基于局放信號(hào)特征建立GIS缺陷局放模型識(shí)別庫(kù)的研究及應(yīng)用

陸曉勇，方 杰，牛 云

（河南平芝高壓開(kāi)關(guān)有限公司，河南 平頂山 467000）

1 實(shí)驗(yàn)室研究

1.1 試驗(yàn)與測(cè)試系統(tǒng)

試驗(yàn)采用了常規(guī)脈沖電流局放檢測(cè)法與特高頻測(cè)試回路相結(jié)合的綜合測(cè)試系統(tǒng)。通過(guò)兩種測(cè)量技術(shù)對(duì)局放波形進(jìn)行對(duì)比和驗(yàn)證。將各種缺陷放電模型置于封閉的樣機(jī)殼體內(nèi)來(lái)模擬GIS局放，常規(guī)脈沖電流法采用并聯(lián)測(cè)試回路進(jìn)行檢測(cè)。使用內(nèi)置傳感器和外置傳感器分別進(jìn)行特高頻測(cè)試。試驗(yàn)和測(cè)試系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。

圖1 試驗(yàn)與測(cè)試系統(tǒng)

1.2 模型設(shè)計(jì)

擬采用真實(shí)的局部放電物理模型來(lái)模擬GIS內(nèi)部的局部放電現(xiàn)象，確保所產(chǎn)生的局部放電信號(hào)的真實(shí)性。針對(duì)現(xiàn)實(shí)中GIS設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中常見(jiàn)的故障缺陷，設(shè)計(jì)出四類(lèi)典型的放電模型：

（1）絕殼體上尖端放電缺陷模型：由于殼體焊縫加工不良、磕碰或擦刮、較大金屬異物粘附殼體底部出現(xiàn)。通過(guò)在殼體內(nèi)表面徑向安裝針形金屬材料來(lái)模擬這種放電類(lèi)型。

（2）絕高壓導(dǎo)體上尖端放電缺陷模型：高壓導(dǎo)體表面有金屬突出物通常是由于倒角不良加工、或組裝時(shí)工器具擦刮。通過(guò)在導(dǎo)體外表面徑向安裝針形金屬材料來(lái)模擬這種放電類(lèi)型。

（3）絕殼體上金屬自由顆粒放電缺陷模型：GIS在制造、組裝及運(yùn)行過(guò)程中不可避免會(huì)出現(xiàn)自由金屬微粒，自由金屬微粒是GIS中最常見(jiàn)、危害最大的絕緣缺陷。通過(guò)在GIS殼體底部?jī)?nèi)表面上放置一定數(shù)量（3～5個(gè)）的片或針狀鋁材或銅材來(lái)模擬這種放電類(lèi)型。

（4）絕緣子表面固定金屬微粒缺陷模型：在絕緣件組裝過(guò)程中磕碰到軟金屬材質(zhì)工器具或產(chǎn)品零件，絕緣子表面刮蹭處會(huì)出現(xiàn)長(zhǎng)片狀金屬微粒，以及其他自由金屬微粒與粘劑結(jié)合緊密附著在絕緣子表面進(jìn)而形成絕緣表面固定金屬顆粒，如果長(zhǎng)期固定在絕緣子表面，就會(huì)形成絕緣子表面金屬污染缺陷。通過(guò)條形細(xì)銅片或絲粘于絕緣子上面來(lái)模擬這種放電類(lèi)型。

2 局放模型識(shí)別應(yīng)用

目前，脈沖電流法和特高頻法廣泛應(yīng)用于GIS制造廠(chǎng)內(nèi)及現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行電網(wǎng)。局放模型識(shí)別可以精確判定局放缺陷類(lèi)型，做針對(duì)性故障處理和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，主要應(yīng)用在兩個(gè)方面：一是在GIS制造設(shè)備出廠(chǎng)絕緣試驗(yàn)中的局放檢測(cè)評(píng)估；二是對(duì)運(yùn)行的GIS變電進(jìn)行特高頻局放檢測(cè)，對(duì)疑似局放現(xiàn)象識(shí)別判定。

2.1 運(yùn)行GIS變電站局放檢測(cè)及識(shí)別

在對(duì)某126 kV GIS變電站進(jìn)行帶電檢測(cè)過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)斷路器與出線(xiàn)快速地刀之間特高頻局放檢測(cè)信號(hào)異常。特高頻局放檢測(cè)位置示意圖及異常部位現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物圖如圖2所示。

