特高頻局放在線監測在GIS 設備中的應用及案例分析

張銳

（國網江蘇省電力有限公司檢修分公司，江蘇 南京210000）

1 特高頻局放在線監測系統

目前常見應用于現場的局放在線監測方法主要分為特高頻法和超聲波法。由于特高頻法具有較好的抗干擾性和靈敏性，且能適用于各種類型的缺陷，因此也得到了更廣泛的使用。

特高頻局部放電監測系統由傳感器、信號處理單元RTU及分析診斷系統PDM 組成。通過傳感器采集信號并傳輸至信號處理單元進行過濾及轉化，再上傳至數據庫并通過診斷系統進行診斷分析。

1.1 傳感器

根據不同的GIS 結構及現場需求，特高頻傳感器可采用內置式或外置式。內置式傳感器可以安裝在GIS 設備檢測窗，需在GIS 生產過程中預先安裝；外置式傳感器在已經運行的GIS 上無需停電即可進行安裝；外置式的噪音傳感器可以安裝于GIS 范圍內，如斷路器、隔離開關等部位。幾種類型傳感器參數如表1 所示。

表1 傳感器參數

1.2 信號處理單元RTU

RTU 數據處理單元采用高性能同軸電纜與特高頻傳感器進行連接。通過硬件濾波電路、混頻放大、高速采樣及小波閾值濾波等多種抗干擾技術，提取有效的內部放電信號，進過PRPS 和PRPD 算法處理后通過TCP/IP 上傳至中央處理單元。

1.3 分析診斷系統PDM

PDM 主要由Engine 和Client 兩部分組成，Engine 主要控制數據的接入及系統的運行，Client 主要用于遠程客戶端的接入及顯示。該系統能夠通過網絡對每個傳感器進行遠程訪問，包括實時監測、分析、診斷、保存傳感器數據、遠程報警以及相位同步等功能。

2 GIS 局放種類及典型圖譜

GIS 局部放電大體可分為自由顆粒、尖端電極、懸浮電極和絕緣缺陷四類，典型圖譜如圖1 所示。

自由顆粒是大量粉塵后金屬粒子被保留在氣室內部形成的一種放電，表現的特征是在0-360°的相位上都有信號，視在放電量大小在上百或幾百pC。

尖端電極是生產時的誤操作導致樹突狀的導電粒子保留在導體和外殼內表上形成的一種電暈放電，主要表現在90°和270°，放電量在幾十到幾百pC。

懸浮電極主要由GIS 的金屬連接處松動導致，信號集中表現在0-90°、180°-270°和340°-360°，放電量在幾百到幾千pC。

絕緣缺陷是絕緣件在生產或組裝過程中形成的一種比較常見的放電類型，主要表現在0-90°和180°-270°，放電量在幾十到幾百pC（圖1）。

3 案例分析

2017 年8 月2 日12 時58 分，某變電站1000kV GIS 特高頻局部放電在線監測裝置發報警信號，T0121 流變A 相、T0122 流變A 相、T01367 線路接地閘刀A 相等三處氣室同時報局放異常，圖譜具有“兔耳”特征。當日16:30 報警信號消失，約40 分鐘后又間歇性報警，在線監測圖譜如圖2 所示。

隨后，電科院、局放在線監測廠家等單位在現場進行了局放復測，經檢測判斷異常信號來自GIS 內部，信號源位于T012 斷路器A 相與T0122 流變A 相之間的不通氣盆式絕緣子附近，可能存在絕緣子內部氣隙缺陷，后經匯報緊急拉停T012 斷路器。對該斷路器進行返廠相關電氣試驗，確認762kV 下存在異常局部放電，局放值在80-160pC，局放定位在斷路器靜側。

對該斷路器進行解體檢查，將靜側絕緣支撐筒封入試驗工裝，進行局放試驗。試驗加壓順序為：0kV→635kV/5min→960kV/5min→825kV/10min→762kV/10min→試驗結束（試驗變壓器最高加壓值為960kV）。發現支撐筒局放異常，局放起始電壓約為431kV，升壓至635kV 時，最大局放量約10 萬pC，為防止試品擊穿，立刻將電壓降至0。GIS 廠家認為絕緣支撐筒未安置穩固導致局放異常，更換固定措施后進行第二次局放試驗，試驗加壓順序不變。經測試發現絕緣支撐筒仍局放異常，局放起始電壓約為555kV，升壓至635kV 時，最大局放量約96000pC，為防止試品擊穿，立刻將電壓降至0。

圖1 GIS 局放典型圖譜

圖2 局放在線監測圖譜

為進一步確定缺陷位置，對絕緣支撐件進行強光探缺檢查，發現絕緣筒靠近端蓋側接縫有黑色痕跡。為屏蔽疑似缺陷的影響，用排除法將絕緣支撐件兩端均加裝屏蔽罩，并從絕緣支撐件與導桿連接側加壓，進行第三次局放試驗，試驗加壓順序不變。經測試發現絕緣支撐件在加壓至960kV 時出現局放異常，局放量持續在4.5pC 以上，最大局放量約為5.8pC，其余加壓值下局放未見異常。

為真實反映斷路器實際工況下的局放情況，將靜側支撐絕緣筒試驗姿態與實際工況姿態保持一致，即實際工況下滅弧室側連接到加壓部分，斷路器端蓋側去除屏蔽罩并接地，再次進行局放檢測，試驗加壓順序不變。經測試發現絕緣支撐筒仍局放異常，局放起始電壓約為500kV，升壓至960kV時，局放量約1000pC，降至762kV 時，局放量仍有1000 多pC，而且隨著時間逐步增長，實驗過程中示波器采集的放電脈沖信號與2017 年8 月現場檢查的信號特征吻合，由此判斷支撐筒局放超標是導致現場運行中局放異常的原因。

4 結論

特高頻局放在線監測作為一套輔助監測系統，對于GIS設備內部絕緣故障診斷具有一定的預見性，通過分析監測數據的變化趨勢，可及時提醒廠站采取有效措施防止事故的發生和擴大，保障電網安全穩定運行，具有廣泛的應用前景。