帶電檢測技術在GIS缺陷檢測中的應用

劉俊

摘要：當前電力行業正處于快速發展階段，為了更好地保障電力系統運行的可靠性與穩定性，對電力設備安全性的要求也越來越高。GIS（SF6作為絕緣介質的氣體絕緣金屬封閉式開關設備），將變電站中除了變壓器之外的電氣設備進行一體化融合，和常規的變電站相比結構更緊湊，占地面積小，同時也減輕了對外界環境的負面影響，可實現更高性能、更長檢修周期以及更高經濟效益的運行。對于GIS設備，安全性檢測至關重要。

關鍵詞：GIS;設備缺陷;帶電檢測技術

一、GIS設備

GIS是將以往變電站中除了變壓器以外的設備，如隔離開關、接地開關、斷路器、電流互感器、電壓互感器、避雷器、母線以及出線套管等全部封裝到接地的金屬外殼當中，殼內主要以0.3～0.4MPa的SF6氣體作為絕緣與滅弧的介質，GIS在城市電網中的應用比較廣泛，目前國外建設的GIS與常規變電站之比約為1∶6。GIS的安全運行對整個電力系統的穩定性有著決定性影響，發生任何故障都有可能導致局部甚至整個地區停電。GIS為大型封閉性結構，停電檢修不僅需要投入大量的人力資源、物力資源，還需要較高的維修成本與較長的維修時間。因此，在GIS發生故障之前準確地發現其內部的缺陷并及時處理非常重要。當前對于GIS的檢測與試驗方式非常多，例如出廠之前的檢驗、安裝之后的試驗以及運行之后的檢驗、氣體實驗等。GIS投入運行之前的檢驗方式比較成熟，但是投入使用之后的檢驗技術并不成熟，仍然存在改進空間。缺陷屬于GIS內部絕緣遭受損害的主要預先性因素，發生的原因主要有：澆筑的絕緣內部存在雜質或空洞;絕緣表面或金屬表面存在突起或尖端;安裝不規范或開關分合效果較差導致顆粒狀或絲狀的金屬微粒存在，附著在絕緣表面，金屬微粒在電力影響下不斷跳躍從而造成缺陷;金屬屏蔽的固定位置接觸不良;觸頭接觸不良導致缺陷。缺陷對于GIS設備而言屬于高度危險因素，一旦發生輕微的放電，如果不及時排查問題會導致嚴重的絕緣問題，從而引發嚴重后果。因此，GIS設備缺陷帶電檢測技術的應用非常重要。

二、GIS設備缺陷帶電檢測技術

帶電檢測技術可以在不停電的情況下實現對GIS設備的檢測，并可對缺陷精確定位，在明確損壞程度的同時，及時發出預警，幫助工作人員及時進行檢修，以維持電力系統的正常運行。帶電檢測技術的種類很多，可根據不同的缺陷選擇，針對性地進行精準定位。GIS具有占地面積小、設備配置靈活、維修度相對較低以及安全性較高等優勢。但是安裝期間或使用過程中可能會存在的一定缺陷或出現氣體介質泄漏問題，導致絕緣強度下降，從而造成安全事故。GIS設備缺陷，會在外殼形成一定的電流，從而使接地線上存在高頻放電脈沖。局部放電還會導致氣體壓力快速上升，在GIS設備中形成縱波與超聲波。從近年來國內外的研究來看，GIS設備的缺陷檢測主要有以下幾種方式。

2.1化學法

在GIS設備中，在電弧放電影響下，部分SF6氣體會出現分解現象，主要的降解物是SOF2與SO2F2。根據這兩種分解物的濃度差異，可以直接準確地判斷GSI設備內部是否放電以及嚴重程度。這種方法的優勢在于檢測結果不會受外界電磁影響。雖然化學法可以實現對局部放電情況的檢測，但也存在一定的不足之處，例如短脈沖放電無法形成足夠的分解物，導致判斷結果不準確，SF6氣體泄漏會影響檢測的結果。

