GIS超聲波局部放電檢測應用實例

摘 要：在介紹氣體絕緣開關（GIS）超聲波法檢測原理及內部絕緣缺陷類型的基礎上，文章采用超聲波法對變電站GIS進行局部放電檢測中，發現存在局部放電，并找出機械振動是造成局部放電的主要原因。

關鍵詞：氣體絕緣開關；局部放電；超聲波

引言

氣體絕緣全封閉組合電器（GIS）是變電站設備的重要組成部分。因其具有占地面積小、維護工作量少、檢修周期長等諸多優點，近年在城市電網建設和改造中大量使用。運行經驗表明，盡管GIS的運行可靠性非常高，但其內部不可避免的缺陷仍可能引起事故，同時由于GIS的特殊性，不能依靠人的感官發現早期故障，除微水等少數試驗項目外，現行高壓電氣設備預防性試驗方法大多無法用于GIS設備[1-2]。

超聲波法是目前檢測GIS局部放電的重要方法之一，具有抗干擾能力強、靈敏度高，可以通過逐點測量進行缺陷定位。

1 檢測原理

1.1 局部放電產生的原因

在電氣設備的絕緣系統中，各部位的電場強度往往是不相等的，當局部區域的電場強度達到該區域的擊穿場強時，該區域就會出現放電，但放電并沒有貫穿施加電壓的兩導體之間，即整個絕緣系統尚未擊穿，這種現象稱之為局部放電。產生局部放電的條件取決于絕緣介質中的電場分布和絕緣電氣物理性能，通常局部放電是在高電場強度下，在絕緣體內電氣強度較低的部位發生的。

1.2 超聲波法

GIS發生局部放電時分子間劇烈碰撞并在瞬間形成一種壓力，產生超聲波脈沖，這種超聲波在某種速度下以球面波的形式向四面傳播，其類型包括縱波、橫波和表面波。縱波通過氣體傳到外殼、橫波則需要通過固體介質（比如絕緣子等）傳到外殼，當超聲波傳播到外殼時會引起外殼的機械振動，通過緊貼在外殼上的壓敏傳感器收集超聲波電信號并對信號進行分析。

2 GIS內部絕緣缺陷類型

GIS內部可能出現的絕緣缺陷類型如圖1所示，可以總結為以下幾個方面：（1）GIS腔體內可以移動的自由金屬顆粒；（2）傳導部分的接觸不良；（3）制造原因在絕緣表面可能存在固定顆粒；（4）絕緣體內部或者表面存在氣隙、裂紋；（5）導體或外殼內表面存在金屬突出物。

圖1 GIS內部絕緣缺陷示意圖

3 現場應用

使用超聲波對某變電站GIS設備進行檢測時，發現線路電壓互感器有異常超聲信號，檢測過程及診斷說明如下。

3.1 缺陷氣室測試圖譜

3.1.1 GIS氣室位置標注（一）處（圖2），測試圖譜如下所示：

3.1.2 GIS氣室位置標注（二）處（圖3），測試圖譜如下所示：

3.2 測試數據分析

測試圖譜圖2中效值、峰值都明顯增大許多，圖譜呈現豎條狀，這正是機械松動的典型特征；測試圖譜圖3氣室中異常超聲信號相位模式幅值明顯減小，說明信號源來自于第一氣室，即線路電壓互感器。

3.3 信號異常GIS氣室標注照片

圖4 信號異常GIS氣室標注照片

3.4 建議

綜合分析認為，電壓互感器內部異常信號是由于振動引起，一般不會影響設備運行。但振動也有可能會影響到內部部件的安全，比如一些緊固件等，建議縮短測試間隔時間，跟蹤觀察信號的發展。

4 結束語

4.1 本文介紹了GIS超聲波法檢測原理及GIS主要絕緣缺陷類型，為超聲波檢測提供了理論依據。

4.2 超聲波法對檢測GIS缺陷具有較高的靈敏性和有效性。

4.3 狀態檢修明確把運行中GIS局部放電測試作為例行試驗項目，帶電檢測也將GIS超聲波局部放電測試作為檢測項目之一。

4.4 超聲波在傳播過程中具有較大的衰減性，同時絕緣體材料對聲波的高吸收性，使得超聲波法對絕緣子內部缺陷檢測靈敏度較低。

參考文獻

[1]金立軍，劉衛東，錢家驪.GIS絕緣配合中的故障分析及診斷和檢測技術[J].中國電力，2002，35（3）：52-55.

[2]郭俊，武廣寧，張血琴.局部放電檢測技術的現狀和發展[J].電工技術學報，2005，20（2）：29-35.