淺析GIS局部放電信號(hào)采集

牛

（華北電力大學(xué) 電氣與電子工程學(xué)院，北京 100000）

在我國(guó)，GIS的絕緣狀態(tài)主要通過(guò)定期進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)來(lái)診斷，以確定設(shè)備可否繼續(xù)投運(yùn)。但是，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，社會(huì)對(duì)供電可靠性的要求越來(lái)越高，電力系統(tǒng)也日益壯大，傳統(tǒng)的定期停電進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)的做法不僅不能滿足電網(wǎng)高可靠性的要求，而且需在測(cè)試期間斷電，且不能真實(shí)反映設(shè)備在帶電運(yùn)行狀態(tài)下的絕緣狀態(tài)，不易發(fā)現(xiàn)設(shè)備在運(yùn)對(duì)高壓設(shè)備絕緣狀況進(jìn)行不接觸、帶電檢測(cè)和故障診斷，能在不停電狀態(tài)下及時(shí)了解設(shè)備運(yùn)行狀況，減少停電對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的影響；能在運(yùn)行電壓下發(fā)現(xiàn)預(yù)防性試驗(yàn)無(wú)法發(fā)現(xiàn)的絕緣缺陷；可隨時(shí)對(duì)運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行絕緣監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部故障隱患；為設(shè)備狀態(tài)檢修提供可靠技術(shù)支持和理論依據(jù)；是變電站必備的監(jiān)測(cè)工具；也是電力工業(yè)安全保障的需要。

傳統(tǒng)非接觸式帶電絕緣狀態(tài)檢測(cè)方法是使用紅外測(cè)溫儀顯示絕緣發(fā)熱點(diǎn)以及使用化學(xué)測(cè)試管檢測(cè)GIS內(nèi)部氣體成分。但是紅外攝像儀或紅外測(cè)溫儀必須在夜晚才能使用，而且許多局部放電現(xiàn)象（如：電暈、火花放電等）并不一定產(chǎn)生大量熱量，致使局部放電檢測(cè)困難。GIS 內(nèi)部閃絡(luò)會(huì)導(dǎo)致SF6 氣體分解，因此，SF6 電弧分解產(chǎn)物的存在是內(nèi)部電弧放電的一個(gè)標(biāo)志。化學(xué)測(cè)試管是現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)SF6 分解產(chǎn)物生成情況的常用工具。化學(xué)測(cè)試管內(nèi)裝有靈敏指示劑，它們與SO2和HF互相作用就會(huì)改變顏色。采用化學(xué)測(cè)試管可以檢測(cè)分解產(chǎn)物濃度達(dá)幾百～幾萬(wàn)ppmV 的電弧放電。此外，化學(xué)測(cè)試管還能鑒別出SO2和SOF2，從而可以判斷GIS 內(nèi)部閃絡(luò)故障是發(fā)生在氣體間隙中還是絕緣子附近，因?yàn)樵诮^緣子附近發(fā)生閃絡(luò)時(shí)，通常SO2的濃度要高很多。

化學(xué)檢測(cè)法對(duì)于小氣室中的大電流電弧放電是一項(xiàng)很實(shí)用的方法，但是對(duì)于大氣室小能量放電則靈敏度不夠，因?yàn)樾∧芰糠烹姴灰欢軌虍a(chǎn)生足夠的化學(xué)分解物。同時(shí)由于GIS內(nèi)部有吸附劑和干燥劑，也可能嚴(yán)重影響化學(xué)檢測(cè)結(jié)果。化學(xué)檢測(cè)法可以判定SF6 的分解物濃度，但是行狀態(tài)下絕緣缺陷。無(wú)法判定是否存在絕緣缺陷，因?yàn)镚IS中的斷路器動(dòng)作所產(chǎn)生的電弧同樣會(huì)引起氣體的化學(xué)變化。

高壓絕緣體發(fā)生劣化時(shí)會(huì)發(fā)生局部放電，會(huì)產(chǎn)生超聲波以及電磁波等信號(hào)。因此可以肯定：使用超聲波檢測(cè)技術(shù)和超高頻檢測(cè)法能夠檢測(cè)到發(fā)出超聲波和電磁波信號(hào)的故障絕緣體位置。

