特高頻法氣體絕緣全封閉組合電器的局部放電在線監測技術的發展應用探討

劉大永，藤桂法，陳志國

（1.河北農業大學信息科學與技術學院，071000；2.河北農業大學研究生學院，河北保定，071000）

特高頻法氣體絕緣全封閉組合電器的局部放電在線監測技術的發展應用探討

劉大永1，藤桂法2，陳志國1

（1.河北農業大學信息科學與技術學院，071000；2.河北農業大學研究生學院，河北保定，071000）

為了對于氣體絕緣全封閉組合電器設備的運行情況進行全方位的掌握，對于其絕緣狀態進行在線監測是非常有必要的。本文就通過分析變電站典型局部放電類型，介紹基于特高頻法氣體絕緣全封閉組合電器局部放電的發展技術、系統的構成及應用探討，分析中的隱患，并及時發現，以確保設備可以安全的運行。

特高頻法；氣體絕緣全封閉組合電器；局部放電；在線監測技術

氣體絕緣全封閉組合電器具有構造緊湊、運行中的可靠性高及占用空間小的特點，所以被廣泛運用到我國電壓不同的電網中。但是氣體絕緣全封閉組合電器中也存在著一些問題及缺陷，比如制造方面、裝備方面及運輸方面，這些問題可能會導致其在運行的過程中會影響設備的運行，甚至導致事故的發生。所以為了預防發生事故，要對于其設備的運行情況進行實時的在線監測。

1　氣體絕緣全封閉組合電器局部放電檢測的意義

氣體絕緣全封閉組合電器和傳統的高壓輸變電系統的配置來進行比較的話，明顯前者有更大的優勢，優勢體現在其結構緊湊，并且氣體絕緣全封閉組合電器的占地空間也比較小；外界的因素并不影響它的正常運行?，F在其已在不同等級電壓的電網中廣泛應用，在變電站系統中也有著重要的作用。氣體絕緣全封閉組合電器是否能夠安全運行影響著整個電力系統，一旦在運行的過程中發生故障，那么會引起其變電站中所涉及的一些地區大面積的停電。所以，對于GIS中的安全檢測任務是至關重要的。那么對于其安全檢測有眾多的方式，包括在其出廠前的測試、安裝后的測試、運行中的測試等方法。雖然我國對于GIS設備運行中的檢測技術還是比較成熟的，但是在其運行之后的檢測技術并沒有達到很成熟的狀態，所以會致使在停電之后的維修工作中有很大的人力、物力、精力的投入，所以為了不使其在運行后造成一系列的損失，在其發生事故之前就要對于局部放電進行檢測，判斷它的內部故障是非常重要的。隨著我國社會經濟的不斷發展，我們人類對于電的需求越來越高，其中的電力人員對于局部放電檢測的方法也是十分緊缺的，所以氣體絕緣全封閉組合電器局部放電的在線監測技術備受國內外技術人員的關注。

2　氣體絕緣全封閉組合電器局部放電的缺陷分析

要想對于氣體絕緣全封閉組合電器（GIS）局部放電的現狀情況進行深入了解，那么就要對于其的內部缺陷進行研究，并了解缺陷的特征及程度，從不同方面著手，來分析GIS局部放電的現狀。

2.1顆粒及異物造成的影響。在對GIS進行安裝的時候，由于受到環境的影響，沒有辦法對于其中內部的微小顆粒及異物徹底的清除，就會導致一些會對GIS造成影響的異物與微小顆粒在啟動過程中被漏檢。也有可能在修理及安裝的時候，在進行密封處理方面中造成失誤，使一些工具和無用的異物遺漏在GIS中，這些顆粒及異物在平常過程中雖然不會造成什么影響，但是當其中的電壓超過一定范圍的時候，就會改變GIS內部的高壓場強分布，而引發局部放電的產生；微小顆粒在收到外界的激發時可能會發生跳動，在六氟化硫氣體中形成帶電體，這些帶電體在GIS內部由于受到電場力的作用不斷地跳動、飛行，當達到場強極限時就會引發局部放電，局部放電將會破會內部絕緣材料的絕緣性能，甚至在操作過電壓時造成設備突然擊穿的嚴重事故。

