GIS特高頻局部放電在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方案探究

林海君

摘要：本文主要介紹了GIS設(shè)備及局部放電的基本情況，分析了GIS設(shè)備局部放電測(cè)試常用的兩種方法：超聲波法和特高頻法，并對(duì)這兩種測(cè)試方法的檢測(cè)原理、使用規(guī)范及各自的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了闡述。通過(guò)聯(lián)合兩種方法對(duì)運(yùn)行中GIS設(shè)備的帶電測(cè)試實(shí)例介紹其實(shí)際應(yīng)用情況。

關(guān)鍵詞：局部放電;超聲波;特高頻檢測(cè)

一、引言

氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備（GIS）對(duì)于電力系統(tǒng)的作用十分重要，如果GIS在運(yùn)行中出現(xiàn)故障，可能會(huì)引發(fā)比較嚴(yán)重的問(wèn)題，甚至?xí)l(fā)大面積的停電情況。按照GIS的結(jié)構(gòu)分析，其可以分為隔離開(kāi)關(guān)、隔離器、接地系統(tǒng)、互感器和避雷系統(tǒng)等組成，GIS從其制造、運(yùn)輸、安裝及使用過(guò)程中均存在一些風(fēng)險(xiǎn)，影響著電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。在所有GIS故障中，發(fā)生最多的故障類(lèi)型為絕緣子故障，據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，絕緣子故障約占GIS故障類(lèi)型的27%，因此需要格外關(guān)注GIS設(shè)備的絕緣性，充分保證GIS的穩(wěn)定性，提升電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。

二、局放監(jiān)視系統(tǒng)的測(cè)試

（一）超聲波檢測(cè)原理

超聲波檢測(cè)技術(shù)就是通過(guò)檢測(cè)局部放電過(guò)程中產(chǎn)生的超聲波信號(hào)，對(duì)設(shè)備內(nèi)部的缺陷進(jìn)行檢測(cè)。超聲波的測(cè)試聲波頻率處于20-200KHz區(qū)間。

利用超聲波檢測(cè)技術(shù)可以對(duì)電磁干擾造成的干擾進(jìn)行屏蔽，具有定位準(zhǔn)和操作簡(jiǎn)便的特點(diǎn)。因?yàn)槌暡ㄔ谠O(shè)備的內(nèi)部的產(chǎn)生和傳遞比較復(fù)雜，存在超聲波的反射和折射作用，會(huì)隨著折射和反射的進(jìn)行，超聲波的能量會(huì)出現(xiàn)衰減，對(duì)測(cè)試結(jié)果造成影響。因此，利用超聲波檢測(cè)對(duì)于前期缺陷比較嚴(yán)重的設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)具有可行性，而對(duì)于缺陷比較少的設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)檢測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)的情況出現(xiàn)。

（二）特高頻檢測(cè)原理

特高頻檢測(cè)技術(shù)就是通過(guò)檢測(cè)局部放電過(guò)程中產(chǎn)生的高頻電波信號(hào)，對(duì)設(shè)備內(nèi)部的缺陷進(jìn)行檢測(cè)。超聲波的測(cè)試聲波頻率處于300-3000MHz區(qū)間。利用特高頻檢測(cè)手段進(jìn)行局部缺陷的定位檢測(cè)，近幾年應(yīng)用比較廣泛，該方法的優(yōu)點(diǎn)是敏感度高、對(duì)低頻電暈的干擾屏蔽效果好，能夠有效的識(shí)別缺陷的類(lèi)型和位置，該技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中容易受到環(huán)境中的相同頻率的電波影響。采用該方法進(jìn)行缺陷檢測(cè)不能準(zhǔn)確做到量化描述。

（三）時(shí)差定位法

利用納秒精度級(jí)別的高速示波器對(duì)測(cè)試部位進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)對(duì)比檢測(cè)部位信號(hào)的時(shí)間差對(duì)其進(jìn)行定位分辨，若分辨率能夠達(dá)到1ns，定位精度能夠達(dá)到30厘米，具有數(shù)據(jù)定位可靠的優(yōu)勢(shì)。該方法測(cè)試簡(jiǎn)便、定位精度高。但應(yīng)用難點(diǎn)是對(duì)設(shè)備的精度要求比較高，且需要較高的采樣頻率，需要初始的脈沖信號(hào)較強(qiáng)，以準(zhǔn)確讀取信號(hào)的開(kāi)始時(shí)間。