對(duì)圖2中的各點(diǎn)進(jìn)行特高頻檢測(cè)，檢測(cè)情況為測(cè)量點(diǎn)④、③無(wú)明顯局放信號(hào)接近背景噪音-78 DBm；測(cè)量點(diǎn)②信號(hào)幅值比背景噪音略大為-75 DBm，但與局放模式識(shí)別庫(kù)對(duì)比無(wú)明顯局放特征；測(cè)量點(diǎn)①、⑤均有明顯局放信號(hào)，局放測(cè)量數(shù)值大，分別為-61 DBm、66 DBm，且位置①處相較⑤處更大。測(cè)得各數(shù)據(jù)距離點(diǎn)①越遠(yuǎn),信號(hào)幅值越小。根據(jù)特高頻信號(hào)的傳輸特性及在GIS結(jié)構(gòu)的信號(hào)衰減原理，可以得出信號(hào)源位于①、⑤之間，且距離位置①更近。

圖2 特高頻局放檢測(cè)位置及異常部位現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物圖

為了排除外界干擾，能更好地觀(guān)察信號(hào)的連續(xù)性和局放特征，對(duì)異常部位采取分時(shí)段測(cè)量診斷。在3 d時(shí)間里早、中、晚三個(gè)時(shí)間段進(jìn)行了局放測(cè)試。得出的特高頻信號(hào)局放圖譜波形類(lèi)似，僅幅值稍有差異，但每次均為位置①信號(hào)較強(qiáng)。

根據(jù)前述檢測(cè)獲得的異常圖譜（圖3），對(duì)照局放模型識(shí)別庫(kù)圖譜進(jìn)行對(duì)比分析：脈沖分布在正負(fù)半周的上升沿和下降沿，且正負(fù)半周對(duì)稱(chēng)分布；信號(hào)幅值在不同相位基本保持不變，局放波形形態(tài)呈“一”字型，符合絕緣子表面固有金屬顆粒放電特征和局放圖譜。因此，判斷信號(hào)源位于①處附近的絕緣件上。經(jīng)返廠(chǎng)解體檢查發(fā)現(xiàn)，靠近快速接地側(cè)絕緣子表面中部有約3 mm的細(xì)絲金屬物緊粘附于表面。

圖3 檢測(cè)數(shù)據(jù)顯示圖

2.2 GIS設(shè)備制造出廠(chǎng)絕緣試驗(yàn)中的局放檢測(cè)

在對(duì)某252 kV OB間隔進(jìn)行出廠(chǎng)試驗(yàn)時(shí)，施加雷電沖擊電壓±1050 kV各三次通過(guò)，工頻耐受460 kV/min合格，但整體對(duì)地進(jìn)行脈沖電流法局放檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)局放異常；預(yù)加電壓460 kV時(shí)，動(dòng)態(tài)局放量為1.5~8 pC且不斷跳動(dòng)變化，相位分布在于0°~180°及180°~360°且沿180°軸線(xiàn)對(duì)稱(chēng)，放電密度及放電量由90°及270°向兩側(cè)逐漸遞減；降低施加電壓至國(guó)標(biāo)測(cè)量值175 kV，局放信號(hào)消失。

為了排除外界干擾信號(hào)，斷開(kāi)252 kV OB間隔GIS設(shè)備進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)備局放檢測(cè)未發(fā)現(xiàn)局放信號(hào)，進(jìn)一步分開(kāi)252 kV OB間隔各個(gè)斷口進(jìn)行局放測(cè)量，最終確認(rèn)局放源位于斷路器氣室。根據(jù)出現(xiàn)局放特征及圖譜分析，判定局放源位于斷路器氣室且為自由金屬異物。針對(duì)確認(rèn)的斷路器氣室請(qǐng)裝配人員進(jìn)行解體檢查，發(fā)現(xiàn)斷路器氣室殼體底部有機(jī)械剮蹭留下的鋁屑。由于定位及判定缺陷的準(zhǔn)確性進(jìn)而避免了過(guò)多拆解面及不必要GIS內(nèi)部的二次污染。

3 結(jié)束語(yǔ)

利用缺陷放電模型，對(duì)不同局放缺陷類(lèi)型的局放波形的特征和規(guī)律進(jìn)行了總結(jié)，建立了典型局放類(lèi)型識(shí)別庫(kù)。運(yùn)用局放缺陷類(lèi)型的局放波形的特征及局放類(lèi)型識(shí)別庫(kù)，在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐中得到了應(yīng)用。對(duì)設(shè)備制造廠(chǎng)內(nèi)出廠(chǎng)局放檢測(cè)和現(xiàn)象運(yùn)行設(shè)備的帶電巡檢、維護(hù)檢修均具有重要的指導(dǎo)意義。