàn)狀

帶電檢測(cè)是指在設(shè)備不停電的情況下，對(duì)設(shè)備狀態(tài)量進(jìn)行測(cè)試的一種試驗(yàn)方法，其特點(diǎn)為短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行帶電檢測(cè)，區(qū)別于長(zhǎng)期不間斷的在線監(jiān)測(cè)。20 世紀(jì)七八十年代以來(lái)，電力設(shè)備帶電檢測(cè)技術(shù)隨著傳感器、電力電子技術(shù)的進(jìn)步進(jìn)入了高速發(fā)展期，帶電檢測(cè)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、可靠性和信息傳輸質(zhì)量，基本上實(shí)現(xiàn)了電力設(shè)備絕緣狀態(tài)檢測(cè)的目的[3]。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外對(duì)于GIS 和容性設(shè)備帶電檢測(cè)方法中，以下幾種主要的方法還有待進(jìn)一步研究和完善。

3.1 超高頻局放檢測(cè)法

超高頻局放檢測(cè)技術(shù)是指對(duì)頻率介于300～3000MHz 的局部放電信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)和研究的一種測(cè)試方法。由于其信號(hào)傳輸時(shí)衰減快，所以被試設(shè)備外部的超高頻干擾信號(hào)頻帶既比設(shè)備內(nèi)部的局部放電信號(hào)窄，其強(qiáng)度又隨頻率的增加而下降，到達(dá)被測(cè)設(shè)備的超高頻分量較少，可避開(kāi)相當(dāng)一部分的其他放電脈沖的干擾。超高頻法雖然具有一系列優(yōu)點(diǎn)，但也存在一些缺點(diǎn)，如不能定量分析放電量水平等[4]。

3.2 高頻局放檢測(cè)法

高頻局放檢測(cè)技術(shù)是指對(duì)頻率介于3～30MHz 區(qū)間的局部放電信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)和研究的一種測(cè)試方法。高頻局部放電測(cè)量法的優(yōu)點(diǎn)是傳感器安裝方便、安全，適合現(xiàn)場(chǎng)大規(guī)模的局部放電巡檢，其測(cè)量信號(hào)帶寬較寬，可進(jìn)行時(shí)域和頻域的綜合分析。缺點(diǎn)是傳感器需裝于設(shè)備外表，會(huì)受到其他外界信號(hào)的干擾，會(huì)造成一定的誤判。

3.3 超聲波信號(hào)檢測(cè)法

超聲波信號(hào)檢測(cè)技術(shù)是指對(duì)頻率介于20～200kHz 區(qū)間的聲信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)和研究的一種測(cè)試方法。當(dāng)發(fā)生放電時(shí)，部分信號(hào)會(huì)傳輸?shù)酵鈿け砻嫔希赏ㄟ^(guò)傳感器收集相關(guān)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。該方法的優(yōu)點(diǎn)是不受外界電磁干擾的影響，可精確定位放電源。缺點(diǎn)是靈敏度較低，對(duì)放電故障類(lèi)型判斷相對(duì)困難，難以實(shí)現(xiàn)視在放電量的標(biāo)定。

局部放電發(fā)展趨勢(shì)圖、相位統(tǒng)計(jì)譜圖和脈沖序列分布譜圖是分析局部放電信號(hào)特征的有效方法，也是國(guó)內(nèi)外常用的局部放電信號(hào)特征分析方法。

3.3.1 局部放電發(fā)展趨勢(shì)圖

該方法通過(guò)收集的最大和平均放電幅值、放電次數(shù)等特征值來(lái)繪制平均放電幅值-時(shí)間趨勢(shì)圖（Vave-T）、放電次數(shù)-時(shí)間趨勢(shì)圖（N-T）以及最大放電幅值-時(shí)間趨勢(shì)圖（Vmax-T）、圖等。

3.3.2 局部放電相位統(tǒng)計(jì)譜圖（PRPD）

局部放電相位統(tǒng)計(jì)譜圖主要包含放電幅值、次數(shù)、相位等相關(guān)信息。其相關(guān)圖譜主要有：

1）φ-qave圖。該圖譜是將一個(gè)周期相位等分為若干個(gè)相位段，其中每個(gè)段內(nèi)φj的平均放電量為式中，M為檢測(cè)工頻周期數(shù)，qjsi為第s個(gè)檢測(cè)周期在相位段φj內(nèi)第i次放電的放電量，njs為第s個(gè)周期在相位段φj內(nèi)的放電次數(shù)。將qave以柱狀圖形式表示，可以繪制出φ-qave圖譜，反映出放電量隨相位變化的分布規(guī)律。