（四）聯(lián)合檢測(cè)方法

采用超聲波檢測(cè)和特高頻檢測(cè)手段對(duì)GIS運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行確認(rèn)，對(duì)其整體設(shè)備情況的具體情況進(jìn)行檢測(cè)，是具有重要可行性。兩種方式均可在不影響GIS設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的前提下完成對(duì)設(shè)備的檢測(cè)。兩種檢測(cè)手段各有優(yōu)劣勢(shì)，超聲波檢測(cè)方法可以比較精準(zhǔn)地定位缺陷發(fā)生的部位，而特高頻檢測(cè)手段抗干擾能力較強(qiáng)，對(duì)設(shè)備內(nèi)部的缺陷更加敏感，充分利用超聲波檢測(cè)和特高頻檢測(cè)的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行聯(lián)合檢測(cè)，可以更好地確認(rèn)和保證GIS設(shè)備安全運(yùn)轉(zhuǎn)。

聯(lián)合方法應(yīng)用的具體操作方式：

首先利用超聲波檢測(cè)進(jìn)行初始判斷檢測(cè)，通過(guò)對(duì)得到的幅值圖譜進(jìn)行觀察判斷，是否存在異常。如果發(fā)現(xiàn)異常對(duì)相位和飛行圖譜進(jìn)行對(duì)比分析，定位缺陷的位置。

GIS設(shè)備內(nèi)容易出現(xiàn)缺陷的部位防止特高頻傳感器，該部位包括接地端子、出線(xiàn)端、絕緣盆子及澆注孔。通過(guò)對(duì)該部位檢測(cè)的圖譜與局部放電圖譜進(jìn)行比較判斷，確定該部位是否存在放電及具體放電類(lèi)型，如果檢測(cè)到存在局部放電，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果判斷缺陷發(fā)生部位。

進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，如果檢測(cè)到同時(shí)存在電和聲信號(hào)，通過(guò)比較這兩者的放電圖譜，即可判斷放電類(lèi)型，然后對(duì)比幅值利用超聲波方式確定缺陷發(fā)生部位，也可采用聲電聯(lián)合檢測(cè)手段對(duì)缺陷部位進(jìn)行定位。

檢測(cè)時(shí)，如果只檢測(cè)到超聲波信號(hào)而沒(méi)有特高頻信號(hào)，需要對(duì)使用分析對(duì)比幅值判斷信號(hào)發(fā)生的最強(qiáng)位置，判斷分析該信號(hào)是否為設(shè)備的振動(dòng)或機(jī)械元件松動(dòng)造成的振動(dòng)。

三、實(shí)驗(yàn)室方案

對(duì)于運(yùn)行中的GIS，超聲波檢測(cè)技術(shù)和特高頻檢測(cè)技術(shù)無(wú)疑是最理想的檢測(cè)方法，兩者都可以實(shí)現(xiàn)帶電檢測(cè)，其檢測(cè)方法都比較簡(jiǎn)便實(shí)用，且不必改變?cè)O(shè)備的運(yùn)行方式。特高頻法抗干擾能力強(qiáng)，對(duì)電信號(hào)較敏感且較超聲波法而言對(duì)絕緣內(nèi)部缺陷更敏感。而超聲波法不受檢測(cè)位置的限制，對(duì)缺陷定位更加方便和準(zhǔn)確。兩者聯(lián)合使用，互相補(bǔ)充，是實(shí)現(xiàn)GIS設(shè)備局部放電檢測(cè)的重要手段。

使用超聲波/特高頻聯(lián)合檢測(cè)的具體步驟為：

1）使用超聲波法進(jìn)行普測(cè)，通過(guò)對(duì)幅值圖譜的觀察判斷是否存在異常，若存在異常可通過(guò)相位圖譜及飛行圖譜進(jìn)行進(jìn)一步分析判斷并通過(guò)幅值比較的方法進(jìn)行定位。