2.2接觸不良造成的影響。據統計，在GIS運行過程中所產生故障的原因，接觸不良造成影響次數為多。接觸不良主要表現在主觸頭和屏蔽罩之間。在GIS運行的時候，那些為改變電場的金屬有時候并不是通過負荷電流的，也會使用鋁制的物品來進行。但是由于這些鋁制物品在運行中會因為時間過長老化使其接觸不良。從而形成電位浮動電極，從而引起懸浮電位放電，這種情況就會使GIS連接觸頭彈簧造成侵蝕，并且還會產生一些雜質等，最終使GIS的內部絕緣造成傷害。

2.3絕緣子缺陷造成的影響。在氣體絕緣全封閉組合電器中造成缺陷的問題上，由于絕緣子缺陷所帶來的影響也是十分常見的。它主要包括絕緣子氣泡、裂紋等現象。還有一方面就是絕緣子和導體中間所產生的縫隙，其中的場強非常的高，而縫隙本身的絕緣性能是非常的低的，所以會在縫隙的分界面發生局部放電，將會最終造成絕緣損壞。

2.4內部尖端缺陷。GIS在加工生產過程中，由于內部表面的加工缺陷而產生金屬尖端，這些尖端在高壓場強下極易發生放電，將會引起絕緣損壞，在操作過電壓或者發生雷電時極有可能造成突然擊穿的惡性事故。

以上所述的這四種問題都有可能發生，了解GIS的缺陷，并且及時的發現缺陷并檢修，這對GIS在以后的運行中有著重大的意義。

3　氣體絕緣全封閉組合電器局部放電的在線監測方法

在GIS發生局部放電時，會使外殼中產生高頻電流的，使高頻電流通過地線上穿過形成回路，GIS局部放電還會使其通道中的氣壓發生變化，在GIS中及其他外殼中產生超聲波，同時還會產生高頻電磁波在GIS腔體內傳播，頻率可達GHz。GIS發生局部放電會造成重大的影響，對于局部放電的檢測也是刻不容緩的。目前，我國及國外對于GIS局部放電的在線監測有以下幾種方法。

3.1化學法檢測。在GIS局部放電的時候，有一部分的六氟化硫氣體會產生分解物，這種監測分解物的含量就可以對于GIS局部放電進行在線監測，可以判斷其嚴重性，也可以不受外界因素所干擾。但是化學法中還存在這些問題，據實驗表明，在化學法進行檢測的時候，一些顆粒物體會對其進行測量的時候造成一系列的影響，使其測量的結果導致偏差；還有一些在GIS內部的干燥劑等也會對化學測量過程中造成一定程度的影響。

3.2超聲波檢測。上文有說道，在GIS發生局部放電時候會產生超聲波，所以對于局部放電發生時所產生的機械波可以利用超聲波傳感器來進行檢測，用于判斷GIS內局部放電的存在和強弱。因為局部放電發生的時候也會產生聲波和超聲波，它所產生的聲波會通過金屬外殼傳導到GIS外部，所以，可以在GIS運行狀態下用超聲傳感器在殼體外部直接檢測內部局部放電的情況，超聲波檢測的優點是不受外界電氣的影響，其缺點是在超聲波檢測的過程中，會受到金屬外殼震動所帶來的影響，所以也會影響檢測準確度。

3.3電氣法檢測。電氣法檢測可分為外復電極法和內部電極法。其中外復電極法是由日本在20世紀80年代所研發出來的，主要是在GIS外殼結構上建立一層絕緣的保護膜，所以外殼中的保護膜就會阻礙高頻電流任意形成接地回路，只能在確定的外復電極上產生回路，所以可以通過該電極檢測局部放電信號。另一種解釋是GIS內部的放電中產生的電波會在外殼上，也只能在外殼上流動，所以電波不會泄漏到外面。通過此來對于局部放電來進行檢測，簡單又實用，缺點就是容易被外界所干擾，使檢測精度降低。

