林海君

摘要：本文主要介紹了GIS設(shè)備及局部放電的基本情況，分析了GIS設(shè)備局部放電測試常用的兩種方法：超聲波法和特高頻法，并對這兩種測試方法的檢測原理、使用規(guī)范及各自的優(yōu)缺點進(jìn)行了闡述。通過聯(lián)合兩種方法對運行中GIS設(shè)備的帶電測試實例介紹其實際應(yīng)用情況。

關(guān)鍵詞：局部放電;超聲波;特高頻檢測

一、引言

氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備（GIS）對于電力系統(tǒng)的作用十分重要，如果GIS在運行中出現(xiàn)故障，可能會引發(fā)比較嚴(yán)重的問題，甚至?xí)l(fā)大面積的停電情況。按照GIS的結(jié)構(gòu)分析，其可以分為隔離開關(guān)、隔離器、接地系統(tǒng)、互感器和避雷系統(tǒng)等組成，GIS從其制造、運輸、安裝及使用過程中均存在一些風(fēng)險，影響著電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。在所有GIS故障中，發(fā)生最多的故障類型為絕緣子故障，據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，絕緣子故障約占GIS故障類型的27%，因此需要格外關(guān)注GIS設(shè)備的絕緣性，充分保證GIS的穩(wěn)定性，提升電力系統(tǒng)的經(jīng)濟性。

二、局放監(jiān)視系統(tǒng)的測試

（一）超聲波檢測原理

超聲波檢測技術(shù)就是通過檢測局部放電過程中產(chǎn)生的超聲波信號，對設(shè)備內(nèi)部的缺陷進(jìn)行檢測。超聲波的測試聲波頻率處于20-200KHz區(qū)間。

利用超聲波檢測技術(shù)可以對電磁干擾造成的干擾進(jìn)行屏蔽，具有定位準(zhǔn)和操作簡便的特點。因為超聲波在設(shè)備的內(nèi)部的產(chǎn)生和傳遞比較復(fù)雜，存在超聲波的反射和折射作用，會隨著折射和反射的進(jìn)行，超聲波的能量會出現(xiàn)衰減，對測試結(jié)果造成影響。因此，利用超聲波檢測對于前期缺陷比較嚴(yán)重的設(shè)備進(jìn)行檢測具有可行性，而對于缺陷比較少的設(shè)備進(jìn)行檢測時，可能會出現(xiàn)檢測結(jié)果不準(zhǔn)的情況出現(xiàn)。

（二）特高頻檢測原理

特高頻檢測技術(shù)就是通過檢測局部放電過程中產(chǎn)生的高頻電波信號，對設(shè)備內(nèi)部的缺陷進(jìn)行檢測。超聲波的測試聲波頻率處于300-3000MHz區(qū)間。利用特高頻檢測手段進(jìn)行局部缺陷的定位檢測，近幾年應(yīng)用比較廣泛，該方法的優(yōu)點是敏感度高、對低頻電暈的干擾屏蔽效果好，能夠有效的識別缺陷的類型和位置，該技術(shù)在應(yīng)用過程中容易受到環(huán)境中的相同頻率的電波影響。采用該方法進(jìn)行缺陷檢測不能準(zhǔn)確做到量化描述。

（三）時差定位法

利用納秒精度級別的高速示波器對測試部位進(jìn)行檢測，通過對比檢測部位信號的時間差對其進(jìn)行定位分辨，若分辨率能夠達(dá)到1ns，定位精度能夠達(dá)到30厘米，具有數(shù)據(jù)定位可靠的優(yōu)勢。該方法測試簡便、定位精度高。但應(yīng)用難點是對設(shè)備的精度要求比較高，且需要較高的采樣頻率，需要初始的脈沖信號較強，以準(zhǔn)確讀取信號的開始時間。

（四）聯(lián)合檢測方法

采用超聲波檢測和特高頻檢測手段對GIS運行狀態(tài)進(jìn)行確認(rèn)，對其整體設(shè)備情況的具體情況進(jìn)行檢測，是具有重要可行性。兩種方式均可在不影響GIS設(shè)備運轉(zhuǎn)的前提下完成對設(shè)備的檢測。兩種檢測手段各有優(yōu)劣勢，超聲波檢測方法可以比較精準(zhǔn)地定位缺陷發(fā)生的部位，而特高頻檢測手段抗干擾能力較強，對設(shè)備內(nèi)部的缺陷更加敏感，充分利用超聲波檢測和特高頻檢測的優(yōu)勢進(jìn)行聯(lián)合檢測，可以更好地確認(rèn)和保證GIS設(shè)備安全運轉(zhuǎn)。

聯(lián)合方法應(yīng)用的具體操作方式：

首先利用超聲波檢測進(jìn)行初始判斷檢測，通過對得到的幅值圖譜進(jìn)行觀察判斷，是否存在異常。如果發(fā)現(xiàn)異常對相位和飛行圖譜進(jìn)行對比分析，定位缺陷的位置。

