特高頻局部放電檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用

楊萬里 李路培 周健

（紀(jì)年科技股份有限公司，河南 許昌 461000）

一、局部放電的基本概念

在電力設(shè)備的絕緣系統(tǒng)中，當(dāng)只有局部區(qū)域發(fā)生放電，而沒有貫穿施加電壓的導(dǎo)體之間，及尚未擊穿，這種現(xiàn)象稱之為局部放電。它是由于局部場(chǎng)強(qiáng)畸變、局部場(chǎng)強(qiáng)集中，導(dǎo)致絕緣介質(zhì)局部范圍內(nèi)的氣體放電或擊穿造成的。局部放電可能發(fā)生在導(dǎo)體邊緣，也可能發(fā)生在絕緣體內(nèi)部或表面，電力設(shè)備絕緣體的絕緣強(qiáng)度與擊穿場(chǎng)強(qiáng)都很高，當(dāng)局部放電在很小的范圍內(nèi)發(fā)生時(shí)，擊穿過程很快，將產(chǎn)生很陡的脈沖電流，在絕緣體中發(fā)生的局部放電對(duì)絕緣材料的危害很大，嚴(yán)重的還會(huì)腐蝕絕緣材料，造成絕緣擊穿。

二、特高頻檢測(cè)的原理

正常運(yùn)行的氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備（以下簡稱GIS設(shè)備）中充有高壓SF6氣體，具有很高的絕緣強(qiáng)度與擊穿場(chǎng)強(qiáng)，發(fā)生局部放電時(shí)在納秒級(jí)的時(shí)間內(nèi)將會(huì)向周圍發(fā)射出數(shù)GHz的電磁波信號(hào)，這些電磁波信號(hào)在GIS中以TEM波，TE波，TM波的形式傳播，GIS的同軸結(jié)構(gòu)相當(dāng)于電磁波傳播的波導(dǎo)管，不考慮絕緣子與轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)等因素的影響，電磁波信號(hào)在GIS腔體內(nèi)傳輸衰減小，傳播時(shí)間長，通常一個(gè)納秒級(jí)的局部放電信號(hào)可以持續(xù)10ms以上，局部放電特高頻檢測(cè)法于20世紀(jì)80年代初期，由英國中央電力局實(shí)驗(yàn)室提出，其基本原理是通過特高頻傳感器對(duì)電力設(shè)備發(fā)生局部放電時(shí)所產(chǎn)生的特高頻信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，獲得放電的相關(guān)信息，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)局部放電的監(jiān)測(cè)，在現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)環(huán)境的不同，可以采用內(nèi)置式和外置式特高頻傳感器，然后對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行進(jìn)一步分析就可以確定GIS內(nèi)部是否發(fā)生放電以及放電的位置及類型。

三、特高頻檢測(cè)儀的組成與檢測(cè)流程

（一）特高頻局部放電檢測(cè)儀器的組成

1.特高頻傳感器：耦合器，可以感應(yīng)300MHz～1.5GHz的電磁波信號(hào)。

2.信號(hào)放大器（可選配件）：某些局部放電檢測(cè)儀會(huì)包含信號(hào)放大器，對(duì)來自前端的局部放電信號(hào)做放大處理。

3.檢測(cè)主機(jī)：接受、處理耦合器采集到的特高頻局部放電信號(hào)

4.分析主機(jī)（筆記本電腦）：運(yùn)行局部放電分析軟件，對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，識(shí)別放電類型，判斷放電強(qiáng)度

（二）檢測(cè)流程

1.設(shè)備連接：按照設(shè)備接線圖連接測(cè)試儀各部件，將傳感器固定在盆式絕緣子上，將檢測(cè)儀主機(jī)及傳感器正確接地，電腦，檢測(cè)儀主機(jī)連接電源，開機(jī)。

2.工況檢查：開機(jī)后運(yùn)行檢測(cè)軟件，檢查主機(jī)與電腦通信狀況、同步狀態(tài)、相位偏差等參數(shù)：進(jìn)行系統(tǒng)自檢，確認(rèn)各個(gè)檢測(cè)通道工作正常。