2）φ-n圖。該圖譜是該圖譜是將一個(gè)周期相位等分為若干個(gè)相位段，每個(gè)相位段φj內(nèi)的放電次數(shù)其中，M為檢測(cè)工頻周期數(shù)，njs為第s個(gè)周期在相位段φj內(nèi)的放電次數(shù)，將N用柱狀圖表示，可以繪制出φ-N圖，反映出放電次數(shù)隨相位變化的分布規(guī)律。

3）灰度圖。該圖是反映放電重復(fù)頻率n、放電量q、放電相位φ 三者關(guān)系的圖譜，將放電重復(fù)頻率n值的大小轉(zhuǎn)化為灰度值，可以反映出放電量q在一定范圍內(nèi)的局部放電的重復(fù)率對(duì)相位窗的分布情況。

3.3.3 局部放電脈沖序列分布譜圖（PRPS）

該圖譜記錄了局部放電脈沖幅值和時(shí)間參數(shù)等相關(guān)信息，主要有Δu分布譜圖和Δu/Δt分布譜圖。Δu分布譜圖是指多個(gè)連續(xù)工頻周期內(nèi)，通過(guò)記錄電壓u和放電時(shí)間t建立相關(guān)脈沖序列，并計(jì)算連續(xù)放電間電壓差的分布信息。Δu/Δt分布譜圖是指電壓差與放電時(shí)間間隔的比值。

4 技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

對(duì)GIS 和容性設(shè)備進(jìn)行帶電檢測(cè)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障，檢測(cè)方便快捷。故障發(fā)現(xiàn)后，可以根據(jù)故障的嚴(yán)重程度，決定是否對(duì)設(shè)備進(jìn)行停電試驗(yàn)，停電試驗(yàn)?zāi)軌驕?zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)故障類(lèi)型并確定維修方案。帶電檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)是不影響電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，不需停電操作，不需要改變電網(wǎng)運(yùn)行方式，不會(huì)造成社會(huì)上用戶(hù)停電，可以大大提高經(jīng)濟(jì)效益和擴(kuò)大社會(huì)效益。帶電檢測(cè)的工作可按照試驗(yàn)周期定期開(kāi)展，可以實(shí)現(xiàn)不間斷連續(xù)測(cè)試。試驗(yàn)數(shù)據(jù)方面在一定程度上帶電比停電測(cè)試更為有效及時(shí)可靠。停電試驗(yàn)是根據(jù)設(shè)備檢測(cè)周期或者問(wèn)題缺陷等才開(kāi)展的檢測(cè)，而帶電檢測(cè)則是根據(jù)設(shè)備常出現(xiàn)或是易出現(xiàn)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)指定的檢測(cè)方案開(kāi)展的試驗(yàn)工作，更為及時(shí)有效。

隨著特高壓技術(shù)的快速發(fā)展，電網(wǎng)規(guī)模、設(shè)備容量的日益增大，以及智能電網(wǎng)的應(yīng)運(yùn)而生，人們對(duì)電網(wǎng)可靠性的要求越來(lái)越高，設(shè)備安全性的要求更為迫切，可以說(shuō)帶電檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)應(yīng)該是朝著以下幾個(gè)方面進(jìn)行：（1）建立多功能多參數(shù)的智能綜合檢測(cè)平臺(tái)，即通過(guò)大數(shù)據(jù)把電氣設(shè)備絕緣狀態(tài)的關(guān)鍵性參數(shù)通過(guò)分析計(jì)算反映出來(lái)；（2）提高帶電檢測(cè)裝置的可用度，即在現(xiàn)有基礎(chǔ)上不斷提高其可靠性和靈敏度；（3）建立數(shù)據(jù)庫(kù)和專(zhuān)家系統(tǒng)，在原有試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)人工智能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)GIS 與容性設(shè)備的故障快速診斷和精準(zhǔn)決策。