2）在 GIS 的非金屬屏蔽絕緣盆子、金屬屏蔽絕緣盆子的澆注孔、觀察窗、GIS電纜終端、接地端子、電纜出線(xiàn)端等位置放置特高頻傳感器，通過(guò)對(duì)PRPS 圖譜與典型放電圖譜的比較，判斷是否存在放電以及確定放電的類(lèi)型。若存在放電可根據(jù)放電類(lèi)型選擇相應(yīng)方法進(jìn)行缺陷定位。

3）如果同時(shí)測(cè)到了電信號(hào)和聲信號(hào)，可以比較兩者的放電圖譜，判斷出是否為同一放電源的信號(hào)并確定放電類(lèi)型;之后可以用幅值比較的方式用超聲波 法找到放電的位置。在檢測(cè)設(shè)備功能允許的情況下，可采用聲電聯(lián)合定位的方法找到放電位置。

4）如果只測(cè)到了特高頻信號(hào)而沒(méi)有超聲波信號(hào)，則應(yīng)通過(guò)改變特高頻傳感器的位置擺放和傳感器的方向性及信號(hào)的頻率分布排除外部干擾，并通過(guò)與典型放電圖譜的比較確定放電類(lèi)型，此時(shí)應(yīng)重點(diǎn)考慮是否放電為絕緣內(nèi)部放電。之后在附近能放置特高頻傳感器的位置擺放傳感器，通過(guò)定位儀器比較各傳感器接收信號(hào)的觸發(fā)沿，大致定出放電點(diǎn)

5）如果只測(cè)到了超聲波信號(hào)而沒(méi)有特高頻信號(hào)，則使用幅值比較法找到超聲波信號(hào)最大的位置。通過(guò)具體的位置及設(shè)備結(jié)構(gòu)的分析判斷是否為設(shè)備的振動(dòng)或是設(shè)備內(nèi)部元件松動(dòng)導(dǎo)致的機(jī)械振動(dòng)

四、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

2019年8月，在對(duì)某220 kV變電站GIS設(shè)備進(jìn)行特高頻局放帶電檢測(cè)至220 kV合正甲線(xiàn)2751A相電壓互感器氣室時(shí)，在母線(xiàn)電壓互感器氣室隔離盆式絕緣子檢測(cè)到放電信號(hào)，特高頻信號(hào)幅值約51 dB，超聲波局放檢測(cè)未檢測(cè)到異常信號(hào)。經(jīng)定位分析，判斷放電類(lèi)型為氣隔盆式絕緣子內(nèi)部氣隙放電，放電位置處于母線(xiàn)電壓互感器氣室隔離盆式絕緣子

五、結(jié)語(yǔ)

GIS 設(shè)備的局部放電檢測(cè)主要使用超聲波檢測(cè)技術(shù)和特高頻檢測(cè)技術(shù)，兩者各有優(yōu)點(diǎn)。超聲波法對(duì)顆粒跳動(dòng)、尖端放電、懸浮電位、異物和連接不良比較 敏感，而對(duì)于絕緣內(nèi)部空隙、裂縫等缺陷不敏感。而特高頻法應(yīng)用于GIS設(shè)備時(shí)，由于局部放電的電磁波能夠沿著GIS的管體結(jié)構(gòu)類(lèi)似于波導(dǎo)，特高頻信號(hào)可以傳播很遠(yuǎn)，衰減很小。但特高頻法也受到測(cè)試點(diǎn)少、對(duì)部件松動(dòng)引起的振動(dòng)無(wú)法測(cè)試等缺點(diǎn)的限制。在使用時(shí)應(yīng)將兩者結(jié)合起來(lái)。通過(guò)電電局部放電定位技術(shù)，能夠有效地發(fā)現(xiàn)運(yùn)行中GIS的絕緣缺陷并進(jìn)行定位，為設(shè)備維護(hù)和安全運(yùn)行提供有力的保障。

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