自助式GIS設(shè)備超聲波局部放電在線檢測(cè)方式探討

曹力力，吳瀟瀟，王 煒

（國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司湖州供電公司，浙江 湖州 313000）

自助式GIS設(shè)備超聲波局部放電在線檢測(cè)方式探討

曹力力，吳瀟瀟，王 煒

（國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司湖州供電公司，浙江 湖州 313000）

通過(guò)對(duì)比超聲波局放帶電測(cè)試和特高頻局放在線監(jiān)測(cè)這2種現(xiàn)行常用的GIS（氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備）設(shè)備檢測(cè)方式，分析兩者在測(cè)試時(shí)間和測(cè)試位置上的不足，有針對(duì)性地研究一種新型的自助式GIS設(shè)備超聲局放在線檢測(cè)方式，獲得了更好的測(cè)試效果，也彌補(bǔ)了常規(guī)檢測(cè)方式的不足。

GIS；超聲波局放；自助；檢測(cè)

GIS（氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備）具有占地面積少 、受外界環(huán)境影響小、運(yùn)行安全可靠、維護(hù)工作量小等優(yōu)點(diǎn)。近年來(lái)在電力系統(tǒng)得到越來(lái)越廣泛的運(yùn)用，電力系統(tǒng)中GIS設(shè)備迅速增加。

由于GIS設(shè)備封閉性的特點(diǎn)，停電檢修時(shí)所能進(jìn)行的試驗(yàn)項(xiàng)目非常有限，目前較有效反映運(yùn)行中GIS設(shè)備狀態(tài)的檢測(cè)手段主要有超聲波局部放電（簡(jiǎn)稱(chēng)局放）帶電測(cè)試和特高頻局部放電在線監(jiān)測(cè)，然而這2種測(cè)試手段各有其優(yōu)缺點(diǎn)、定位和使用差異較大，亟需一種細(xì)分功能檢測(cè)方式來(lái)填補(bǔ)當(dāng)前這二者檢測(cè)手段間的空白。

1 局放帶電測(cè)試和特高頻局放在線監(jiān)測(cè)的比較

圖1 局放帶電測(cè)試3種模式圖譜

1.1 局放帶電測(cè)試的特點(diǎn)

局放帶電測(cè)試?yán)贸暡夹g(shù)，通過(guò)接收局部放電時(shí)聲波微小的間斷壓力信號(hào)，判斷局部放電點(diǎn)位置和局部放電性質(zhì)，具有取點(diǎn)靈活、測(cè)試方便的特點(diǎn)，但在測(cè)試中受周?chē)h(huán)境低頻干擾信號(hào)的影響較大，主要包括周?chē)O(shè)備和建筑的機(jī)械振動(dòng)及聲音等。局放帶電測(cè)試有3種測(cè)試模式（見(jiàn)圖1）。

（1）連續(xù)模式，反映被測(cè)GIS設(shè)備中局部放電信號(hào)的瞬時(shí)有效值、峰值和指定頻率成分放電值，可完整反映GIS設(shè)備在某一瞬間的狀態(tài)。

（2）原始波形，是從時(shí)域角度連續(xù)測(cè)量被測(cè)GIS設(shè)備的局部放電信號(hào)，通過(guò)繪制連續(xù)幾個(gè)周期的全電壓放電波形觀察放電信號(hào)的時(shí)域特性，找出放電波形的周期性特點(diǎn)。

（3）相位模式，是從頻域角度反映被測(cè)GIS設(shè)備的局部放電信號(hào)，通過(guò)收集單位時(shí)間內(nèi)1 000個(gè)瞬時(shí)全電壓值采樣點(diǎn)的打點(diǎn)圖，分析放電信號(hào)的頻域分布。

通過(guò)對(duì)3種模式圖譜的綜合，可以從瞬時(shí)、時(shí)域、頻域3個(gè)方面綜合分析被測(cè)GIS設(shè)備內(nèi)部的超聲波局部放電信號(hào)，基本可反映測(cè)試時(shí)GIS設(shè)備的短時(shí)運(yùn)行狀態(tài)。

1.2 特高頻局放在線監(jiān)測(cè)的特點(diǎn)

