GIS局部放電檢測方式的分析

呂育蓉

摘 要：社會的快速發(fā)展，人們對電能質(zhì)量的要求變的越來越高，與此同時(shí)，人們希望設(shè)備的安全運(yùn)行能夠得到進(jìn)一步的保障。現(xiàn)在，GIS以其體積小、安全系數(shù)高等優(yōu)勢越來越頻繁地在電力系統(tǒng)中得到了實(shí)際應(yīng)用。一般來說，GIS設(shè)備是不需要額外維護(hù)的，但是，GIS可能會出現(xiàn)意外的故障，在出現(xiàn)故障時(shí)，對其修復(fù)將需要更長的時(shí)間，GIS的故障也將會對現(xiàn)有的電力系統(tǒng)造成極大的危害。GIS出現(xiàn)故障的主要原因是其絕緣老化，而造成其絕緣老化的主要因素是設(shè)備的局部放電。現(xiàn)在檢測局部放電方法有光學(xué)檢測法、化學(xué)檢測法、聲學(xué)檢測法、常規(guī)電測法和超高頻法。但由于每種方法都有其缺陷，使得檢測設(shè)備局部放電的精度不高。文章提出了基于超聲波的GIS局部放電檢測系統(tǒng)的整體方案。

關(guān)鍵詞：電能；GIS；局部放電；檢測報(bào)價(jià)；方案

中圖分類號：TM855 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）24-0005-02

1 GIS局部放電檢測發(fā)展現(xiàn)狀、研究的目的和意義

如今，無論在國內(nèi)還是在國際上針對GIS的局部放電檢測技術(shù)都在高速發(fā)展，國內(nèi)外已經(jīng)有很多專家學(xué)者在GIS的局部放電檢測上取得了很大的突破，獲得了不錯(cuò)的成績。

1.1 國內(nèi)研究

清華大學(xué)在90年代相繼研制出來采用UHF法的便攜式局部放電檢測設(shè)備和GIS局部放電在線檢測系統(tǒng)，這兩種檢測局部放電的方法是采用外部的傳感器進(jìn)行監(jiān)測，實(shí)用性較強(qiáng)。但該方式和局部放電檢測設(shè)備對檢測到的信號不能夠很好的處理。

西安交通大學(xué)在90年代末研制出一種超寬頻帶局部放電傳感器。試驗(yàn)證明，其對其頻率響應(yīng)特性進(jìn)行測量效果較好。

1.2 國外研究

英國的Strathclyde大學(xué)聯(lián)合NGC和Scottish Power plc共同設(shè)計(jì)出了一套UHF局部放電檢測系統(tǒng)。系統(tǒng)中斷路器工作時(shí)可能產(chǎn)生快速暫態(tài)過電壓（VFTO），為了有效的防止快速暫態(tài)過電壓的產(chǎn)生，應(yīng)該對檢測系統(tǒng)實(shí)施相應(yīng)的保護(hù)措施，鉗位二極管應(yīng)該分別設(shè)置在UHF信號調(diào)節(jié)處和耦合器輸出處。但由于系統(tǒng)并不是依靠UHF局部放電信號進(jìn)行分析，導(dǎo)致檢測系統(tǒng)的檢測精度不能得到保證。

瑞士大學(xué)研制出一種基于寬帶和窄帶結(jié)合的多通道、實(shí)時(shí)響應(yīng)的GIS局部放電檢測系統(tǒng)。系統(tǒng)的中每個(gè)測量通道都含有一個(gè)低噪聲寬帶傳感器。此系統(tǒng)適合于在相關(guān)技術(shù)開發(fā)過程中的實(shí)驗(yàn)室測試和GIS的長期監(jiān)測。但是由于此系統(tǒng)的確切精度不能得到保證，需要進(jìn)一步的研究。

21世紀(jì)初，俄羅斯科學(xué)家Arakelian針對GIS局部放電檢測提出物理—化學(xué)診斷方法，其的檢測原理是：一般來說，SF6中會含有部分雜質(zhì)，所以當(dāng)設(shè)備發(fā)生局部放電時(shí)，在溫度和壓力的作用下，設(shè)備內(nèi)密度、濕度和酸堿度等參數(shù)會發(fā)生一些變化。根據(jù)參數(shù)的變化可分析得出局部放電的程度。但由于此方法的局限性一般用于輔助分析絕緣故障時(shí)使用。

此外，還有20世紀(jì)初日本大阪大學(xué)的Kawada提出的采用寬帶電磁波（E-M）動態(tài)頻譜分析的小波方法。

2 傳統(tǒng)檢測GIS局部放電的方法

傳統(tǒng)檢測GIS的局部放電方法主要可以劃分為兩種類型：電測法和非電測法，具體來說有以下五種檢測GIS局部放電的方法。

2.1 非電氣檢測局部放電法

2.1.1 光學(xué)檢測GIS局部放電法

在現(xiàn)有的檢測技術(shù)當(dāng)中，光學(xué)檢測法來檢測放電產(chǎn)生的光是現(xiàn)有最靈敏的方法。采用光學(xué)檢測有時(shí)都可以檢測到一個(gè)光子的發(fā)射。玻璃和SF6氣體都有很強(qiáng)的吸光能力，所以在檢測是一般要采用透過石英透鏡。光學(xué)檢測GIS局部放電法在檢測已知點(diǎn)的局部放電比較有效。但將光學(xué)檢測GIS局部放電法用于檢測未知的放電源時(shí)，其靈敏度會受到很大影響。

