超高頻技術在拉西瓦電站 750kV GIS設備的應用

何 霞 應偉剛

（黃河電力檢修工程公司，西寧 810006）

1 引言

拉西瓦水電站共規劃建設6臺70萬kW水輪發電機組，兩條電壓等級750kV線路送電。電站主要承擔西北電網的調峰和事故備用，是“西電東送”北通道的重要骨干電源點，也是實現西北水火電“打捆”送往華北電網的戰略性工程，具有支撐西北電網750kV網架作用。電站GIS和GIL設備均首次在青海境內電站安裝先進的在線監測設備（局部放電檢測裝置），之前青海境內的大型電站龍羊峽、李家峽、公伯峽均未設計和安裝該裝置。據統計GIS故障中內部絕緣故障占全部故障的57.3%，且這類故障后果嚴重，其次是機械故障和氣體泄漏故障，分別占全部故障的18.1%和12.4%。另據國際研究表明，70%以上的缺陷和事故可以通過有效監測得以避免?？梢姡瑢嶋H運行中對GIS設備內部絕緣故障進行及時、有效地的在線監測，并能夠精確定位，是預防GIS故障的主要途徑。

2 GIS局部放電特點及特性

2.1 GIS設備內部常見缺陷

根據GIS設備局部放電現象分析，可以引發GIS設備局部放電內部常見缺陷有：①GIS設備中的導體表面存在突出物，如毛刺、尖角等，這種缺陷易發生電暈放電，在穩定的運行電壓下一般不會引發絕緣擊穿，但在沖擊電壓下可能導致絕緣擊穿；②GIS 設備中固體絕緣材料內部的缺陷，如生產工藝過程中殘存在盆式絕緣子內部或與導體交界處的氣隙（空洞、氣泡）；③GIS設備內殘留自由導電微粒，如金屬碎屑或金屬顆粒，這是較為普遍存在的一種缺陷，一般是由于制造、安裝等原因造成的；④GIS設備內的導體接觸不良等缺陷，此類缺陷一般均能在設備帶電后及時發現，圖1為GIS內缺陷示意圖。

圖1

2.2 GIS設備內部缺陷產生局部放電的特征

（1）對于導體表面存在突出物，如毛刺、尖角等發生的導體周圍電暈放電特征：由于氣體中的分子是自由移動的，因此GIS設備中的電暈放電過程與空氣中的電暈放電相似，在穩定的運行電壓下一般不會引發絕緣擊穿，但在沖擊電壓下可能導致絕緣擊穿。

（2）對于GIS設備中固體絕緣材料內部的缺陷造成的GIS設備中絕緣子內部的氣隙放電特征：該類型缺陷在出廠時可能并不出現，但在運輸及安裝過程中有可能造成進一步損傷。同時一些缺陷最初可能對電氣設備運行無害，只是在機械振動和靜電力作用下可能輕微移動，形成潛在的隱患。

（3）對于GIS設備內殘留自由導電微粒造成的放電特征：絕緣子表面的缺陷（如金屬碎屑或金屬顆粒等）有積累電荷能力，在交流電壓作用下，靜電力可使導電微粒在GIS（GIL）封閉間隔內跳動，如直立旋轉、舞動運動等。這種運動與放電的出現在很大程度上是隨機的，這一過程與所加電壓大小以及微粒的特性有關。如果一個跳動的微粒接近或運動至GIS設備中的高場強區時，伴隨產生的局部放電有可能形成導電通道，造成絕緣擊穿。從事故分析而言，GIS設備內殘留的金屬碎屑或金屬顆粒產生的各種效應是最為嚴重的，因此，金屬顆粒的放電對GIS設備的危害相對較大。

（4）對于如果電場屏蔽機械松動造成的放電特征：則可能形成電位懸浮，如果松動的屏蔽正好在帶電的電極上，則會引起屏蔽和電極之間的放電，而此類放電將產生較大的聲信號。

3 GIS設備局部放電檢測方法

目前常用的檢查方法是：超高頻（UHF）檢測法和AIA超聲局放儀檢測法，而對于電磁波檢測法由于受電磁干擾和機械噪聲影響較大，高頻接地電流法由于現場GIS設備通常是多處接地，不易從外殼接地線上檢測脈沖電流的局限性都在現場未得到很好應用。