當(dāng)GIS設(shè)備局部放電發(fā)生時(shí)，快速的氣體擊穿過(guò)程產(chǎn)生很陡的脈沖電流信號(hào)（上升沿<1 ns），并在GIS設(shè)備腔體內(nèi)激發(fā)高頻電磁波，特高頻局放測(cè)試就是通過(guò)檢測(cè)這種特高頻電磁波（300 MHz≤f≤3 GHz）信號(hào)，獲得局部放電的相關(guān)信息。特高頻局放測(cè)試的測(cè)試頻率較高決定了其具有較高的抗干擾能力，周?chē)目臻g電磁波也可以通過(guò)屏蔽去除，然而特高頻局放信號(hào)只能通過(guò)非金屬材質(zhì)傳輸，因此特高頻局放測(cè)試只能在裸露的盆式絕緣子和觀察窗上進(jìn)行。

基于特高頻局放測(cè)試技術(shù)發(fā)展而成的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括UHF（特高頻無(wú)線電波）傳感器、信號(hào)傳輸檢測(cè)單元和中央處理單元。UHF傳感器與GIS設(shè)備外殼連接，采集GIS設(shè)備內(nèi)部的特高頻局放信號(hào)，并通過(guò)信號(hào)傳輸檢測(cè)單元將采集到的特高頻局放信號(hào)傳輸?shù)街醒胩幚韱卧Ｆ涮攸c(diǎn)是能夠避開(kāi)現(xiàn)場(chǎng)普遍存在的電暈干擾和其他各種頻率的干擾，實(shí)現(xiàn)連續(xù)監(jiān)測(cè)GIS設(shè)備狀態(tài)的目的。缺點(diǎn)是監(jiān)測(cè)位置依賴(lài)預(yù)裝探頭而相對(duì)固定，并且只能在裸露的盆式絕緣子和觀察窗上進(jìn)行，給測(cè)試帶來(lái)了一定的局限性。

GIS特高頻局放在線監(jiān)測(cè)依賴(lài)專(zhuān)家數(shù)據(jù)庫(kù)判斷設(shè)備存在疑似缺陷時(shí)，按預(yù)設(shè)測(cè)試周期進(jìn)行圖譜記錄，所記錄的圖譜信息主要有3種（見(jiàn)圖2）。

圖2 GIS特高頻局放在線監(jiān)測(cè)的3種圖譜

綜合分析以上3種圖譜，可以從時(shí)域和頻域角度分析GIS設(shè)備內(nèi)部的局部放電信號(hào)，當(dāng)遇到存在缺陷時(shí)，測(cè)試數(shù)據(jù)不夠全面。

1.3 局放帶電測(cè)試和特高頻局放在線監(jiān)測(cè)的不足

局放帶電測(cè)試存在受周?chē)h(huán)境干擾（低頻干擾）大、只能反映測(cè)試短時(shí)內(nèi)GIS設(shè)備狀態(tài)等不足，GIS設(shè)備內(nèi)部很多故障信號(hào)可能受負(fù)荷和設(shè)備狀態(tài)等因素影響，短時(shí)測(cè)試未必能較好地反映設(shè)備缺陷情況。

GIS特高頻局放在線監(jiān)測(cè)存在測(cè)試數(shù)據(jù)較少、測(cè)試位置相對(duì)較為局限等不足，現(xiàn)場(chǎng)在線監(jiān)測(cè)點(diǎn)的分布一般不太多，當(dāng)GIS設(shè)備內(nèi)部故障點(diǎn)位置離在線監(jiān)測(cè)點(diǎn)較遠(yuǎn)時(shí)，雖然能反映故障的存在，但對(duì)故障的具體位置和具體性質(zhì)無(wú)法做出充分的判斷。部分GIS設(shè)備的盤(pán)式絕緣子帶有金屬屏蔽圈而無(wú)法進(jìn)行特高頻局放測(cè)試，限制了在線監(jiān)測(cè)的開(kāi)展。

同時(shí)以上2種測(cè)試方式的位置均相對(duì)較為固定，以測(cè)試儀器預(yù)設(shè)為主，而現(xiàn)場(chǎng)的GIS設(shè)備缺陷卻是種類(lèi)繁多、位置不定，導(dǎo)致了部分特殊缺陷無(wú)法得到全面的診斷。

2 自助式GIS設(shè)備超聲波局放在線檢測(cè)