GIS設(shè)備內(nèi)容易出現(xiàn)缺陷的部位防止特高頻傳感器，該部位包括接地端子、出線端、絕緣盆子及澆注孔。通過對該部位檢測的圖譜與局部放電圖譜進(jìn)行比較判斷，確定該部位是否存在放電及具體放電類型，如果檢測到存在局部放電，根據(jù)檢測結(jié)果判斷缺陷發(fā)生部位。

進(jìn)行檢測時，如果檢測到同時存在電和聲信號，通過比較這兩者的放電圖譜，即可判斷放電類型，然后對比幅值利用超聲波方式確定缺陷發(fā)生部位，也可采用聲電聯(lián)合檢測手段對缺陷部位進(jìn)行定位。

檢測時，如果只檢測到超聲波信號而沒有特高頻信號，需要對使用分析對比幅值判斷信號發(fā)生的最強位置，判斷分析該信號是否為設(shè)備的振動或機械元件松動造成的振動。

三、實驗室方案

對于運行中的GIS，超聲波檢測技術(shù)和特高頻檢測技術(shù)無疑是最理想的檢測方法，兩者都可以實現(xiàn)帶電檢測，其檢測方法都比較簡便實用，且不必改變設(shè)備的運行方式。特高頻法抗干擾能力強，對電信號較敏感且較超聲波法而言對絕緣內(nèi)部缺陷更敏感。而超聲波法不受檢測位置的限制，對缺陷定位更加方便和準(zhǔn)確。兩者聯(lián)合使用，互相補充，是實現(xiàn)GIS設(shè)備局部放電檢測的重要手段。

使用超聲波/特高頻聯(lián)合檢測的具體步驟為：

1）使用超聲波法進(jìn)行普測，通過對幅值圖譜的觀察判斷是否存在異常，若存在異常可通過相位圖譜及飛行圖譜進(jìn)行進(jìn)一步分析判斷并通過幅值比較的方法進(jìn)行定位。

2）在 GIS 的非金屬屏蔽絕緣盆子、金屬屏蔽絕緣盆子的澆注孔、觀察窗、GIS電纜終端、接地端子、電纜出線端等位置放置特高頻傳感器，通過對PRPS 圖譜與典型放電圖譜的比較，判斷是否存在放電以及確定放電的類型。若存在放電可根據(jù)放電類型選擇相應(yīng)方法進(jìn)行缺陷定位。

3）如果同時測到了電信號和聲信號，可以比較兩者的放電圖譜，判斷出是否為同一放電源的信號并確定放電類型;之后可以用幅值比較的方式用超聲波 法找到放電的位置。在檢測設(shè)備功能允許的情況下，可采用聲電聯(lián)合定位的方法找到放電位置。

4）如果只測到了特高頻信號而沒有超聲波信號，則應(yīng)通過改變特高頻傳感器的位置擺放和傳感器的方向性及信號的頻率分布排除外部干擾，并通過與典型放電圖譜的比較確定放電類型，此時應(yīng)重點考慮是否放電為絕緣內(nèi)部放電。之后在附近能放置特高頻傳感器的位置擺放傳感器，通過定位儀器比較各傳感器接收信號的觸發(fā)沿，大致定出放電點

5）如果只測到了超聲波信號而沒有特高頻信號，則使用幅值比較法找到超聲波信號最大的位置。通過具體的位置及設(shè)備結(jié)構(gòu)的分析判斷是否為設(shè)備的振動或是設(shè)備內(nèi)部元件松動導(dǎo)致的機械振動

四、現(xiàn)場測試

2019年8月，在對某220 kV變電站GIS設(shè)備進(jìn)行特高頻局放帶電檢測至220 kV合正甲線2751A相電壓互感器氣室時，在母線電壓互感器氣室隔離盆式絕緣子檢測到放電信號，特高頻信號幅值約51 dB，超聲波局放檢測未檢測到異常信號。經(jīng)定位分析，判斷放電類型為氣隔盆式絕緣子內(nèi)部氣隙放電，放電位置處于母線電壓互感器氣室隔離盆式絕緣子

五、結(jié)語

GIS 設(shè)備的局部放電檢測主要使用超聲波檢測技術(shù)和特高頻檢測技術(shù)，兩者各有優(yōu)點。超聲波法對顆粒跳動、尖端放電、懸浮電位、異物和連接不良比較 敏感，而對于絕緣內(nèi)部空隙、裂縫等缺陷不敏感。而特高頻法應(yīng)用于GIS設(shè)備時，由于局部放電的電磁波能夠沿著GIS的管體結(jié)構(gòu)類似于波導(dǎo)，特高頻信號可以傳播很遠(yuǎn)，衰減很小。但特高頻法也受到測試點少、對部件松動引起的振動無法測試等缺點的限制。在使用時應(yīng)將兩者結(jié)合起來。通過電電局部放電定位技術(shù)，能夠有效地發(fā)現(xiàn)運行中GIS的絕緣缺陷并進(jìn)行定位，為設(shè)備維護和安全運行提供有力的保障。

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