內部電極法GIS局放監測技術進行稍微的修改，在內部安裝一些金屬和外殼進而形成電容，來通過電容接受局部放電的信號，從而檢測出來局部放電。這種方法的優點也是簡單實用，但是缺點也極易受到外界的干擾，從而使檢測的精準度降低。另外一種，1983年由日本研制出了一種盆式的絕緣電極，從而對于局部放電進行檢測，其優點是對于外界的影響可以做到一定的預防，也可提升靈敏度，其缺點是這種檢測方法往往在安裝現場是不容易進行的，只能夠在廠家生產的時候利用。

3.4UHF法檢測。UHF方法就是今天我們所講的特高頻法，此方法是通過天線來進行進行接收局部放電中的特高頻電磁波，對于GIS局部放電進行檢測。在20世紀80年代中，就有人開始用這種方法對局部放電進行檢測，也就是從這個時候開始，UHF法開始流行應用。特高頻法的特點就是：對于外界的干擾可以有效的避開，其檢測頻率高，在檢測中對于局部放電的精準度也高，并且還可以對于故障進行識別并且定位故障。UHF檢測和超聲波檢測相對比，UHF檢測比超聲波檢測的范圍要更大，對于其他檢測方式來說有許多其他方式沒有的優點。在我國社會經濟技術進步的過程中，特高頻法檢測方式也取得了進步和發展，并且也受到了廣大的熱愛，充分的發揮其作用并使廣泛應用。

4　特高頻法氣體絕緣全封閉組合電器局部放電在線監測技術的發展現狀

特高頻法檢測方式是利用GIS設備中釋放出的電磁波來進行檢測的，特高頻法在檢測中具有超高的靈敏性和抗干擾能力，目前特高頻法在一些設備的在線監測中也受到了廣泛的支持和應用。

在國外，不少的大學研究者對于特高頻法的發展和完善都提出了大量的方案和實驗。其中蘇格蘭的核電站在1986年就安裝了第一批的特高頻法GIS檢測技術。荷蘭理工大學在特高頻法的缺陷上也進行了實驗和研究。在進入20世紀以來，英國最近投入的GIS設備中配有特高頻法檢測設備，DMS公司對于這種設備的檢測技術也大力推廣，就目前的狀況分析，全球大約有近50個國家中的GIS設備局都配有特高頻法在線監測技術，同時也為這些國家的設備預防故障中盡了力，避免了國家中的經濟損失。

目前我國對于特高頻GIS的研究相比較國外來說稍微晚一步，在2000年初主要是有一些高校來進行了大量的技術研究，并帶領了整個國內市場的應用和發展。西交大的一些研究者對于GIS的傳播進行了一系列的分析與研究，得出了一些結果，這些結果表明在GIS進行局部放電的時候，其強度的變化與氣壓和電壓是有關的。重慶大學的研究者也對此做出了研究，還有清華大學的研究者，他們都對此做了詳細的研究，并研制出了GIS局部放電的在線檢測技術系統，在此事業上取得了良好的結果。 在2006年以后，在國內就已經有多家公司研發出了具有高靈敏度的UHF傳感器。其中，保定天威新域科技發展有限公司自主研發的UHF傳感器檢測靈敏度可達到小于1個皮庫的水平，北京盛泰公司已退出了高靈敏度的UHF傳感器。最近幾年又有一些公司推出了能夠對局部放電信號進行診斷、分析UHF檢測儀器。例如：上海華晨推出的手持式具有診斷分析功能的檢測儀器，能夠直接自動判斷放電故障類型。近幾年，一些國外特高頻檢測設備也開始進入國內市場，如：PDM公司推出的UHF檢測儀，能夠以柱圖方式快速顯示放電幅度，并能夠利用放電特性分離算法分離不同的放電類型。