3.檢測(cè)參數(shù)設(shè)置：設(shè)置變電站名稱，檢測(cè)位置并做好標(biāo)注。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)噪聲水平設(shè)定個(gè)通道信號(hào)檢測(cè)閾值。

4.信號(hào)檢測(cè)：打開連接傳感器的檢測(cè)通道，觀察檢測(cè)到的信號(hào)。如果發(fā)現(xiàn)信號(hào)無異常，保存少量數(shù)據(jù)，退出并改變檢測(cè)位置，繼續(xù)下一點(diǎn)檢測(cè)。如果發(fā)現(xiàn)信號(hào)異常，則延長檢測(cè)時(shí)間，并記錄多組數(shù)據(jù)進(jìn)行異常診斷流程，必要的情況下可以接入信號(hào)放大器。

四、特高頻局部放電檢測(cè)法與其他的局部放電檢測(cè)方法相比較具有以下的優(yōu)勢(shì)

（一）檢測(cè)靈敏度高。局部放電所產(chǎn)生的特高頻電磁波信號(hào)在GIS中傳播時(shí)的衰減較小,如果不考慮絕緣子、GIS轉(zhuǎn)角和設(shè)備結(jié)構(gòu)所帶來的影響，特高頻電磁波信號(hào)的衰減僅為3-5dB/km。而且由于電磁波信號(hào)在GIS轉(zhuǎn)角和絕緣子處會(huì)發(fā)生不連續(xù)的反射，會(huì)在GIS腔體中引起諧振,使得局部放電信號(hào)的振蕩時(shí)間加長，便于局部放電信號(hào)的檢測(cè)。因此，特高頻法具有很高的靈敏度，另外，與超聲波檢測(cè)方法相比特高頻檢測(cè)的有效范圍也大得多，在相同距離的GIS上進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，需要的傳感器數(shù)目也相對(duì)較少。

（二）利于絕緣缺陷類型的識(shí)別。不同類型絕緣缺陷的局部放電所產(chǎn)生的特高頻信號(hào)具有不同的頻譜特征，因此，除了利用常規(guī)方法對(duì)信號(hào)的時(shí)域分布特征分析以外，還可以結(jié)合特高頻信號(hào)頻域分布的特征，進(jìn)行局部放電類型的分析識(shí)別，根據(jù)對(duì)不同的頻譜特征進(jìn)行分析可以有效地識(shí)別不同類型的局部放電缺陷。

（三）現(xiàn)場(chǎng)抗干擾能力強(qiáng)。由于GIS運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)存在著大量的電氣干擾，這為局部放電檢測(cè)帶來了一定的難度，高壓線路與設(shè)備在空氣中的電暈放電干擾是現(xiàn)場(chǎng)最常見的干擾，由于電暈放電干擾的頻段主要集中在200Hz以下，而特高頻檢測(cè)法的檢測(cè)頻段通常為300MHz-3GHz,因此，可以有效地避開現(xiàn)場(chǎng)的電暈干擾,而且特高頻信號(hào)不同的頻譜分布特征不僅能夠識(shí)別局部放電的缺陷類型，同時(shí)還可以分析出一些頻段在300MHz以上的電氣干擾，例如：雷達(dá)干擾、熒光燈干擾等。

（四）定位能力強(qiáng)。局部放電產(chǎn)生的電磁波信號(hào)，在GIS腔體中，傳播的速度近似為光速，電磁波信號(hào)到達(dá)特高頻傳感器的時(shí)間與其傳播的距離有直接關(guān)系，因此，可以根據(jù)特高頻電磁波信號(hào)到達(dá)其附近兩側(cè)特高頻傳感器的時(shí)間差，來計(jì)算出局部放電缺陷所在的位置，這為GIS設(shè)備的維修計(jì)劃制定、檢修工作效率提高提供了有力的支持。

五、結(jié)語

在電網(wǎng)系統(tǒng)的發(fā)展過程中，GIS設(shè)備的應(yīng)用越來越廣泛，GIS設(shè)備的安全運(yùn)行對(duì)于電網(wǎng)系統(tǒng)的安全平穩(wěn)運(yùn)行尤其重要，合理的使用特高頻局部放電檢測(cè)法對(duì)GIS設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)，可以為電網(wǎng)系統(tǒng)檢修與電網(wǎng)系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行提供有力支持。