2.1.2 化學(xué)檢測GIS局部放電法

化學(xué)檢測GIS局部放電法是檢測擊穿SF6后分解生產(chǎn)的其他物質(zhì)來間接檢測局部放電的方法。通常電解SF6生成的氣體有SOF2和SO2F2，一般檢測這兩種氣體采用氣相色譜儀和質(zhì)譜分析對氣體進(jìn)行檢測，其靈敏度高。但化學(xué)檢測GIS局部放電法容易受到電氣的干擾，并且化學(xué)檢測GIS局部放電法所需時(shí)間較長，一般都需要幾個(gè)小時(shí)或者幾天的時(shí)間，這對其廣泛應(yīng)用產(chǎn)生了影響。

2.1.3 聲學(xué)檢測GIS局部放電法

GIS中局部放電涉及到的聲音信號的帶寬一般在20～

250 kHz之間，帶寬較長，聲學(xué)檢測局部放電一般對其局部放電時(shí)產(chǎn)生的聲帶常采用加速度傳感器和聲發(fā)射傳感器等進(jìn)行檢測。

2.2 電氣檢測局部放電法

2.2.1 常規(guī)電測法

常規(guī)電測法是在二十世紀(jì)八十年代提出的，后來常規(guī)電測法在對GIS局部放電檢測中得到了廣泛的應(yīng)用。采用常規(guī)電測法對GIS局部放電進(jìn)行測量時(shí)，一般通過對傳感器和GIS等值電容進(jìn)行調(diào)節(jié)來提高檢測的靈敏度。但是采用常規(guī)電測法對GIS局部放電檢測時(shí)容易受到外部的電磁干擾。

2.2.2 超高頻法

超高頻法在20世紀(jì)80年代初期由英國提出。一般來說，超高頻法抗噪聲干擾能力較強(qiáng)，并且有很好的局放源定位能力。但當(dāng)檢測與局放源距離較遠(yuǎn)時(shí)，采集信號衰減會衰減的很快，所以采用超高頻法對GIS局部放電進(jìn)行檢測時(shí)會需要較多的傳感器。

3 基于超聲波檢測局部放電的方法

在GIS局部放電中，不同的絕緣缺陷類型產(chǎn)生的局部放電會有不同的特征，要想研制出合適的檢測GIS局部放電的方法，要對不同類型的局部放電的波形放電相位等信號特征進(jìn)行采集和分析。找出不同類型信號之間分別的依據(jù)。

為了采集到不同類型信號的數(shù)據(jù)的真實(shí)性，為了試驗(yàn)裝置能更好的對GIS局部放電進(jìn)行檢測，要保證試驗(yàn)裝置滿足以下條件：

①要保證試驗(yàn)裝置內(nèi)應(yīng)含有真實(shí)的GIS模型，GIS模型應(yīng)該有和真實(shí)的GIS有相同的絕緣性能和絕緣結(jié)構(gòu)，并且要保證GIS模型和真實(shí)的GIS一樣，有相同的SF6絕緣環(huán)境。

②試驗(yàn)裝置中應(yīng)包含充氣裝置，這樣方便了打開氣室來模擬各種絕緣缺陷和對各種局部放電進(jìn)行模擬試驗(yàn)。

③要求試驗(yàn)裝置有較好的高壓試驗(yàn)環(huán)境，這樣能夠減小自電暈放電的影響和電源的干擾。

④要求試驗(yàn)裝置有一套對局部放電測量的系統(tǒng)，這樣能夠方便對信號比較和放電量的測量。

⑤具有一套超高頻測量系統(tǒng)，超高頻測量結(jié)果是在現(xiàn)場條件下希望用來進(jìn)行放電類型判別和放電量估計(jì)的重要數(shù)據(jù)之一。

⑥試驗(yàn)裝置應(yīng)有必要的保護(hù)措施，包括高電壓保護(hù)和 SF6排放，以保證人員及設(shè)備的安全。

超聲波檢測裝置主要包括超聲傳感器、前置放大器、DSP高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、基于ARM的高性能嵌入式控制平臺和后臺具有強(qiáng)大數(shù)據(jù)分析能力的服務(wù)器等，首先將傳感器采集到的數(shù)字信號進(jìn)行處理，本方法的主要內(nèi)容是用超聲波法對絕緣缺陷類型確認(rèn)和識別。處理之后通過網(wǎng)絡(luò)將處理之后的信號預(yù)處理后的信號傳送到遠(yuǎn)程服務(wù)器，在收集到處理之后的信號后進(jìn)行抗干擾處理并提取信號的特征參數(shù)，之后將收集到的成果存儲到信號特征數(shù)據(jù)庫。最后相關(guān)學(xué)者和專家對特征數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)做出GIS絕緣狀態(tài)的相關(guān)診斷。

GIS局部放電對設(shè)備的正常運(yùn)行時(shí)很重要的一步。對GIS局部放電檢測的思路主要包括檢測設(shè)備的選擇、對干擾的確定、判定絕緣缺陷的類型及對絕緣缺陷的定位，具體各個(gè)階段如圖1所示。

4 結(jié) 語

采用超聲波發(fā)對GIS局部放電進(jìn)行檢測是一項(xiàng)十分繁瑣的工作，雖然采用超聲波發(fā)對GIS局部放電檢測有了一定的進(jìn)展，但還有許多問題有待解決，如在現(xiàn)場對GIS局部放電進(jìn)行檢測時(shí)，外界環(huán)境過于復(fù)雜，其中存在著大量未知的干擾，怎么去抑制外界干擾來得到正確的關(guān)于局部放電的數(shù)據(jù)是今后要面臨的一項(xiàng)挑戰(zhàn)；另外，GIS存在的絕緣缺陷的類型繁多，不同的絕緣缺陷類型會表現(xiàn)出不同的形態(tài)，今后還要不斷努力去精確確認(rèn)各種局部放電類型。

參考文獻(xiàn)：

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