基于GIS設備局部放電在線監測研究與應用

云南文山電力股份有限公司 李月芹

云南電網有限責任公司文山供電局 蔣體浩 朱洪明

基于GIS設備局部放電在線監測研究與應用

云南文山電力股份有限公司 李月芹

云南電網有限責任公司文山供電局 蔣體浩 朱洪明

氣體絕緣全封閉組合電器（GIS）因為具有許多優點，在現代變電站中得到了廣泛的應用。GIS設備局部放電對電力設備有很大的危害，有必要對其進行在線監測。本文介紹了一種超高頻局部放電在線監測技術，并根據應用實例說明其優越性。

GIS設備；局部放電；超高頻法；在線監測

1 引言

氣體絕緣全封閉組合電器（GIS）的使用非常廣泛，具有很多突出的優點，比如：結構比較緊湊、占地面積小、運行可靠、維護簡單等。然而正是由于GIS的這一特點，在其全封閉式的結構特點下，一旦發生內部故障，處理起來將是很棘手。尤其是當GIS發生局部放電時，其絕緣結構就會遭到破壞，并導致SF6氣體分解，更嚴重的是會影響設備內部電場分布，最終導致絕緣結構的擊穿，造成嚴重的后果;因此對GIS設備實施局部放電在線監測及進行持續研究是十分必要的。

氣體絕緣全封閉組合電器局部放電的檢測的方法有多種，如超高頻法、超聲法、化學檢測法、SF6氣體的檢測、震動法、脈沖電流檢測法等。目前，大量采用超高頻(UHF)局部放電在線監測技術對GIS局部放電實施監測與診斷，現場通過在線采集局部放電過程產生的超高頻電磁波信號來反映局部放電，并且能有效地避開現場的電暈因素等影響，可以提前預警事故發生前設備健康狀況電氣量的變化，通過應用在線監測技術，對GIS設備運行中的各種電氣量進行實時跟蹤檢測，及時有效的預控設備可能出現的各種異常或故障征兆，運行人員通過實時監控設備的絕緣健康狀態，提前發現設備健康狀況的變化趨勢并立即處理設備可能出現的故障。

本文通過超高頻局部放電檢測法在氣體絕緣全封閉組合電器檢測的應用實踐，介紹基于超高頻的GIS局部放電在線監測系統，該方法采用特定的無線傳感器接收GIS設備局部放電發出的UHF電磁波信號來反映局部放電，超高頻法檢測頻段比較高、抗干擾能力強、靈敏度、需要的傳感器檢測點少。UHF檢測的優點使其得到了廣泛的應用。能實時監測設備絕緣狀態，為及時處理設備故障提供條件。

2 現狀分析

2.1 局部放電

局部放電是指設備局部的絕緣被擊穿，而并未在導體絕緣間造成貫穿性導電通道的現象。GIS設備絕緣在足夠強的電場作用下局部范圍內發生的放電,每一次對絕緣介質都會有一些影響。輕微的局部放電使GIS設備絕緣強度的緩慢下降，而嚴重的局部放電則會使設備的絕緣強度迅速下降，最終造成絕緣損壞。每次放電時，高能量電子和加速電子的沖擊都會引起多種形式的物理效應和化學反應，破壞絕緣的分子結構，加速絕緣損壞過程。GIS設備一旦發生絕緣故障，引起的停電時間長，檢修費用高，損失巨大。為了防止GIS絕緣故障的發生，隨時掌握設備的運行工況，對GIS進行局部放電在線監測是很必要的。

綜合分析發現，由于設備的制造工藝以及安裝條件的不同影響，是造成GIS設備局部放電的主要原因，要盡量防止在安裝時使一些異物或灰塵進入母線筒，造成導體部分的損傷，以致發生局部放電，威肋設備以及系統的安全。對GIS設備進行局部放電在線監測，可以監測GIS設備內部的情況，為及時出去可能存在的安全隱患提提供條件，確保系統的安全穩定運行。

2.2 GIS設備內部缺陷產生局部放電的特征

GIS設備發生局部放電大多數都是由于內部缺陷造成的，要對其局部放電進行在線檢查首先就要了解設備內部缺陷產生局部放電的特征：

(1)首先發生在帶導體周圍的電暈放電與空氣中的電暈放電相似，設備在施加電壓的正負峰值附近發生局放脈沖時，隨著施加電壓變化，局放脈沖量呈線性變化。

《意見稿》提到，快遞運單已注明為生鮮產品、貴重物品、易碎品、代收貨款等需要當面交接的快件，不得使用智能快件箱收寄或者投遞，智能快件箱使用企業與用戶另有約定的除外。快件出現外包裝明顯破損、重量與快遞運單記載明顯不符等異常情況的，不得使用智能快件箱投遞快件。

(2)對于自由導電微粒和固體導體上金屬突起放電的相位分布有著顯著不同；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；而絕緣子表面的工藝瑕疵有助于其表面電荷的聚集，嚴重時會形成表面沿面放電，誘發絕緣子表面的絕緣劣化，甚至擊穿。

