黃鳳萍

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司惠州供電局，廣東 惠州 516001）

0 引 言

GIS設(shè)備在運行過程中出現(xiàn)局放異常會嚴(yán)重影響設(shè)備的安全穩(wěn)定運行，如不及時發(fā)現(xiàn)處理，可能導(dǎo)致設(shè)備擊穿跳閘，造成負(fù)荷損失。本文主要以220 kV大朗站GIS局部放電在線監(jiān)測裝置為例，檢驗局放在線監(jiān)測裝置是否能夠有效發(fā)揮GIS局放在線監(jiān)測與預(yù)警的作用。

1 超高頻局放在線監(jiān)測校核原理

GIS內(nèi)部的局部放電能激發(fā)超高頻（Ultra High Frequency，UHF）電磁波信號（高至1 GHz以上），UHF電磁波信號穿透性強，能夠從盆式絕緣子和GIS外殼的接縫處泄漏到外部。將測試傳感器放置在非屏蔽盆式絕緣子處，在UHF頻段（300 MHz以上）接收及耦合GIS內(nèi)部信號，既能避開一般的電磁干擾，又能準(zhǔn)確測量GIS內(nèi)部的放電信號。同時，配置實時信息采集裝置[1]，可實現(xiàn)GIS超高頻局放信號的在線監(jiān)測。

GIS局部放電產(chǎn)生的超高頻電磁波信號在非金屬材料中具有穿透性強的特點，在盆式絕緣子或絕緣襯墊處會發(fā)生輻射現(xiàn)象。根據(jù)GIS局部放電超高頻信號的傳播特征和GIS在線監(jiān)測裝置的檢測原理，進(jìn)行GIS局部放電超高頻在線監(jiān)測裝置運行中校核時，可通過在某處盆式絕緣子或絕緣襯墊處注入超高頻電磁波信號，安裝在其他盆式絕緣子處的在線監(jiān)測傳感器可接收到輻射出的注入信號。

例如，利用校核信號發(fā)生器產(chǎn)生超高頻信號，通過如圖 1所示的注入點（a）或注入點（b）將超高頻信號注入至GIS殼體內(nèi)部，通過查看監(jiān)測裝置后臺軟件上相應(yīng)傳感器的信號接收情況來判斷監(jiān)測傳感器、現(xiàn)場采集器、監(jiān)測主機以及監(jiān)測軟件各環(huán)節(jié)的有效性。其中，注入點（a）為未屏蔽或有澆筑孔的絕緣盆子、以及未屏蔽的地刀盆子，注入點（b）為當(dāng)澆筑孔過小或絕緣盆子全屏蔽時，在線監(jiān)測裝置的傳感器所在位置。在該情況下，利用在線監(jiān)測系統(tǒng)的傳感器進(jìn)行互校。

圖1 現(xiàn)場檢測示意圖

（1）脈沖信號發(fā)生器：應(yīng)能產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號，技術(shù)要求不低于表1要求。

（2）超高頻傳感器：應(yīng)不低于如下技術(shù)指標(biāo)，工作頻帶不小于300 MHz～1 500 MHz，在工作頻帶內(nèi)平均有效高度不小于11 mm。

2 測試校核試驗設(shè)備及覆蓋范圍有效性校核

2.1 測試校核設(shè)備的具體要求

測試校核試驗設(shè)備必須滿足以下幾點要求。

（1）將脈沖信號發(fā)生器與校核用超高頻傳感器連接，構(gòu)成校核信號發(fā)生器。

（2）設(shè)置好超高頻局放帶電檢測裝置。

（3）將校核信號發(fā)生器的傳感器信號發(fā)射面與局放帶電檢測裝置的傳感器信號接收面相對，距離100 mm。

（4）設(shè)置脈沖信號發(fā)生器脈沖幅值為1 V，記錄局放帶電檢測裝置圖譜與響應(yīng)幅值。在1～5 V范圍內(nèi)，以1 V為步長逐步增加信號發(fā)生器輸出脈沖幅值，分別記錄局放帶電檢測裝置圖譜與響應(yīng)。

（5）若在1～5 V內(nèi)，局放帶電檢測裝置實時圖譜可觀測到明顯的脈沖信號，并可檢測到信號發(fā)生器引起的幅值變化，則校核信號發(fā)生器可用。否則，應(yīng)檢查是否存在校核信號發(fā)生器電量不足、傳感器或線纜損壞、背景電磁噪音過大等問題。

