基于特高頻法的1 100 kV GIS局部放電缺陷定位研究

楊 勇， 王泓學(xué)，吳胥陽， 王紹安，張 靜

（1．國網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州 310014；2.國網(wǎng)浙江省電力公司寧波供電公司，浙江 寧波 315000；3．國網(wǎng)浙江省電力公司金華供電公司，浙江 金華 321017；4.國網(wǎng)浙江省電力公司培訓(xùn)中心，杭州 310018）

基于特高頻法的1 100 kV GIS局部放電缺陷定位研究

楊 勇1， 王泓學(xué)2，吳胥陽3， 王紹安1，張 靜4

（1．國網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州 310014；2.國網(wǎng)浙江省電力公司寧波供電公司，浙江 寧波 315000；3．國網(wǎng)浙江省電力公司金華供電公司，浙江 金華 321017；4.國網(wǎng)浙江省電力公司培訓(xùn)中心，杭州 310018）

針對(duì)一起1 100 kV GIS帶電檢測(cè)案例，闡述了GIS特高頻局部放電檢測(cè)原理和技術(shù)優(yōu)勢(shì)，分析了便攜式局放儀的譜圖信息，初步確定缺陷類型，并通過時(shí)差定位法對(duì)放電源進(jìn)行了精確定位，查看1 100 kV GIS局部放電在線監(jiān)測(cè)裝置，模式識(shí)別技術(shù)的結(jié)果與現(xiàn)場判斷一致，驗(yàn)證了現(xiàn)場帶電檢測(cè)的準(zhǔn)確性。現(xiàn)場實(shí)踐表明：特高頻局部放電檢測(cè)技術(shù)能有效識(shí)別GIS設(shè)備缺陷導(dǎo)致的局部放電，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和避免GIS絕緣故障的發(fā)生，保障GIS設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

特高頻；GIS；局部放電；帶電檢測(cè)

0 引言

絕緣故障是影響GIS（氣體絕緣組合電器）可靠性的主要因素，而局部放電是設(shè)備發(fā)生絕緣缺陷故障的重要征兆和表現(xiàn)形式。通過檢測(cè)局部放電，可以及時(shí)有效地發(fā)現(xiàn)內(nèi)部存在的故障缺陷，對(duì)保障GIS安全、可靠運(yùn)行具有重要意義[1，2]。GIS中的局部放電電流具有極陡的上升沿，其上升時(shí)間為納秒級(jí)，激發(fā)起高達(dá)數(shù)吉赫茲的電磁波，在GIS腔體構(gòu)成的同軸結(jié)構(gòu)中傳播。近年來UHF（特高頻）檢測(cè)技術(shù)在GIS中局部放電的檢測(cè)和定位方面得到了廣泛的關(guān)注和應(yīng)用，并且在目前GIS狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)中局部放電檢測(cè)效果最好，可以達(dá)到相當(dāng)于幾個(gè)皮庫的檢測(cè)靈敏度[3]。

UHF檢測(cè)法的基本原理如圖1所示，當(dāng)GIS內(nèi)發(fā)生局部放電時(shí)，激發(fā)出的數(shù)吉赫茲的特高頻電磁波信號(hào)會(huì)透過環(huán)氧材料等非金屬部件傳播出來，通過內(nèi)置或外置的特高頻傳感器接受UHF電磁波來檢測(cè)局部放電信號(hào)，分析局部放電的嚴(yán)重程度[4，5]。

圖1 GIS內(nèi)特高頻局部放電檢測(cè)法原理

UHF法實(shí)現(xiàn)GIS局部放電準(zhǔn)確定位的主要方法是時(shí)差法。時(shí)差定位法的基本思路是局部放電產(chǎn)生的特高頻電磁波信號(hào)在氣體中傳播近似光速，其到達(dá)各特高頻傳感器時(shí)間與其傳播距離直接相關(guān)，因此，可根據(jù)特高頻電磁波信號(hào)達(dá)到不同傳感器的時(shí)間差以及傳感器之間的距離計(jì)算出局部放電源的具體位置，實(shí)現(xiàn)絕緣缺陷定位。此外，UHF可以根據(jù)不同類型的絕緣缺陷局部放電所產(chǎn)生的特高頻信號(hào)幅值、數(shù)量、相位分布、頻譜等特點(diǎn)來判斷絕緣缺陷類型，進(jìn)行絕緣缺陷類型診斷[6-8]。特高頻檢測(cè)法克服了傳統(tǒng)的脈沖電流法測(cè)量頻率低、頻帶窄的缺點(diǎn)，可以較全面地研究局部放電的特征。