2.1 新的檢測(cè)方式

針對(duì)局放帶電測(cè)試和特高頻局放在線監(jiān)測(cè)的不足，需要找到一種可以克服以上測(cè)試方式局限的檢測(cè)方式。考慮到特高頻局放在線監(jiān)測(cè)的軟件和硬件改動(dòng)的空間較小，新檢測(cè)方式以超聲波局放帶電測(cè)試為基礎(chǔ)改進(jìn)。

自助式GIS設(shè)備局放在線檢測(cè)是在超聲波局放測(cè)試技術(shù)的基礎(chǔ)上，針對(duì)缺陷性質(zhì)確定在線檢測(cè)的參數(shù)，根據(jù)發(fā)現(xiàn)缺陷的位置設(shè)置在線檢測(cè)點(diǎn)，同時(shí)可以通過(guò)軟件預(yù)設(shè)所需的測(cè)試持續(xù)時(shí)間和時(shí)間間隔，通過(guò)自帶電池可以獲得數(shù)小時(shí)或數(shù)天的持續(xù)測(cè)試時(shí)間。

2.2 硬件部分

自助式GIS設(shè)備超聲波局放在線檢測(cè)模式的硬件實(shí)現(xiàn)：

（1）局放測(cè)試探頭通過(guò)特制固定扎帶固定在GIS設(shè)備上，可靈活選取在線檢測(cè)的位置（見(jiàn)圖3）。

圖3 自助式局放在線檢測(cè)探頭的安裝位置

圖4 自助式局放在線檢測(cè)的軟件界面

（2）局放的測(cè)試終端實(shí)現(xiàn)小型化集成，有專(zhuān)用電池供電可獲得數(shù)小時(shí)或數(shù)天的持續(xù)測(cè)試時(shí)間，測(cè)試數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線傳輸至現(xiàn)場(chǎng)采集終端；改進(jìn)后可通過(guò)特制交流電源箱供電，延長(zhǎng)持續(xù)測(cè)試時(shí)間。

自助式GIS設(shè)備局放在線檢測(cè)的關(guān)鍵部件是就地RTU（數(shù)據(jù)采集單元）。RTU遠(yuǎn)程測(cè)控單元包括超聲傳感器、電池、通信天線和數(shù)據(jù)處理單元，由雙系統(tǒng)構(gòu)成，其中電源管理模塊（MSP430超低功耗單片機(jī)）一直處于工作狀態(tài)，不采集數(shù)據(jù)時(shí)，功耗比較大的DSP（數(shù)據(jù)信號(hào)處理）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)處于斷電狀態(tài)。根據(jù)上位機(jī)無(wú)線通信指令，MSP430單片控制DSP數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的供電，當(dāng)數(shù)據(jù)采集完成或上位機(jī)結(jié)束數(shù)據(jù)采集時(shí)，MSP430會(huì)切斷DSP數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的供電。根據(jù)上位機(jī)數(shù)據(jù)傳輸指令，MSP430單片機(jī)將存儲(chǔ)在指定區(qū)域的數(shù)據(jù)上傳到上位機(jī)，完成數(shù)據(jù)的傳輸。

2.3 軟件部分

自助式GIS設(shè)備局放在線檢測(cè)模式的軟件功能：

（1）按照預(yù)設(shè)參數(shù)同時(shí)連續(xù)對(duì)多個(gè)測(cè)試通道超聲信號(hào)的3種測(cè)試圖譜進(jìn)行測(cè)試，預(yù)設(shè)參數(shù)包括時(shí)間間隔、持續(xù)時(shí)間、測(cè)試頻率、原始波形周期數(shù)等。

（2）將生成的數(shù)據(jù)文件通過(guò)無(wú)線傳輸至采集終端，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

（3）在多終端通信中運(yùn)用策略模式，避免程序中使用多重條件轉(zhuǎn)移語(yǔ)句，使系統(tǒng)更靈活、易于擴(kuò)展，遵守大部分GRASP原則和常用設(shè)計(jì)原則，高內(nèi)聚、低偶合。

圖4為采集終端的數(shù)據(jù)管理軟件界面，圖中數(shù)字代表以下幾個(gè)功能區(qū)塊：

（1）按照現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際建立的樹(shù)狀目錄，可以將在線檢測(cè)所得圖譜定向輸出給相應(yīng)設(shè)備，同時(shí)可以按樹(shù)狀目錄導(dǎo)入導(dǎo)出，觀察到在線檢測(cè)過(guò)程中所收集到的實(shí)時(shí)圖片情況。