2.2 覆蓋范圍有效性校核試驗

覆蓋范圍有效性校核[2]目的在于檢驗傳感器布置方案與安裝方式是否可以有效覆蓋GIS全部區(qū)域，結(jié)構(gòu)形式間隔可選擇1個間隔進(jìn)行覆蓋范圍有效性校核，試驗方法和試驗步驟如下文所述。

2.2.1 試驗間隔選擇

對GIS間隔，同一結(jié)構(gòu)形式間隔可選擇1個間隔進(jìn)行覆蓋范圍有效性校核；

對于母線，每兩個相鄰傳感器內(nèi)的母線區(qū)域均需進(jìn)行覆蓋范圍有效性校核。

2.2.2 校核試驗方法

（1）使用屏蔽布包裹校核信號源的傳感器，防止超高頻信號通過空氣耦合進(jìn)入監(jiān)測通道。

（2）注入信號強度選擇

a.若在未屏蔽的絕緣盆子處注入信號時，按校核脈沖幅值8 V注入信號；

b.若在具有澆注孔的帶外屏蔽的盆式絕緣子處注入，則注入電壓為40 V；

c.若澆注孔寬度小于15 mm或長度小于40 mm，則不能使用該種方法進(jìn)行校核，此時采用在線監(jiān)測傳感器相互檢測[3]的方法進(jìn)行校核，即：拆下在線監(jiān)測傳感器的信號線，連接脈沖信號發(fā)生器，注入校核脈沖信號，在系統(tǒng)軟件上應(yīng)至少能夠查看到信號注入傳感器一個相鄰的在線監(jiān)測傳感器所接收到的注入信號，通常情況下校核脈沖幅值為16 V。

d.在注入最低推薦電壓信號時，若被校驗傳感器無響應(yīng)，逐級提高注入信號電壓至傳感器有響應(yīng)（按20 V、30 V、60 V、100 V逐級升壓），記錄被校傳感器有響應(yīng)的電壓、響應(yīng)幅值和圖譜。超過100 V仍無響應(yīng)，則應(yīng)記錄為無響應(yīng)。

（3）信號注入位置選擇

信號注入位置選擇原則是選取間隔內(nèi)或母線上，距離傳感器最遠(yuǎn)，或最可能為監(jiān)測盲區(qū)的位置。

當(dāng)采用絕緣盆子注入校核信號的方式時，對于GIS間隔，建議充分考慮GIS間隔與傳感器位置的對稱性，將校核信號發(fā)生器的傳感器分別放置在間隔兩端或中間位置，并至少選取兩個信號注入點。對于GIS母線，建議選取監(jiān)測母線的相鄰兩個傳感器的中間位置注入信號。

當(dāng)采用在線監(jiān)測裝置傳感器互校的方式時，對于GIS間隔，應(yīng)選擇間隔內(nèi)相距最遠(yuǎn)的兩個傳感器，分別注入校驗脈沖信號。對于GIS母線，應(yīng)選擇每個母線傳感器注入校核信號。

2.2.3 試驗合格標(biāo)準(zhǔn)

每次注入校核信號時，每間隔（每相）或母線上，至少有一個監(jiān)測通道可以接收到注入信號，則覆蓋范圍有效性試驗合格，同時應(yīng)記錄注入信號幅值、以及監(jiān)測通道響應(yīng)幅值與圖譜。

若注入信號超過100 V，仍無監(jiān)測通道有響應(yīng)，則記錄為無響應(yīng)，并判定在線監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測范圍無法覆蓋該注入位置，覆蓋范圍有效性不滿足要求。

無響應(yīng)判斷依據(jù)：注入100 V信號前后，監(jiān)測通道響應(yīng)幅值變化低于10%或無明顯相位特征。

3 超高頻局放在線監(jiān)測現(xiàn)場校核

進(jìn)行GIS局放在線監(jiān)測現(xiàn)場校核的主要步驟如下文所述。

（1）現(xiàn)場信號采集單元檢查

對現(xiàn)場采集單元的運行情況進(jìn)行檢查，檢查項目主要包括：信號采集單元指示燈情況；采集單元密封門固定螺釘是否有松動或斷裂現(xiàn)象；溫濕度指示器等防潮、散熱裝置運行情況；箱體底部、進(jìn)線處的防鼠、防火措施情況；安健環(huán)標(biāo)識合規(guī)情況。記錄存在問題。

（2）監(jiān)測軟件校核

對監(jiān)測軟件進(jìn)行檢查，檢查項目主要包括：監(jiān)測主機是否正常登錄，是否可以后臺保持啟動；系統(tǒng)中的傳感器名稱與現(xiàn)場實際位置是否一致；是否存在頻繁死機問題、軟件功能是否符合現(xiàn)行技術(shù)規(guī)范（通用部分）。同時，結(jié)合覆蓋范圍校驗和監(jiān)測通道檢驗工作，檢驗監(jiān)測軟件數(shù)據(jù)展示、告警和上傳主站的功能等。記錄存在問題。

