GIS內部放電缺陷的綜合診斷方法與實踐

付文光 楊玥 韓 磊 燕寶峰

（內蒙古電力科學研究院，呼和浩特 010020）

電力工業中 SF6封閉式組合電器，將除變壓器外的其他電氣設備經優化設計有機的組合成一個整體，因其運行可靠性高、維護工作量少、檢修周期長等優點而廣泛應用于電力系統中，但GIS也有其固有的缺點，由于 SF6氣體的泄漏、外部水分的滲入、導電雜質的存在、絕緣子老化等因素影響，都可能導致 GIS內部發生故障，SF6氣體在電弧、放電和過熱作用下分解。通過對GIS組合電器內部缺陷進行在線綜合診斷，可盡早發現缺陷并進行準確定位，從而使檢修工作能有計劃地進行，縮短檢修時間和節省檢修費用，提高運行可靠性。

1 GIS內部局部放電檢測的幾種方法與原理

1）超高頻局部放電檢測

當 GIS內部存在局部放電現象時，所產生的UHF電磁波能夠沿著GIS的管體向遠處傳播。GIS的同軸結構對于電磁波信號是良好的波導結構，信號在內部傳播時衰減很小。當GIS內部的UHF信號傳播到盤式絕緣子處時，部分信號會通過此絕緣縫隙輻射到GIS設備的體外。UHF信號流過GIS殼體時在縫隙處會產生二次輻射，且縫隙寬度不會對輻射強度產生決定性影響。在GIS體外的盤式絕緣子處安放天線傳感器[1]，則可以傳感到 GIS設備內部的UHF局部放電信號。

2）超聲波局部放電檢測

超聲波檢測法是當GIS內部產生局部放電時不僅會激發出超高頻電磁波同時也會產生沖擊的振動及聲音，壓力波形成超聲信號，通過把超聲波探測器吸附在GIS外殼上來探測超聲波的形式來檢測局部放電。

3）SF6分解物測試

當GIS內部存在局部的高能量放電或過熱性故障時，SF6氣體及絕緣材料將會分解產生SO2、SOF2、H2S、HF、CO等產物，通過檢測得到分解產生的幾種特征氣體在單位設備內氣體中的含量，以此來判斷局放故障是否發生以及故障發生的大致部位（目前國內多家科研院所均進行了相關研究并給出氣體組分的參考指標，同時也有國標的征求意見稿作參考）。

4）超高頻檢測和超聲波檢測原理圖及各自的技術優勢

超高頻檢測和超聲波檢測原理圖如圖1所示。

圖1 超高頻檢測和超聲波檢測原理圖

超高頻傳感器具有良好定向接收功能，檢測時貼近那些易于輻射出局放超高頻電磁波信號的部位，即可檢測到信號，其技術性能為

（1）各類放電缺陷反應靈敏，利用體外傳感的檢測技術，檢測效果比較理想。

（2）對電磁干擾抵抗能力較好，對振動噪聲的影響不敏感。

（3）需要布置的測點少，檢測的有效范圍較大，在線巡檢和在線監測可得到滿意的效果。

（4）依據UHF信號的頻譜和放電脈沖的波形特征進行故障診斷，使用兩個傳感器可實現定位功能。

超聲波傳感器可在電氣設備接地的金屬外殼上檢測到局放信號，其技術性能為

（1）利用體外傳感的檢測技術，對電磁干擾不敏感，容易受到振動噪聲信號的影響。

（2）根據局部放電產生的超聲信號波形、頻譜、傳播衰減等特征進行故障診斷和定位。

（3）對懸浮電位、自由金屬顆粒及金屬尖端放電所產生的振動信號較為敏感[2]，對 GIS導體及盆式絕緣子上的缺陷，檢測靈敏度有所降低。

（4）有效檢測范圍小，需要布置的測點較多，定位準確。

國際大電網會議CIGRE WG33/23-12工作組對GIS局部放電檢測方法的研究，認為特高頻法（UHF）的抗干擾能力最好，檢測范圍較大，且對所有放電類型都比較敏感；而超聲波法則對測量近距離范圍內的自由移動顆粒比較靈敏，且便于確定故障的位置[3]。

