特高頻帶電檢測技術在GIS設備中的應用研究和驗證

張順 米芝昌 陳程舉

摘要：近年來，GIS設備在電網設備中的占比越來越高，其優點是內部結構集中、整體體積小、配置靈活，而且由于是全封閉結構，受外部環境因素的影響較小，因此正逐步受到電力用戶的廣泛青睞。然而，與其他設備一樣，GIS設備在長時間運行后也會出現絕緣部件老化、氣室內部受潮等安全隱患。一旦出現局部放電就可能導致嚴重的電網事故和設備事故，造成惡劣影響。由于GIS設備運行維護和檢修存在難度大、周期長等問題，因此在試驗周期內對運行中的GIS設備做好帶電檢測，及時發現內部放電缺陷對電網運行維護顯得極其重要。基于此，本篇文章對特高頻帶電檢測技術在GIS設備中的應用研究和驗證進行研究，以供參考。

關鍵詞：特高頻帶電檢測技術;GIS設備;應用研究;驗證分析

引言

GIS是氣體絕緣全封閉組合電器的英文簡稱，承擔著變電站內電能分配與故障切除的關鍵作用，一旦發生故障，可能導致大面積停電，產生經濟損失與惡劣的社會影響。GIS具有結構緊湊、占地面積小和安全性高等優點。但由于GIS全密封的特性，具有內部缺陷不易發現、停電檢修工作量大、檢修周期長等缺點。近年來，GIS因內部放電導致的閃絡跳閘事故越來越多。傳統的停電試驗與檢修存在盲目性，而帶電檢測技術及時準確地判斷內部設備狀態，制定有針對性的檢修策略，提高設備可靠性，降低設備維護成本。由于GIS為全封閉狀態，傳統的紅外測溫方法效果甚微，脈沖電流法只適用于離線試驗。超聲波、特高頻與分解產物等帶電檢測手段的應用，已經在工程中發現多起內部缺陷并得到驗證。帶電檢測作為狀態檢測的一種技術手段，能超前發現設備隱患、降低事故損失。為了實時準確的掌握設備的運行狀態，需要定期對GIS設備開展帶電檢測。

1特高頻（UHF）法

特高頻檢測基本原理是通過特高頻天線對電力設備局放產生的特高頻信號進行檢測，從而判斷設備局部放電狀況，實現絕緣狀態的判斷。在電力設備運行現場，一般空間電磁的干擾頻率在400MHz以下。而特高頻檢測的頻帶很高，為300MHz～1500MHz，因此可以有效避開空間中的干擾信號。同時，UHF法具有較高的靈敏度和抗干擾能力，可實現局放帶電檢測、定位、故障類型判斷等功能。

2GIS設備局部放電實例分析

（1）特高頻和超聲波巡檢。對該GIS設備進行特高頻和超聲波巡檢時，發現其150間隔存在異常特高頻信號，但未檢測出異常超聲波信號。信號的特高頻PRPS和PRPD圖譜如圖1所示。由此可看出，該放電信號出現在工頻周期的正、負半周，具有一定的對稱性，其中放電信號幅值較分散，放電次數較少，且脈沖主要集中在一、三象限，符合圖1（d）呈現的內部氣隙的特性。通過排除外界干擾，可知該信號來自設備內部。

（2）幅值定位分析。通過特高頻信號普測，發現遠離母線氣室的盆式絕緣子特高頻信號幅值逐漸衰減。根據該GIS的內部結構，通過檢測母線側三相上、下兩組盆式絕緣子的特高頻信號，實現對缺陷的幅值定位。由表1可看出，A相下部測點的信號幅值最大，為-55dBm，因此該局部放電缺陷最大概率來自150間隔A相母線氣室的下部。