（3）監(jiān)測通道有效性校核

監(jiān)測通道有效性校核目的在于檢驗每個監(jiān)測通道是否可以有效監(jiān)測特高頻信號，并定性判斷每個監(jiān)測通道的靈敏度是否足夠，試驗方法如下文所述。

a.監(jiān)測通道選擇。所有監(jiān)測通道均需進(jìn)行監(jiān)測通道有效性校核。

b.校核試驗方法。核對被校監(jiān)測通道編號、安裝位置與軟件系統(tǒng)是否一致。

在被校通道的傳感器側(cè)面，距離100～200 mm處，逐步施加幅值為1、2、3、4、5 V的脈沖信號，要求可在系統(tǒng)軟件上查看到相應(yīng)被測傳感器所接收到的注入信號，記錄有響應(yīng)的最低注入電壓值、響應(yīng)幅值與圖譜。若超過5 V沒響應(yīng)，則拆下被校傳感器，將被校傳感器的信號接收面與信號發(fā)生器的傳感器信號發(fā)射面相對，距離100 mm，施加幅值為1 V的脈沖信號。要求可在系統(tǒng)軟件上查看到相應(yīng)被測傳感器所接收到的注入信號。如施加1 V脈沖信號時，校驗傳感器無響應(yīng)，以不大于5 V為標(biāo)準(zhǔn)，1 V為步長，逐級增大脈沖信號，并記錄有響應(yīng)的最低注入電壓值、響應(yīng)幅值與圖譜。超過5 V無響應(yīng)，則應(yīng)記錄為無響應(yīng)。

c.試驗合格標(biāo)準(zhǔn)。被校通道編號、安裝位置與軟件系統(tǒng)一致；且注入信號幅值1～5 V內(nèi)，被校監(jiān)測通道有響應(yīng)，則判定被校監(jiān)測通道有效，試驗結(jié)果合格。

若注入信號幅值超過5 V，被校監(jiān)測通道無響應(yīng)，則判定被校監(jiān)測通道無效。試驗結(jié)果不合格。

無響應(yīng)判斷依據(jù)：注入信號前后，監(jiān)測通道響應(yīng)幅值變化低于10%或無明顯相位特征。

4 超高頻局放在線監(jiān)測校核異常及對策

如圖2所示，進(jìn)行監(jiān)測范圍或通道有效性校核時，若在線監(jiān)測裝置的所有傳感器均無響應(yīng)，應(yīng)懷疑校核信號是否有效注入或在線監(jiān)測裝置功能異常，可采用如下方式進(jìn)行初步排查[4]：檢查在線監(jiān)測裝置的軟件和現(xiàn)場采集單元功能是否正常；若軟件與采集單元正常，則利用局放帶電檢測裝置，檢查校核信號發(fā)生器功能是否正常；若校核信號發(fā)生器功能正常，則利用局放帶電檢測裝置，檢查絕緣盆子是否具有較強的電磁屏蔽效果；若絕緣盆子不具有較強電磁屏蔽效果，則拆除在線監(jiān)測裝置傳感器的信號線，將脈沖信號發(fā)生器與監(jiān)測裝置傳感器連接，通過監(jiān)測裝置的傳感器注入信號；若被校范圍內(nèi)的在線監(jiān)測裝置傳感器仍無響應(yīng)，則可采取如下措施：將在線監(jiān)測裝置傳感器裝設(shè)于帶電檢測裝置上，采用測試校核試驗設(shè)備的方法對該傳感器進(jìn)行檢查，應(yīng)考慮傳感器與帶電檢測裝置采集系統(tǒng)不適配的可能性，或通知在線監(jiān)測裝置原廠家進(jìn)行異常排查，或?qū)鞲衅魉碗娍圃哼M(jìn)行實驗室校核。

圖2 校核工作流程

5 案例分析

以220 kV大朗站GIS局部放電在線監(jiān)測裝置為例，檢驗局放在線監(jiān)測裝置是否能夠有效發(fā)揮GIS局放在線監(jiān)測與預(yù)警作用。

220 kV大朗站220 kV GIS型號為ZF16-252，額定電壓252 kV，額定電流3 150 A，生產(chǎn)廠家為山東泰開高壓開關(guān)有限公司，設(shè)備型式為三相分箱、主母線三相共筒式。GIS局部放電在線監(jiān)測裝置廠家為珠海市伊特高科技有限公司，型號為SDMT PD700 GIS局放監(jiān)測裝置，傳感器為41個無源傳感器。