針對(duì)一起1 100 kV GIS帶電檢測(cè)案例，分析了便攜式局放儀的譜圖信息，初步確定缺陷類型，并通過時(shí)差定位法對(duì)放電源進(jìn)行了精確定位。查看1 100 kV GIS局放在線監(jiān)測(cè)裝置，驗(yàn)證了現(xiàn)場帶電檢測(cè)的準(zhǔn)確性。

1 異常概況

2015年5月，用手持式特高頻局部放電檢測(cè)儀對(duì)國內(nèi)某1 100 kV變電站全站GIS設(shè)備進(jìn)行帶電檢測(cè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)1 100 kV GIS T023C相合閘電阻氣室盆式絕緣子處測(cè)到異常信號(hào)，其PRPD，PRPS圖譜如圖2所示。

2 缺陷分析

2.1 局部放電檢測(cè)

為檢測(cè)與定位局部放電源，將T023 C相合閘電阻氣室特高頻傳感器布置如圖3所示，共布置了3個(gè)特高頻傳感器（測(cè)試點(diǎn)1，2，3）具體位置分別位于：在合閘電阻與斷路器之間的盆式絕緣子澆筑孔處（近T0232側(cè)）、合閘電阻氣室盆式絕緣子澆筑孔處、合閘電阻與斷路器之間的盆式絕緣子澆筑孔處（近T0231側(cè)）。測(cè)試點(diǎn)的各路信號(hào)線均通過DMS放大器（放大倍數(shù)為20 dB）后接入高速示波器進(jìn)行局部放電檢測(cè)與定位。示波器的型號(hào)為DS09404A，DMS特高頻局放儀型號(hào)為PM05.001。為保證定位精度，所使用的外置傳感器型號(hào)一致，同軸信號(hào)線長度一致。

圖2 手持式局放儀測(cè)得的信號(hào)譜圖

圖3 現(xiàn)場特高頻傳感器布置與定位

現(xiàn)場檢測(cè)背景信號(hào)及3處測(cè)試點(diǎn)的便攜式局部放電檢測(cè)儀的PRPS和PRPD譜圖如圖4所示。可見，信號(hào)幅值在測(cè)試點(diǎn)2處最強(qiáng)，測(cè)試點(diǎn)3處最弱，因此初步判定信號(hào)源應(yīng)在測(cè)試點(diǎn)2附近；同時(shí)譜圖呈正負(fù)半波半弧形譜圖，對(duì)比典型缺陷的PRPS和PRPD譜圖如圖5所示，可知該缺陷為典型的絕緣類缺陷。

2.2 頻譜分析

為分析信號(hào)源的頻譜特性，以便判斷信號(hào)源是否具有局部放電典型放電頻譜特征。采用Matlab對(duì)測(cè)試點(diǎn)2處的波形數(shù)據(jù)進(jìn)行了頻譜分析，結(jié)果如圖6所示，信號(hào)源呈寬頻特征，頻譜主要分布在1～1.5 GHz附近，符合局部放電典型放電頻譜特征。

圖5 典型絕緣缺陷譜圖

圖6 示波器測(cè)得信號(hào)經(jīng)FFT后的信號(hào)頻譜

2.3 局部放電定位

確定GIS內(nèi)部存在局部放電缺陷后，采用三通道的方法來對(duì)缺陷進(jìn)行定位。測(cè)試點(diǎn)1，2，3的定位結(jié)果如圖7所示。從幅值上可知，測(cè)試點(diǎn)2處的幅值最大，峰峰值約為200 mV。

圖7 測(cè)試點(diǎn)1，2，3的定位

對(duì)測(cè)得的10組1，2和3測(cè)試點(diǎn)處的特高頻信號(hào)波形分別讀取時(shí)間差，計(jì)算其平均值，然后利用時(shí)間差平均值進(jìn)行定位計(jì)算。從表1中，可以看出測(cè)試點(diǎn)2特高頻信號(hào)領(lǐng)先于測(cè)試點(diǎn)1約3 ns，測(cè)試點(diǎn)2領(lǐng)先于測(cè)試點(diǎn)3約14 ns。忽略合閘電阻氣室的稍不對(duì)稱性，通過測(cè)試點(diǎn)1和3的時(shí)差計(jì)算可知，信號(hào)源應(yīng)位于離測(cè)試點(diǎn)2中心距0.2 m處，該位置為合閘電阻氣室盆式絕緣子中心位置左右。結(jié)合譜圖和時(shí)差分析可知，局部放電源位于該合閘電阻氣室的盆式絕緣子處，可能是氣隙缺陷或沿面雜質(zhì)引起的。

表1 特高頻信號(hào)時(shí)間差平均值

2.4 在線監(jiān)測(cè)