5　特高頻法氣體絕緣全封閉組合電器局部放電在線監測技術的應用分析

5.1特高頻法檢測中遇到的技術問題。雖然特高頻法檢測技術有眾多的優點，但也不妨有一些的缺點，其中包括：其一，國外在特高頻法技術的實施主要是在GIS設備出廠之前就進行了安裝，但是目前國內并不具備這樣的條件，所以在沒有使用良好的屏蔽措施進行檢測的條件下，對于檢測結果存在這一些不可避免的影響的，對于檢測也不易進行長期；其二，據調查，目前的特高頻法檢測還沒有辦法對GIS內部設備的放電量值進行確定，所以對于局部放電檢測來說，這也是一項重要的問題。如果研究人員可以把這幾項問題解決的話，那么特高頻法在GIS局部放電在線技術檢測中會顯得更加重要。

5.2特高頻法在線監測的應用。在2010年12月份，我國某變電站中對于GIS設備全面安裝使用了局部放電在線監測，檢測人員在后臺中發現，在用此技術的兩年后，該變電站中的耦合器檢測出了一系列的局部放電電波信號，該變電站中的專家分析，此信號很有可能為浮動的電極信號，這種信號的發展非常迅速，其中造成的頻率次數也非常明顯，其頻率幅度也超過了設置的最大量程。為了使檢測更加準確，工作人員排除了外界的影響，對于其進行測試，也排除了其自身的問題，說明GIS正在局部放電，其位置也通過特高頻技術來進行了定位，其位置和其他儀器所定的位置是一樣的。

5.3結論與分析。目前，對于局部放電在線監測技術可謂是多種，其也會受到多種因素的影響，導致監測的精準度降低。上文通過特高頻法結合其他的一些監測技術來對其進行檢測，一方面提高了檢測結果的精準度，也對于局部放電的位置進行了精確的定位。

通過上述事件分析可得知，構成GIS局部放電的因素有許多，比如在裝配過程中造成的等等，并且和這幾年發生的案件相結合，由于這些問題的發生造成的事故已經有不少，為了避免對廠家和人員造成損失，這務必要引起重視，在裝備的過程中要嚴格按照組裝工藝來進行，減少這類事情的發生，并且加強監管制度，對于沒有安裝此技術的電局要進行定期的放電檢查。

6　結束語

由于我國社會經濟發展的飛快，我國的電力工業也在不斷的進步和發展。通過以上對于GIS的解析及特高頻法的簡述，說明了特高頻法在GIS局部放電檢測技術方面也是有重要的作用的，事先排除了故障，避免一些事故發生所造成的損失，有效的對可靠供電中節約了人力、物力及精力，實現了我國社會經濟的發展價值。

［1］李峰. 基于特高頻法氣體絕緣全封閉組合電器局部放電在線監測技術應用分析［J］. 廣東電力， 2012， 25（12）：95-99.

［2］王偉平， 何炳鋒. 基于特高頻法GIS局部放電在線檢測技術的分析與應用［J］. 高壓電器， 2015（4）.

［3］林立鋒. GIS特高頻局部放電在線監測與診斷系統研究與應用［D］. 電子科技大學， 2012.

［4］李月芹， 蔣體浩， 朱洪明. 基于GIS設備局部放電在線監測研究與應用［J］. 電子世界， 2015（16）：136-137.

［5］陳杰華. 超高頻外部天線法GIS局部放電檢測的研究［D］. 西安交通大學， 2003.

Development and application of partial discharge on-line monitoring technology for gas insulated switchgear with extra high frequency method

Liu Dayong1，Teng Guifa2，Chen Zhiguo1
（1.College of information science and technology， Agricultural University of Hebei，071000；2.Graduate School of Agricultural University of Hebei，Baoding，Hebei，071000）

In order to fully grasp the operation condition of gas insulated switchgear，it is very necessary to carry out the on-line monitoring of insulation condition.In this paper，through the analysis of a transformer substation are examples of partial discharge （PD），based on the introduction of totally enclosed combined electrical partial discharge development technology，system composition and application of UHF method for gas insulation，analysis of the hidden dangers，and promptly found.To ensure the safe operation of equipment.

high frequency method；gas insulated switchgear；partial discharge；on-line monitoring technology