2.2超聲波法

GIS設備內部缺陷會造成一定的聲波，主要是橫波、縱波及表面波。在腔體外壁傳播的聲波除了縱波外，還包括橫波，利用超聲波傳感器接收缺陷所形成的振動信號，也可實現對GIS設備內部缺陷的檢測，因為缺陷的聲波與金屬撞擊會呈現出不同的機械頻率。超聲波法的優勢是檢測結果不會受電氣因素的影響，但是不足之處在于現場存在許多其他聲源，檢測精度可靠性比較低。

2.3紅外成像檢測技術

任何物體因為自身的分子運動表現，會持續性地向外界輻射紅外熱能，在物體表面會形成帶有一定溫度的場環境，即熱像。紅外檢測技術的原理是對設備表面的紅外輻射能量進行檢測分析，以實現對設備故障的判斷，并可以準確判斷出哪一個設備發生了故障。

2.4特高頻檢測法

GIS設備運行過程中內部充滿高壓SF6氣體，其絕緣強度與擊穿強度都比較高，在缺陷存在小范圍內時，氣體擊穿的過程會相當快，從而形成比較陡的脈沖電流。在對信號頻譜進行分析時，會發現頻率可以高達吉赫茲級，同時脈沖會向四周輻射出特高頻率的電磁波，通過GIS設備腔體結構同軸結構進行傳播，利用同軸波導原理可以實現特高頻信號的檢測。GIS設備中波導壁屬于非理想性的導體，電磁波在GIS設備傳播過程中會出現功率衰減，電磁波的振幅會隨著傳播方向逐漸減小，從而形成波的衰減。此衰減量相對于信號在絕緣子位置因反射所導致的能量損耗更低，有研究發現，1GHz電磁波在直徑0.5m的GIS設備中傳播衰竭只有5db/km，所以在波導理論中可以不考慮衰減問題。

GIS特高頻檢測中主要存在以下干擾形式：移動通信和雷達等無線電;變電站架空線上尖端放電;變電站高電壓環境中存在的浮電位體放電;照明、風機等電氣設備中存在的電氣接觸不良產生的放電;開關操作產生的短時放電。干擾的抑制方法主要有：濾波，對于變電站中常見的電暈放電干擾（主要是200MHz以下頻段）和移動通信等確定頻段的干擾信號，可以通過濾波的方法進行有效制;屏蔽，干擾信號主要來自于GIS外部，對盤式絕緣子法蘭進行屏蔽可減輕對內置傳感器的干擾，對于外置式傳感器也需要增加盆式絕緣子非耦合區域的屏蔽，以減小外部干擾的影響。

實踐經驗表明，特高頻檢測具有檢測靈敏高和抗干擾能力強的特點，適用于發電廠和變電站現場條件下的GIS局部放電測量。在幾種GIS設備缺陷帶電檢測技術中，特高頻檢測方式優勢突出，但也存在一定的缺陷和技術性問題：國外常會在GIS出廠之前將特高頻傳感器放置在設備內部，檢測效果比較理想，可以應用在長期檢測項目中，但國內大多數廠家都不具備此條件，一般會將特高頻傳感器放在盆式絕緣子上進行缺陷檢測，在不具備良好屏蔽措施的條件下，檢測結果會受到外界影響，同時也不利于長期性、固定性的檢測;缺陷存在的位置不同，放電類型和放電量也存在差異，是否可以通過特高頻方式實現對內部放電形式的準確判斷是關鍵的問題;有許多研究發現，特高頻方式當前并不能明確GIS設備內部的放電量情況，而放電量是設備絕緣損壞程度是否嚴重的主要標準，該問題有待解決。

三、結語

在GIS設備運行過程中，必須高度重視帶電檢測系統的應用，及時識別放電類型以及可能導致的故障問題，準確判斷故障部位，以及時進行預防，從而提高GIS設備的可靠性。

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