多手段定位技術在GIS局部放電帶電檢測中的應用

段肖力，呂玉宏，葉會生，謝耀恒，吳水鋒

(1.國網湖南省電力公司電力科學研究院，湖南長沙410007；2.國網湖南省電力公司，湖南長沙410007)

多手段定位技術在GIS局部放電帶電檢測中的應用

段肖力1，呂玉宏2，葉會生1，謝耀恒1，吳水鋒1

(1.國網湖南省電力公司電力科學研究院，湖南長沙410007；2.國網湖南省電力公司，湖南長沙410007)

介紹氣體絕緣金屬封閉開關設備局部放電帶電檢測中常用的定位技術。通過一起330 kV GIS內部尖端放電缺陷的典型案例，表明聯合應用多種定位技術，可以提高局部放電源的定位準確度和精度。

局部放電；帶電檢測；超聲波；特高頻；定位

氣體絕緣金屬封閉開關設備(GIS)具有占地面積小、運行可靠性高、檢修維護成本低、受環境影響小等優點，在電力系統得到了廣泛的應用〔1〕。但是GIS設備內部結構復雜、絕緣場強大、對制造能力要求高，隨著電力系統GIS裝用量的迅速提升，GIS設備故障頻發，造成變電站全部停電或部分停電、電量損失、增加檢修成本、影響電網供電可靠性，給電網安全運行造成很大的威脅。

雖然通過GIS設備停電試驗能夠發現部分缺陷，但停電試驗電壓較低，不能夠反應設備運行狀態下的真實狀況；并且高壓設備的絕緣劣化是一個累積和發展的過程，停電試驗無法及時發現該類潛伏性缺陷〔2〕。據統計，GIS設備的各類缺陷中，絕緣缺陷占有很大比例，GIS設備內部的缺陷，極易發展為設備故障〔3〕。當GIS設備內部絕緣出現問題后，最先開始的是產生局部放電〔4〕，因此局部放電是反應GIS設備運行狀態的重要參數之一〔56〕。

GIS設備帶電檢測能夠在不停電的情況下，及早發現設備內部局部放電及其它缺陷信號，檢測出GIS內部缺陷信息及其嚴重程度，實現缺陷的定位，對故障提出預警，從而可以實現有計劃的檢修，減少設備損壞和事故發生。因此開展GIS局部放電帶電檢測具有十分重要的意義〔7-8〕。目前，應用于GIS局部放電帶電檢測中較為成熟的技術有超聲波(AE)局部放電檢測技術及特高頻(UHF)局部放電檢測技術。

1 GIS局部放電帶電檢測定位技術

當檢測到GIS內部存在局部放電信號后，需要對局部放電源進行定位，為判斷缺陷嚴重程度提供指導，以做出準確的檢修決策。GIS內部局部放電源定位根據檢測方法，主要分為幅值定位和時差定位。

1.1 幅值定位技術

采用單傳感器測量GIS多個測點的超聲波信號或特高頻信號，根據幅值分布情況，可以大致將局部放電源定位于放電幅值最大的測點附近。幅值定位主要包括特高頻幅值定位法、超聲波幅值定位法。超聲波幅值定位精度比特高頻法的精度高，特高頻電磁波在GIS中傳播時衰減較小，在較大范圍內檢測到的特高頻信號幅值無明顯變化，而超聲波在GIS中傳播時衰減很大，信號幅值隨放電源距離迅速減小。

1.2 時差定位技術

時差定位法是根據不同信號在介質中傳播的時延規律來進行定位的。根據基準信號的不同，時差定位法又可以分為電電聯合定位法(基于特高頻時域信號)、聲聲聯合定位法(基于超聲波時域信號)及聲電聯合定位法(基于特高頻和超聲波時域信號)，現場實際應用中根據能否檢測到聲或電信號使用一種或多種定位方式。

2 檢測應用實例分析

在對某330 kV GIS型號為ZF8-363的進行帶電局部放電檢測時，應用超聲波局部放電檢測儀在母線C相314322H368盆子附近氣室檢測到異常超聲波信號，如圖1所示，借助檢測儀器耳機能聽到異?！八凰弧甭暋?/p>

圖1 現場測試測點布置

2.1 缺陷類型分析

檢測到的超聲波信號圖譜如圖2所示。根據圖2(a)連續圖譜和圖2(b)相位圖譜可以看出，50Hz相關性明顯，超聲波信號在一個工頻周期內只有1個聚集，具有尖端放電特征，可以初步判斷該缺陷由內部尖端放電引起。

應用特高頻局部放電帶電檢測，測試到的特高頻信號檢測信號如圖3所示，背景干擾及正常相未檢測到異常信號。根據圖3中PRPS和PRPD圖譜，一個工頻周期內只有1簇放電信號，具有尖端放電特征，因此可以判斷該缺陷由內部尖端放電引起，與超聲波局部放電檢測所判斷的缺陷類型一致。

圖2 超聲波局部放電檢測圖譜

圖3 特高頻PRPD和PRPS圖譜

2.2 放電源定位

2.2.1 超聲波幅值定位

對分支母線有異常信號氣室及相鄰氣室進行多點反復測試，檢測位置示意如圖1所示，檢測結果如表1、圖4所示。將超聲波檢測儀器從100 kHz調整到50 kHz，檢測數據無明顯變化。