2 某現場測量系統接線圖及示意圖

測量系統接線圖和實物圖如圖2和圖3所示。

圖2 測量系統接線圖

圖3 測量現場實物圖

3 某現場設備的超高頻局部放電與SF6分解物聯合檢測

1）超高頻局部放電檢測

（1）實時檢測結果

使用超高頻檢測儀對變電站內部分具有盤式絕緣子的法蘭盤進行了檢測。在110kV母線PT附近法蘭盤1和法蘭盤2處都檢測到了局部放電信號，檢測到局部放電信號的法蘭盤位置如圖2所示，法蘭盤1和法蘭盤2實時檢測圖譜如圖4、圖5所示。未排除背景干擾的情況下，法蘭盤1的最大放電幅值在 150mV左右，法蘭盤 2的最大放電幅值在120mV左右，兩個法蘭盤均檢測到局部放電現象。法蘭盤1處檢測到的局放量比法蘭盤2處檢測到的局放量偏大。

圖4 法蘭盤1超高頻檢測實時圖譜

圖5 法蘭盤2超高頻檢測實時圖譜

（2）固體絕緣內部間隙放電典型圖譜和檢測現場無局部放電現象的法蘭盤檢測實時圖譜如圖6、圖7所示。

圖6 GIS固體絕緣內部間隙放電典型圖譜

該圖譜波形特征為脈沖清晰、幅值較小、幅值分散；相位特征為電壓峰值左右，相位分布較大；頻譜特征為高頻分量較弱。

圖7 無局部放電氣室法蘭盤超高頻檢測實時圖譜

該圖譜幅值分布均勻，是在整個相位內存在的背景干擾脈沖。

2）SF6分解物測試

為了進一步確認被檢氣室的局部放電故障，對該氣室進行 SF6分解物測試，測試結果表明SO2+SOF2、CO含量均超過了參考標準的要求，表明該氣室存在局部放電故障，得到了與超高頻檢測相一致的結論。檢測結果見表1。

3）存在局部放電氣室放電源的分析

使用儀器的定位模式對局部放電點進行定位，確定局部放電點位于避雷器的上部。超高頻檢測圖譜顯示符合GIS固體絕緣內部間隙放電典型圖譜的特征。由于分解物中檢測到 SO2+SOF2和H2S氣體組分，對于非滅弧氣室來說，正常運行是不會產生的，可以說明內部存在局部放電現象，由于檢測出的 CO含量很高，國內相關參考標準建議該組分含量一般在50～100μL/L以下，判斷為內部存在固體絕緣材料的高溫裂解。

表1

基于上述檢測結果綜合分析為避雷器上部氣室的固體絕緣材料內存在局部放電導致固體絕緣材料的高溫裂解及SF6氣體分解。

4 結論與展望

GIS組合電器超高頻、超聲波局部放電檢測可準確判斷設備缺陷類型，確定故障性質，檢測設備定位功能可實現故障源的準確查找，做到檢修工作具有針對性和高效性。

SF6分解物測試可對已檢出的局部放電故障進一步定性。將超高頻、超聲波局部放電檢測和分解物測量有效地結合起來，對故障分析起到互相佐證的作用。

設備交流耐壓試驗時高電壓作用下部分局部放電缺陷容易暴露，試驗過程配合局放檢測發現潛在缺陷具有很好的推廣價值。

[1]王建生,邱毓昌.氣體絕緣開關設備中局部放電的在線檢測技術[J].電工電能新技術, 2000(4).

[2]李德軍,沈威,郭志強.GIS局部放電常規檢測和超聲波檢測方法的應用比較[J].高壓電器, 2009(3).

[3]中國儀器之家.通用分析儀器類.http: //www.17baba.com.