220 kV大朗站GIS局放監(jiān)測裝置傳感器布置方案如圖3所示：5個線路間隔、4個主變間隔，每個間隔共布置4只傳感器，其中，在間隔內(nèi)的ABC三相分別安裝3只傳感器，靠母線的B相絕緣子安裝1只傳感器。1個母聯(lián)間隔內(nèi)的ABC相分別安裝3只傳感器；2個PT間隔在靠近母線的盆子上安裝1只傳感器。

圖3 220 kV大朗站GIS局放監(jiān)測裝置布置圖

試驗方法按《GIS局部放電在線監(jiān)測裝置現(xiàn)場校核工作細(xì)則》進(jìn)行。范圍有效性校核的信號注入位置：（1）線路間隔；（2）主變間隔；（3）母聯(lián)間隔；（4）母線所有盆子。

220 kV大朗變電站共監(jiān)測12個220 kV GIS間隔設(shè)備，41個傳感器，試驗結(jié)果與發(fā)現(xiàn)問題如下文所述：

（1）現(xiàn)場信息采集單元校核：如圖4所示，220 kV大朗站GIS局放監(jiān)測裝置現(xiàn)場采集單元工作正常。

圖4 220 kV大朗站GIS局放監(jiān)測裝置現(xiàn)場采集單元

（2）軟件檢查：軟件工作正常。

（3）通道有效性校核：對全站41個傳感器進(jìn)行全檢，所有監(jiān)測通道均可監(jiān)測到5 V及以下注入信號，監(jiān)測通道有效性試驗結(jié)果均合格。

（4）監(jiān)測范圍有效性校核：選取主變、線路和母聯(lián)等3類典型型式間隔進(jìn)行校核，共校核3個間隔，分別為#4變高2204間隔、裕大甲線2950間隔和母聯(lián)2012間隔。母線絕緣盆子全部進(jìn)行信號注入并測量。其中，主變、線路間隔覆蓋范圍有效性不合格，備用一線4269間隔與221PT間隔之間的母線覆蓋范圍有效性不合格，其他母線位置與母聯(lián)間隔的覆蓋范圍有效性合格。

不合格間隔情況如下：#4變高2204間隔在注入位置1注入100 V信號時，間隔內(nèi)傳感器和母線傳感器均可見圖譜，但響應(yīng)信號變化小于10%。裕大甲線2950間隔在注入100 V信號時，間隔內(nèi)傳感器與母線傳感器響應(yīng)幅值變化顯著，但無明顯圖譜。在備用一線4269間隔與221PT間隔之間的母線中部絕緣盆子注入100 V信號時，兩個間隔的母線傳感器均無響應(yīng)圖譜。

綜上所述，220 kV大朗站220 kV GIS局放在線監(jiān)測裝置現(xiàn)場采集裝置、軟件與監(jiān)測通道有效性均合格；母聯(lián)間隔監(jiān)測覆蓋范圍有效性合格，主變和線路間隔監(jiān)測范圍有效性不合格；備用一線4269間隔與221PT間隔的母線傳感器無法覆蓋之間母線，其他母線傳感器監(jiān)測范圍有效性合格。

覆蓋范圍有效性校核監(jiān)測通道響應(yīng)異常原因：經(jīng)現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)：220 kV大朗站220 kV GIS局放在線監(jiān)測裝置的所有傳感器均存在傳感器信號接收面沒有對準(zhǔn)絕緣盆子澆筑孔的問題。如圖5所示，傳感器安裝不當(dāng)，部分絕緣盆子的導(dǎo)流排橫跨澆筑孔，占據(jù)了局放監(jiān)測（測量）位置，故傳感器難以完全貼合澆筑孔，測量到的信號較弱，因此覆蓋范圍有效性不合格。

圖5 傳感器安裝不當(dāng)

圖譜異常原因應(yīng)由監(jiān)測通道的響應(yīng)延遲或信號源的外部耦合信號引起。

6 結(jié)論與展望

本文主要以220 kV大朗站GIS局部放電在線監(jiān)測裝置為例，檢驗局放在線監(jiān)測裝置是否能夠有效發(fā)揮GIS局放在線監(jiān)測與預(yù)警作用。計劃進(jìn)一步對傳感器安裝方式進(jìn)行整改，整改后對覆蓋范圍有效性進(jìn)行復(fù)核。復(fù)核時，將對校核信號源采取合理的屏蔽措施。