3 應用研究

3.1 在線監測系統組成

在線監測系統的工作流程見下圖1所示。GIS設備監測點將監測到的超高頻電磁信號傳遞至超高頻傳感器；然后在超高頻傳感器的作用下轉換成相應的電信號輸出，再由采集單元采集并處理，最后轉換成對應數字信號后存儲到計算機中；由人工智能分析診斷軟件對存儲的數字信號進行分析診斷。

分析可知，該系統組成的三個重要部分為：數據分析與診斷軟件、數據采集單元、超高頻傳感器。其中該系統中最重要的分析與診斷的軟件為人工智能化的控制軟件，可以進行智能化分析和處理采集到的有關數據，并給出診斷結果和相應措施。

圖1 在線監測系統的工作流程

GIS設備監測點的主要組成包括：電流互感器、隔離開關、斷路器、接地開關、快速接地開關、母線以及分支母線等。

3.2 超高頻局部放電監測系統的特點

超高頻局部放電（PDM）監測系統主要有以下特點。

(2)PDM監測系統以有效地屏蔽信號干擾，正確率高；

(3)PDM監測系統因為靈敏度高，對于多種局部放電的信號都能夠準確識別識別；

(4)PDM監測系統可以實現檢測數據的共享功能，將監測數據傳至互聯網，通過遠程訪問程序就可以任意訪問以聯網的監測站，可以實現監測數據的集中化處理，方便查看設備的狀態，方便管理；

(5)對于GIS設備和電力變壓器，PDM監測系統都可以監測他們的局部放電情況，方便便捷；另外，對與兩種不同的設備，PDM監測系統都可以實施檢測；

(6)PDM監測系統的局部放電源定位功能使其得到了更加廣泛的應用，為設備的檢修工作提供了方便。

3.3 超高頻局部放電監測系統應用實例

超高頻局放監測系統通過UHF耦合器采集3相的局部放電信號，通過同軸電纜連接到光電轉換裝置（OCU）。每個光電轉換裝置采集3個耦合器的UHF信號后進行數字化處理，通過光電隔離濾除干擾源。然后，匯集到匯控柜，再通過光纜送到主控制室的設備機箱。在主控室的設備柜的主機將采集的各OCU數據壓縮保存到硬盤里；遠端設備終端可通過網絡及時調用局放在線監測系統現場數據和有關設備參數。當檢測到現場設備存在局放時，通過系統配置的基于模糊神經網絡和基因算法的專家系統診斷軟件，對數據進行歸類，評估分析結果，判斷缺陷類型。通過專家系統的趨勢分析功能，可以查找特性量的異常變化，一旦發現惡化趨向，即發出語音報警信號。如今在實際GIS產品中應用的超高頻局放監測系統的監測頻帶的帶寬為500MHz～1500MHz。它利用的數據庫支持的專家系統，識別確切的局部放電信號，濾除外部干擾信號確保了較寬的監測帶寬，使檢測系統的靈敏度更高；且該系統可不設置抗干擾檢測閥值，使該系統有更好的靈敏度和可靠性；通過配置適當的耦合器布點，可以準確地檢測出在任何地方產生的≥3pC局部放電量。

為了驗證檢驗局放在線監測的可靠性，我們人工制作放電點，放在GIS罐體內部，在不同電壓等級下采集局放信號進行比較。隨著電壓的升高放電信號開始出現，放電重復率逐漸增加，放電幅值增大，這都符合電暈放電的特點。說明該系統能夠準確的捕捉、識別放電信號。通過一些工程安裝的實例，超高頻局放監測系統能夠實時的反映GIS設備的局部放電情況，為GIS設備從“定期維修”過渡到“狀態維修”提供了條件，增強了GIS設備的智能化程度，為智能電網的推廣奠定了基礎。

4 結束語

利用超高頻在線監測系統對GIS設備內部放電過熱故障產生的雜質最大可接受的質量等級分解物進行測量；對GIS設備局部放現象進行檢測，并定位局部放電源、確定放電類型；實例證明超高頻在線監測系統能對GIS設備進行有效的監測。

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[2]趙曉輝,楊景剛,路秀麗,等．基于超高頻法的局部放電定位初步研究[J]．高壓電器,2008, 44 (4):370-373．

[3]金立軍,劉衛東GIS金屬顆粒局部放電的試驗研究[J]．高壓電器,2002．38．

[4]何勝紅,洪海程,任亞英．帶電測試技術在GIS避雷器的應用[J]．電瓷避雷器,2011(05)．

[5]林李波,GIS局部放電監測系統的應用研究[D]．華南理工大學,2011．

李月芹（1974-），女，現供職于云南文山電力股份有限公司工程師。

蔣體浩（1976-），男，云南電網有限責任公司文山供電局工程師。

朱洪明（1979-），男，云南電網有限責任公司文山供電局工程師。