（2）在測(cè)試參數(shù)設(shè)置區(qū)可以針對(duì)GIS設(shè)備狀況和缺陷，更多地對(duì)在線檢測(cè)頻率、放大倍數(shù)、檢測(cè)持續(xù)時(shí)間、檢測(cè)間隔時(shí)間、檢測(cè)原始波形數(shù)量、測(cè)試通道和頻率成分選擇等進(jìn)行自助選擇，使局放的在線檢測(cè)更適應(yīng)故障類(lèi)型，從而能更好地反映故障性質(zhì)，只有提高測(cè)試的針對(duì)性才能提高測(cè)驗(yàn)結(jié)果的有效性。

（3）通過(guò)圖片監(jiān)視窗口可以看到最近采集的各類(lèi)型圖片信息。3種模式圖譜可以從瞬時(shí)、時(shí)域、頻域3個(gè)方面，綜合被測(cè)GIS設(shè)備內(nèi)部的超聲波局部放電信號(hào)，可為分析GIS設(shè)備內(nèi)部缺陷提供足夠多的信息量。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)使用情況，證實(shí)了自助式GIS設(shè)備超聲局放在線檢測(cè)方式的各項(xiàng)設(shè)計(jì)功能均能在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)。由于測(cè)試參數(shù)能根據(jù)缺陷的基本情況設(shè)定，使采集到的圖譜信息有助于更好地診斷缺陷性質(zhì)，較長(zhǎng)時(shí)間的持續(xù)測(cè)試可以避開(kāi)偶發(fā)干擾，更全面地跟蹤缺陷發(fā)展。特別是間隔時(shí)間較長(zhǎng)或偶發(fā)的放電信號(hào)，通過(guò)自助式GIS設(shè)備超聲局放在線檢測(cè)模式可以得到有效檢測(cè)。完整的圖譜記錄模式可以為GIS設(shè)備內(nèi)部缺陷分析提供足夠的信息量，保證了測(cè)試數(shù)據(jù)的立體性。通過(guò)扎帶捆綁的探頭和便攜式電池供電保證了自助式GIS設(shè)備局放在線檢測(cè)的靈活性，可以根據(jù)帶電測(cè)試得到的缺陷位置信息，更精確地設(shè)置測(cè)試點(diǎn)，保證測(cè)試的有效性。

自助式GIS設(shè)備超聲局放在線檢測(cè)方式克服了局放帶電測(cè)試和特高頻局放在線監(jiān)測(cè)的缺點(diǎn)和不足，有效地填補(bǔ)了這2種模式間的定位空白，對(duì)提高GIS設(shè)備狀態(tài)檢修水平可起到重要作用。

[1]劉豐文，曹力力，姚建鋒，等.GIS設(shè)備超聲波局部放電帶電測(cè)試研究[J].湖州師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2011（33）∶203-205.

[2]肖燕，郁惟鏞.GIS中局部放電在線監(jiān)測(cè)研究的現(xiàn)狀與展望[J].高電壓技術(shù)，2005，31（1）∶47-49.

[3]姚勇，岳彥峰，黃興泉.GIS特高頻/超聲波局放檢測(cè)方法的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用[J].高電壓技術(shù)，2008，34（2）∶422-424.

（本文編輯：陸 瑩）

A Self-service Scheme of Ultrasonic-based on-line Partial Discharge Monitoring for GIS Equipment

CAO Lili，WU Xiaoxiao，WANG Wei
（State Grid Huzhou Power Supply Company，Huzhou Zhejiang 313000，China）

By comparing ultrasonic-based on-line partial-discharge detection method and the ultra-high frequency on-line partial discharge monitoring system for GIS（gas insulated switchgear）equipment，the paper analyzes their shortcomings in test time and location.A self-service scheme of ultrasonic-based on-line partial discharge monitoring for GIS equipment is investigated，which owns better test effect and can make up the shortcomings of conventional test schemes.

gas insulated switchgear；ultrasonic-based partial discharge；self-service；test

TM866

B

1007-1881（2015）07-0033-04

2015-06-07

曹力力（1982），男，工程師，從事電氣試驗(yàn)專(zhuān)業(yè)工作。