在青海境內的大型水電廠，除拉西瓦電站首次使用DMS 公司的UHF局部放電在線監測系統外，其余電站在設計時未進行局部放電在線監測系統的設計，而采用人工“AIA超聲局放儀檢測法”進行GIS設備的局放檢測。故本文只重點介紹超高頻（UHF）檢測法。

GIS設備中的SF6氣體具有很高的絕緣強度，處于高氣壓下的SF6氣體環境中的局部放電，其放電信號的上升沿及持續時間極短，一般為ns級。典型GIS設備局部放電信號的頻譜可從低頻到數百MHz甚至1 GHz以上。試驗證明，GIS設備中的放電脈沖波不僅以橫向電磁波的形式傳播，而且還會以橫向電場波和橫向磁場波的方式傳播。超高頻檢測法接收局部放電的超高頻段（0.3~3GHz）信號剛好滿足要求。同時對于多處安裝的盆式絕緣子，因這些絕緣子均為非鐵磁材料，可以透射超高頻電磁波信號，當GIS設備局部放電產生的電磁波沿金屬軸（筒）傳播時，部分信號可通過絕緣子向外輻射，通過無線檢測方式即可接收到這些從GIS設備內部傳出的放電信號，通過盆式絕緣子、轉角、T連接等信號時衰減3~6dB，因此可根據各部位UHF信號的大小可判斷故障位置。UHF法具有抗電磁干擾能力強、靈敏度較高等特點，能夠局部放電定位、故障診斷，適用于自動在線檢測，并解決了AIA超聲局放對GIS盆式絕緣子內部故障反映不靈敏的缺點。

超高頻法的缺點是無法實現GIS(GIL)設備局部放電的放電量標定。超高頻法測量的信號頻率很高，所檢測到的信號與諸多因素有關，除放電量大、小外，還涉及局部放電源的類型、電磁信號的傳播路徑、放電源的位置等。因此，與傳統局部放電的放電量標定相比，超高頻法進行放電量的標定比較困難。同時需要在GIS制造時設計和安裝體內傳感器，對于已投運的GIS無法實現困難；造價高，約為GIS價格的10%，限制了該技術的廣泛應用。盡管如此，由于超高頻法具有較高的抗干擾能力，該方法仍是一種很有發展前途的檢測方法。

4 DMS公司的UHF局部放電在線監測系統應用

案例研究：某核電站中的GIS設備連接處斷裂（見圖2~4）。

圖2 早期階段的放電波形圖

圖3 過段時間后的波形圖

圖4 連接處斷裂

5 結論

UHF法是最近l0年才發展起來的局部放電檢測技術，由于其有效地解決現場干擾環境下的局部放電檢測問題，同時只要GIS制造廠家在制造GIS設備時，安裝內部超高頻（UHF）耦合器傳感器，就可實現檢測時不需移動、分解GIS任何部件，不需停電，不影響GIS的正常運行，測試靈敏度高，故障定位準確。在新修訂的2000年IEC60270及IEC60517標準中，均已將這種方法作為GIS局部放電檢測的主要方法之一，該裝置的應用，對GIS的安全運行有著重大的意義，有著寬廣的應用前景。

[1] 韓小蓮.GIS局部放電檢測系統的研究[D].西安: 西安交通大學,1995.

[2] 邱毓昌.用超高頻法對GIS絕緣進行在線監測[J].高壓電器,1997(4).

[3] 王昌長,李福祺.電力設備的在線監測與故障診斷[M].北京: 清華大學電機工程與應用電子技術系,1996.

[4] 陳錦清,鄭曉光.GIS故障檢測新技術[J].廣東電力,2001,14(5).

[5] DMS公司的UHF局部放電監測系統產品說明書.