GIS設備局部放電超聲波/特高頻聯合檢測技術及其運用

（國網河南省電力公司焦作供電公司，河南焦作 454000）

隨著電壓等級升高，GIS設備發生絕緣故障會造成大面積停電，GIGRE統計表明，采取有效的檢測手段可避免60%的故障。國內外電力系統對GIS設備局放檢測技術進行大量研究，國家電網公司發布《電力設備帶電檢測技術規范》，但GIS局放檢測在電力系統開展水平參差不齊，對GIS設備局放檢測實踐經驗有待積累。研究特高頻與超聲波檢測技術，對提高電力系統GIS局放檢測技術水平，保證GIS設備安全運行，提高供電可靠性具有重要現實意義。

1 GIS設備局放機理

GIS設備絕緣不同缺陷產生局放類型不同，GIS設備局放危害評估需要識別絕緣缺陷類型，GIS設備常見絕緣缺陷分為金屬顆粒、金屬凸起、絕緣氣隙、懸浮電極與表面污穢。GF6是具有很強電負性的氣體，能阻止GIS內部放電形成，由于在GIS安裝施工中人為介入，操動機構磨損等多種原因，使得GIS內部存在金屬微粒。為清除微粒GIS設備在投用前進行處理，但不能徹底清除金屬微粒，由于GIS設備操動機構長期磨損產生金屬微粒不可避免。通過釋放電子形成正金屬粒子，局部強場使金屬電極表面電子逸出，導致光熱電離，在電極間形成間歇局放通道。正金屬粒子沿場強方向移向負極性電極，在與其他粒子碰撞下金屬離子獲得的能量越過金屬導體縫隙，金屬粒子接近金屬導體易引起局放[1]。

GIS設備在制造中由于操作不當等原因在殼體內形成金屬突起，金屬突出物在穩態交流下形成局部強場，超過SF6氣體擊穿場強會引起電暈放電，改善金屬突出物周圍電場分布，金屬突出物附近存在穩定電暈放電能抑制電極發生貫穿性擊穿。在雷電過電壓等電壓幅值超過工作電壓下，可能引發擊穿性絕緣故障。GIS內部金屬突出物局放發生在負極性電壓下，局放發生于工頻電壓負半波峰值附近。位于殼體內局放發生于工頻電壓正半波峰值附近。GIS設備金屬導體曲率半徑小，金屬突出物易引發局放。

2 GIS設備局放檢測技術

GIS內部發生局放產生聲光電等效應，出現相應局放檢測技術，基于光化學局放檢測技術靈敏度差，脈沖電流法與超聲波法檢測技術滿足檢測GIS設備內部局放要求，可通過測量出現在放電量反映局放強度，特高頻法可在設備不停電下實現帶電檢測。

脈沖電流法是IEC60270標準推薦傳統電檢測方法，在檢測阻抗兩端產生脈沖電壓，測量頻率范圍為10kHz～1MHz，脈沖電流法抗干擾能力差，只有采取良好屏蔽措施保證被試品周圍系統局放量才能得到最佳靈敏度。脈沖電流法測試優點是能定量測量被試品局放電量，根據實際情況接好實驗回路，對回路參與確定檢測回路刻度因數K，通過脈沖發生器在被試品兩端注入放電量脈沖信號，檢測阻抗產生脈沖電壓幅值U，計算得到局放視在放電量q。

局放特高頻檢測法原理是應用傳感器對電力設備局放產生特高頻電磁波信號檢測，實現局放檢測，基于電磁波在GIS中的傳播特點發展，UHF法優點是抗干擾強，如空氣中電暈產生電磁波干擾頻率較低，寬頻檢測法可抑制干擾。對特高頻通信信號有固定的中心頻率，特高頻法可用窄頻檢測法與局放信號區別。可利用同放電源發射信號達到不同位置傳感器時間差對局放電源定位。高壓導體金屬突出物，SF6氣體負離子發射電子發生脈沖放電，等值頻率為特高頻波段。可采用內外置式傳感器，電力設備內部發生局放，產生特高頻信號在GIS腔體以橫向電磁波方式傳播，利用外置式傳感器可進行檢測，如采用內置式傳感器可從設備內部檢測局放電激發磁波信號。

電力設備內部局放產生沖擊振動機械波，超聲波法通過安裝傳感器測量局放電信號，傳感器與電力設備電氣回路無聯系，在現場使用時受周圍環境噪聲影響。超聲信號在電力設備常用絕緣材料衰減較大，優點是具有定位準確度高。局放區域小，電源可視為點聲源。聲波傳播速率與衰減特性是超聲波局放定位應用的理論基礎，通過提取超聲波信號達到不同傳感器時間差，利用傳播速率實現對放電源定位，通過對比超聲波檢測信號強度實現對電源幅值定位。

3 GIS設備局放超聲波/特高頻聯合檢測技術

超聲波檢測技術是運行中的GIS理想的檢測方法，可實現帶電檢測，不必改變設備運行方式，特高頻法對電信號敏感，對絕緣內部缺陷敏感。兩者聯合使用是實現GIS設備局放檢測的重要手段。聲電聯合法能對超聲信息特高頻信息提取，分析對比信號后判斷信號是否具備一致性，有效排除現場干擾情況，提高識別缺陷類型準確度。

使用超聲波/特高頻聯合檢測技術首先使用超聲波法普測，觀察判斷幅值圖譜是否異常，通過相位圖譜分析判斷，通過幅值比較法定位。GIS非金屬屏蔽絕緣盆子、觀察窗、接地端子等位置特高頻傳感器，判斷是否存在放電。同時測到電聲信號，比較放電圖譜判斷是否為同放電源信號，用幅值比較通過超聲波法找到放電位置。可采用聲電聯合定位法找到放電位置。測到特高頻信號無超聲波信號，通過改變傳感器位置擺放排除外部干擾，通過與典型放電圖譜比較確定類型，在附近放置特高頻傳感器定位儀器比較接收信號觸發沿確定放點。測到超聲波信號無特高頻信號，通過設備結構分析判斷是否為設備振動。

4 GIS設備局放聯合檢測實驗

UHF傳感器置于與盆式絕緣子相鄰絕緣子測量，測得類似信號幅值較弱，判斷信號源于盆式絕緣子。為判斷信號源位置，將UHF傳感器置于盆式絕緣子，采用標準觸發模式觸發波形，根據局放檢測時域波形，藍色通道為放入空氣傳感器未測到電信號，可排除信號來自空氣背景可能性。紅色通道波形起始上升沿早于黃色通道約6.5ns，折斷成距離為195cm，如放電信號源于盆式絕緣內部，紅色信號起始上升沿超前時間折算距離等于傳感器距離，現場紅黃色傳感器距離為180cm。將黃色傳感器改為放置在2751乙隔離開關氣室最近盆式絕緣子。采用紅色通道為觸發模式，藍色通道傳感器無信號，紅色通道波形起始上升沿早于黃色通道約3ns，信號源到紅色傳感器早于3ns，現場紅黃色傳感器距離與計算值相差15cm。

通道波形起始上升沿早于黃色通道約6.5ns，折斷成距離為195cm，如放電信號源于盆式絕緣內部，紅色傳感器信號超前于絕緣子信號，時間折算距離后理論值差距在誤差范圍內，判斷局放點在盆式絕緣子內。根據放電特征判斷放電缺陷為220kV合正甲線2751相盆式絕緣子內部氣隙放電。