超聲波檢測(cè)法以及超高頻檢測(cè)法是現(xiàn)階段監(jiān)測(cè)GIS內(nèi)部放電的研究重點(diǎn)。它以高靈敏度、非接觸、帶電檢測(cè)的方式而廣受重視。在歐美國(guó)家，近年來(lái)超聲波和超高頻檢測(cè)技術(shù)在電力設(shè)備的監(jiān)測(cè)中應(yīng)用越來(lái)越多，例如：美國(guó)、加拿大利用超聲波檢測(cè)技術(shù)診斷電力電容器、GIS、互感器、變壓器的絕緣缺陷，對(duì)電力傳輸線路的絕緣子、線路電暈、節(jié)點(diǎn)松懈振動(dòng)的在線監(jiān)測(cè)和定位，對(duì)變電站絕緣立柱表面放電，切換開關(guān)觸電放電等的檢測(cè)與定位等。并且這些發(fā)達(dá)國(guó)家的技術(shù)專家會(huì)同IEEE 的相關(guān)專家一起著手起草相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，超聲波和電磁波檢測(cè)技術(shù)作為電力設(shè)備在線檢測(cè)的重要手段越來(lái)越受到大家的重視，其在高壓電氣設(shè)備檢測(cè)的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛。

研究利用超聲波和電磁波檢測(cè)技術(shù)，以非接觸，遠(yuǎn)距離方式接收帶電運(yùn)行中高壓設(shè)備局部放電超聲波信號(hào)和電磁波信號(hào)，能清楚地采集到放電幅值、放電波形、放電頻率等信息。確定高壓設(shè)備局部放電位置、檢測(cè)GIS內(nèi)部放電、電纜頭放電等。它可以由巡視人員直接對(duì)運(yùn)行中的設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)，迅速判斷設(shè)備、線路有無(wú)異常。也可以作為GIS專用監(jiān)測(cè)手段，將特制外接探頭貼敷在GIS 表面進(jìn)行帶電探測(cè)，由檢測(cè)結(jié)果來(lái)分析GIS 的運(yùn)行狀況。也可以將電磁波接收傳感器貼覆在盤式絕緣子表面，檢測(cè)局部放電所產(chǎn)生的電磁波信號(hào)。

GIS外部放電檢測(cè),當(dāng)放電產(chǎn)生時(shí)，空氣被電離，并伴隨著明顯的超聲波噪音。通過(guò)研究外部放電過(guò)程、其所產(chǎn)生的聲波信號(hào)以及傳播、衰減方式，設(shè)計(jì)相應(yīng)的信號(hào)獲取、采樣、數(shù)據(jù)處理等軟硬件。實(shí)現(xiàn)了確定放電產(chǎn)生的位置、記錄放電強(qiáng)度和頻率等，準(zhǔn)確地判斷設(shè)備的健康程度。

GIS 內(nèi)部放電監(jiān)測(cè),GIS 內(nèi)部放電發(fā)生時(shí)，會(huì)產(chǎn)生超聲波信號(hào)。聲波在GIS中衰減很大，而且隨著頻率的增高而增大。聲波在固體材料中的傳播有橫波和縱波兩種方式，縱波速度快，衰減也快。橫波速度慢，衰減也慢。聲波往往是沿離金屬材料最近的方向傳到金屬體后，再以橫波的形式傳播。通過(guò)研究GIS內(nèi)部放電過(guò)程、其所產(chǎn)生的聲波信號(hào)以及傳播方式，通過(guò)將外接探頭貼敷在GIS表面，有效探測(cè)到聲波信號(hào),設(shè)計(jì)相應(yīng)的信號(hào)獲取、采樣、數(shù)據(jù)處理、顯示等軟硬件，實(shí)現(xiàn)：迅速判斷放電位置、記錄放電強(qiáng)度和頻率等，準(zhǔn)確地判斷運(yùn)行設(shè)備的健康程度。

當(dāng)放電發(fā)生時(shí)，會(huì)產(chǎn)生頻譜很廣的電磁波信號(hào)，我們以諧振的方式采樣400MHz 以上的電磁波信號(hào)，對(duì)信號(hào)量進(jìn)行分析、處理為現(xiàn)場(chǎng)人員提供檢測(cè)依據(jù)和手段。

采用超聲波測(cè)量法、超高頻測(cè)量法。兩者結(jié)合、相輔相成，能夠達(dá)到互相驗(yàn)證、檢驗(yàn)的功能。