（3）時差定位分析。如圖2所示，將特高頻傳感器分別置于150間隔母線氣室的3個盆式絕緣子處，其中檢測點1、2、3分別對應3個盆式絕緣子的A、B、C三相。

通過示波器測量的放電信號波形如圖3所示。其中，檢測點1和3處的放電信號初始波峰相差4.5ns，且檢測點1先于檢測點3。而檢測點1和2處放電信號的起始和初始波峰幾乎同時到達，僅相差0.1ns。由此可初步判斷檢測點1、2的中間位置為放電點，即A、B兩相氣室之間。

通過測量150間隔氣室中心軸線的長度繪制出如圖4所示的時差計算圖。根據3個檢測點之間的時差和距離計算出放電源與A相傳感相距87.5cm，即放電源位于A相母線氣室下部。由此可判斷為A相母線的支撐絕緣子存在局部放電缺陷。

3解體驗證情況

為了驗證檢測和定位的結果，并查明該母線室內存在局部放電的原因。在合適的時間，對該母線進行了停電更換，并運送返廠進行了試驗和檢查。在解體檢查之前，開展了局放試驗。然后對母線進行了解體檢查，拆除盆式絕緣子、筒體、母線電阻片和絕緣墊片等進行逐一檢查，外觀檢查未發現異常。為了排查絕緣件表面粉塵、零部件松動等外部原因引起的局部放電這一情況，對每個部件的表面進行了清理擦拭，并重新裝配再次開展局放試驗。發現試驗結果與解體前局放試驗結果基本一致，母線內部仍然存在較大的局部放電信號。隨后將電阻片和絕緣墊塊等絕緣件依次進行更換后開展試驗排查，最終將缺陷鎖定在絕緣墊塊。超聲檢測的優點是可以檢測空心復合絕緣子的內部放電，因此檢測到較多的局部放電，缺點是只能定位局部放電的大致方位，無法精確定位。紫外檢測的限制是不能檢測絕緣子內部的局部放電，但是，一旦局部放電出現在絕緣子表面，紫外檢測可以準確顯示局部放電位置。

4處理措施

通過對故障原因分析得到，主要的檢修工作是將A相電纜筒以及相鄰絕緣盆和內部連接導體進行更換，以及對B，C相電纜筒內部進行清潔。在恢復送電之前進行GIS三相本體耐壓、A相電纜終端耐壓試驗、導體連接可靠性檢查試驗，以及水分和純度試驗。試驗的主要內容如下。（1）GIS三相本體耐壓：GIS耐壓值按國家交接試驗標準的80%進行（約294kV/1min），試驗范圍是A，B，C電纜筒絕緣盆至斷路器斷口逐相進行試驗，試驗套管安裝在電纜筒法蘭處，同時進行局部放電測量。（2）A相電纜耐壓及局放試驗：A相電纜使用西門子提供的試驗套管進行耐壓試驗，耐壓值216kV/1h;在耐壓電纜耐壓階段，對電纜進行局部放電測量。（3）電纜終端與GIS之間的導體連接可靠性檢查試驗，根據廠家建議采用人工檢查與電阻測量相結合的方法。經檢查發現，電纜連接導體安裝水平良好，耦合觸頭卡簧裝設位置正確，測量絕緣盆到電纜終端之間的導體主回路電阻值為11μΩ，說明連接良好。（4）氣體水分及純度試驗：SF6氣體靜置24h后，對新充氣的氣室進行微水及純度檢測，微水含量應不大于250mg/L;氣體純度應大于97%。

結束語

總而言之，氣體絕緣開關設備因其安全運行可靠性高、低成本、低污染運行等特點，在電力系統中得到了廣泛應用。但GIS設備的長時間運行以及制造和安裝時存在的疏漏會導致內部絕緣缺陷，引起設備的局部放電行為。通過電容分壓原理解釋了放電原因與過程。解體結果驗證了帶電檢測結論的準確性。對GIS設備內部各種絕緣缺陷的局部放電信號監測并進行分析和識別，能夠為評估設備運行狀態和制定可靠的檢修方案提供合理依據。

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