基于局部放電統計特性的GIS現場試驗

王 娜 許學勤 譚向宇

(1.云南電網公司昆明供電局，云南 昆明 650011;2.云南省電力設計院，云南 昆明 650051;3.云南電網電力研究院，云南 昆明 650217)

1 前言

氣體絕緣組合電器(GIS)利用了較強電介質強度的壓縮SF6氣體，相較于空氣絕緣，具有很大絕緣強度這一優勢。更重要的是，SF6具有很強的滅弧能力，而空氣絕緣不具備這樣的特性。由于其優異的絕緣性能以及壓縮電氣設備空間的優勢，廣泛應用于電力系統。

目前，對于GIS絕緣監測和檢測技術有很多，例如脈沖電流法、超聲波法和超高頻法，這些方法對于GIS檢測具有不同優勢，而應用廣泛的是超聲波法。超聲法對于GIS內金屬顆粒缺陷以及松動引起的振動具有較高的靈敏度，及時放電缺陷不發生放電，振動缺陷仍然可以通過超聲法檢測到。超聲法在現場應用中通過超聲信號幅值來判斷缺陷位置以及類型，但現場應用時往往忽略超聲信號波形其它特征，而缺陷類型不能簡單依靠單一樣本進行判斷，應當綜合應用大量數據積累進行分析和研究。

以下采用超聲法獲取大量超聲信號，基于局部放電超聲信號分布特性分析研究現場GIS內部缺陷。

2 試驗測試儀器

實驗對象為某110kV室內GIS變電站，主要是通過普測，通過幅值大小變化定位GIS腔體。

試驗所采用的儀器是AIA超聲局放儀，其功能可以產生相位譜圖以及連續模式下實時超聲信號顯示。其典型圖譜如圖1所示。

圖1 超聲信號典型連續圖

3 變電站現場狀況

對GIS變電站進行帶電普測巡檢，超聲局放儀選擇外接220V電源供電進行圖譜同步。試驗時注意關閉排風扇以及空壓機。背景噪聲水平如下圖2所示。環境噪聲維持在4mV以下。

圖2 背景噪聲水平

4 GIS變電站現場超聲檢測分析

110kV線路電壓互感器氣室、110kV線路避雷器氣室、110kV線路隔離開關氣室、斷路器接地開關、斷路器CT氣室測試譜圖中超聲信號幅值均低于4mV，因而可以判斷這些氣室并未發生發電或者振動現象，如圖3所示。圖中橫軸代表相位(與供電電源相同步)，縱軸為超聲信號幅值。

圖3 斷路器CT氣室

PT氣室附近具有明顯的超聲信號圖譜，如圖4所示。圖4連續模式下顯示超聲信號幅值已經6mV，并且明顯還有一次和二次頻率成份。

圖4 連續模式超聲信號

如圖5所示為超聲信號相位譜圖。從圖譜中可以看到這個PT氣室具有明顯的相位關系，并且將超聲傳感器放置相鄰氣室沒有類似現象。依據幅值與相位關系中180°至270°之間存在明顯凸起，以及在0°至90°之間存在明顯的凸起，因而可以通過該相位圖譜初步判斷為放電或者振動。圖6橫軸為相位關系，縱軸為超聲信號幅值。

圖5 超聲信號相位譜圖

為進一步分析大量超聲信號統計關系，因而建立脈沖數量與超聲幅值、飛行時間(相鄰兩個脈沖時間間隔)和脈沖數量與相位關系。圖6所示，超聲信號相位圖譜。圖中顯示超聲信號幅值完全集中于與3－7mV之間，具有較高的穩定性，這說明GIS內部缺陷產生的超聲信號具有穩定性，缺陷具有固有性，不是偶發性放電現象。

圖6 超聲信號相位譜圖

從圖7中可以看出，超聲信號飛行時間與脈沖數據呈現遞減趨勢，主要體現在脈沖數量主要集中于2.2ms至8.9ms之間，說明超聲脈沖時間序列中，脈沖之間是具有一定時間間隔的，并且這些時間間隔并不是均勻的(不是相等的)，通過脈沖數據量聚集程度分析，大部分放電能量主要集中于低能量區域，而高能量區域則較少。

圖7 超聲信號飛行譜圖

如圖8所示，超聲信號相位分布圖譜。從這個圖中并沒偶明顯發現超聲脈沖數量比較均勻分布與相位關系中。

圖8 超聲信號相位分布譜圖

5 結論

基于大量超聲信號圖譜分析以及統計圖譜普測，可以明確判斷通過超聲信號圖譜可以判斷GIS氣室的確存在較為明顯的缺陷，統計特性相對集中，尤其是在連續圖譜模式、超聲相位圖譜以及脈沖數量與超聲信號幅值關系中存在明顯放電或者振動現象。試驗結果還表明，單純依靠幅值變化分析缺陷類型手段單一，應該依靠多源分析手段結合統計分布特性可綜合判斷GIS內部缺陷。

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