表1 超聲法連續模式檢測數據mV

根據表1結果繪制的超聲峰值分布圖如圖4所示。

圖4 超聲峰值分布圖

綜合分析超聲波幅值定位數據，超聲波信號最大點位于測點1，且在測點1—5均能檢測到明顯的異常信號，改變測試頻率后，測試數據無明顯變化，說明放電源位于測點1對應的中心導體上。

2.2.2 聲電聯合定位

采用1個特高頻傳感器和2個超聲傳感器(特高頻傳感器放置在圖1中1號盆子澆注開口處，2個超聲傳感器分別放置在圖1中測點1和測點4)進行聲電聯合定位，借助示波器檢測到的時域信號波形如圖5所示(其中，通道1-測點1超聲信號，通道2-特高頻信號，通道3-測點4超聲信號)。

圖5 展開后的時域波形

從圖5可以看出，通道1的超聲信號上升沿比較陡，與特高頻信號時延差Δt約為1 200 μs，其接收到的超聲信號應為從放電源直接通過SF6介質傳播過來的，超聲波在SF6介質中傳播速度C約為140 m/s，考慮到特高頻信號傳播速度很快(光速)，可認為Δt等于放電源到1號測點超聲傳感器的超聲波傳播時間，兩者相距約為L＝Δt×C＝16.8 cm。

2.2.3 聲聲聯合定位

采用2個超聲傳感器(2個超聲傳感器放置在超聲信號最大的1號測點徑向對稱兩側)進行聲聲聯合定位，定位結果如圖6所示(其中，通道1對應1號傳感器，通道3對應2號傳感器)。

圖6 聲-聲定位時域波形圖

從圖6可以看出，2路超聲信號幾乎同時到達，說明放電源位于兩個傳感器中垂面上。

2.2.4 定位結果分析

現場通過測量分支母線周長約為126 cm，半徑即為20 cm，又分支母線載流導體半徑為5 cm，則導體外表面到GIS外殼內表面距離為15 cm。根據表1測量結果，超聲信號在較大范圍內均能檢測到；結合聲-電和聲-聲定位結果，放電源位于測點1對應位置的GIS導體處，現場測量到測點1距1號絕緣盆子約為16 cm，如圖7所示。

圖7 放電源位置現場測量圖

綜合分析根據定位結果，可以初步判斷缺陷可能在分支母線C相內部對應的中心導體或屏蔽罩處。

2.3 缺陷原因分析

母線內部結構示意圖如圖8所示。根據圖8，缺陷可能在圖中紅色框標記的屏蔽罩或中心導體上?？梢耘袛嘣摲种妇€內部存在尖端放電的原因為屏蔽罩或中心導體上有毛刺，造成局部電場畸變，在電壓作用下導致局部放電。

圖8 分支母線內部結構示意圖

2.4 解體驗證情況

對局部放電帶電檢測存在異常信號的母線C相氣室進行解體檢查。在氣室下部發現一黑色異物，異物位置與局部放電帶電檢測定位結果軸向位置一致(與盆式絕緣子中心距160 mm)，位置示意圖如圖9所示，異物大小約2 mm×3 mm。異物來源為設備安裝時工藝控制不良造成異物吸附在盆式絕緣子與屏蔽罩連接處。現場對缺陷氣室進行了清潔處理，對盆式絕緣子開展了局部放電試驗和X射線探傷檢測，經檢測兩項試驗結果均合格，表明異常局放信號來自于GIS解體過程中所發現的疑似放電源，而與盆式絕緣子無關。分支母線復電后帶電檢測結果正常，未發現局部放電信號。

圖9 位置示意圖

3 結論及建議

本次缺陷的原因為設備安裝時工藝控制不良造成異物吸附在盆式絕緣子與屏蔽罩連接處，造成局部電場畸變，引起尖端放電。

本次帶電檢測結果及解體情況說明，通過局部放電帶電檢測能夠有效發現GIS設備內部此類微小的局部突起產生的異常放電信號。

GIS設備安裝過程中應嚴格控制安裝工藝，防止粉塵及異物侵入GIS本體內部。

〔1〕朱毅，吳建軍，劉旭，等.GIS設備超聲波局部放電帶電測試方法及故障分析〔J〕.東北電力技術，2015，36(1):33-36.〔2〕王璐，王鵬.電氣設備在線監測與狀態檢修技術〔J〕.現代電力，2002，19(5):40-45.

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〔5〕張仁豫，陳昌漁，王昌長.高電壓試驗技術〔M〕.北京:清華大學出版社，2009.

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Application of multi-means location technology on GIS partial discharge on-line detection

DUAN Xiaoli1，LYU Yuhong2，YE Huisheng1，XIE Yaoheng1，WU Shuifeng1
(1.State Grid Hunan Electric Power Corporation Research Institute，Changsha 410007，China；2.State Grid Hunan Electric Power Corporation，Changsha 410007，China)

The paper introduces common techniques of gas insulated switchgear(GIS)partial discharge on-line detection.A typical case of 330 kV GIS inner point discharge indicates that combined application of multi-means location technology can improve the accuracy and precision of point discharge source locating.

partial discharge(PD)；on-line detection；acoustic emission(AE)；ultra high frequency(UHF)；location

TM855.1

B

1008-0198(2016)02-0043-03

10.3969/j.issn.1008-0198.2016.02.010

2016-02-25