現(xiàn)場查看1 100 kV GIS局部放電在線監(jiān)測(cè)裝置，發(fā)現(xiàn)安裝在T0232C相電流互感器氣室的內(nèi)置G07-C相傳感器有局部放電信號(hào)，其PRPS和PRPD譜圖如圖8所示。可見在線監(jiān)測(cè)譜圖與現(xiàn)場所檢測(cè)的譜圖基本一致，呈絕緣類缺陷。

圖8 在線監(jiān)測(cè)譜圖

3 結(jié)語

在系統(tǒng)研究總結(jié)GIS特高頻局部放電檢測(cè)原理和技術(shù)優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，針對(duì)一起1 100 kV GIS帶電檢測(cè)案例，結(jié)合便攜式局放測(cè)試儀對(duì)GIS進(jìn)行綜合判斷，確認(rèn)了1 100 kV GIS T023 C相合閘電阻氣室存在絕緣缺陷并進(jìn)行精確定位。查看1 100 kV GIS局放在線監(jiān)測(cè)裝置，模式識(shí)別技術(shù)的結(jié)果與現(xiàn)場判斷一致，驗(yàn)證了現(xiàn)場帶電檢測(cè)的準(zhǔn)確性。

特高頻局放檢測(cè)因其抗干擾能力強(qiáng)、檢測(cè)靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，可用于GIS局部放電類缺陷的檢測(cè)、定位和故障類型識(shí)別，為避免設(shè)備的盲目維修提供了決策依據(jù)，能夠提高GIS設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)水平，確保設(shè)備安全和提高供電可靠性。

[1]廖天明，鄭傳寶，陸如，等．應(yīng)用特高頻檢測(cè)方法處理GIS局部放電故障[J]．華東電力，2011（4）∶652-654．

[2]李曉峰，劉振，龐先海，等．特高頻局部放電檢測(cè)技術(shù)在GIS設(shè)備上的典型應(yīng)用[J]．高壓電器，2013（7）∶100-103．

[3]陳賢熙，王俊波，余紅波，等．移動(dòng)式特高頻在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在GIS局部放電檢測(cè)中的應(yīng)用[J]．高壓電器，2015，（5）∶157-161．

[4]劉君華，姚明，黃成軍，等．采用聲電聯(lián)合法的GIS局部放電定位試驗(yàn)研究[J]．高電壓技術(shù)，2009（10）∶2458-2463．

[5]王文浩，胡錫幸，酈于杰，等．基于特高頻法的1 100 kV GIS局部放電故障定位研究[J]．浙江電力，2015，34（4）∶11-14．

[6]王偉平，何炳鋒．基于特高頻法GIS局部放電在線檢測(cè)技術(shù)的分析與應(yīng)用[J]．高壓電器，2015（4）∶183-187．

[7]覃劍，王昌長，邵偉民．特高頻在電力設(shè)備局部放電在線監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[J]．電網(wǎng)技術(shù)，1997（6）∶33-36．

[8]高文勝，丁登偉，劉衛(wèi)東，等．采用特高頻檢測(cè)技術(shù)的局部放電源定位方法[J]．高電壓技術(shù)，2009（11）∶2680-2684．

[9]丁登偉，高文勝，劉衛(wèi)東．采用特高頻法的GIS典型缺陷特性分析[J]．高電壓技術(shù)，2011（3）∶706-710．

（本文編輯：徐 晗）

Application of UHF Method on Partial Discharge Detection in GIS

YANG Yong1，WANG Hongxue2，WU Xuyang3，WANG Shaoan1，ZHANG Jing4（1.State Grid Zhejiang Electric Power Research Institute，Hangzhou 310014，China 2.State Grid Ningbo Power Supply Company，Ningbo Zhejiang 315000，China 3.State Grid Jinhua Power Supply Company，Jinhua Zhejiang 321017，China 4.State Grid Zhejiang Training Center，Hangzhou 310018，China）

According to a live detection of 1 100 kV GIS，this paper describes the principles and technical advantages of UHF-based GIS partial discharge detection method；in addition，it analyzes the spectrogram information of portable PD analyzer to preliminarily judge the defect type.At last，the discharge source is pre cisely located by means of time difference location method.The result of pattern recognition techniques of 1 100 kV GIS partial discharge on-line monitoring system is consistent with the field test，which verifies the accuracy of the on-site live detection.Practice shows that UHF partial discharge detection technique can recognize partial discharge due to GIS defects，and timely discover and prevent GIS insulation faults to ensure the operation security and stability of GIS.

UHF；GIS；partial discharge；live detection

TM835.4

B

1007-1881（2016）10-0032-04

2016-04-22

楊 勇（1988），男，工程師，從事高壓試驗(yàn)工作。