基于EC4000的局部放電測量

周俊+戴湘

【摘 要】基于特高頻法的EC4000局部放電檢測系統，常用于GIL SF6氣體絕緣金屬封閉高壓輸電線路的局部放電測量，對預防GIL設備故障，發現潛在絕緣薄弱部位，提高運行可靠性具有重要意義。本文對EC4000進行原理介紹和結構說明，以供人員參考學習。

【關鍵詞】EC4000；局部放電；特高頻；GIL

0 引言

GIL（High-votage，gas insulated transmission lines GB標準）全稱：SF6氣體絕緣金屬封閉高壓輸電線路，由殼體、導體、接觸子組件、盆式絕緣子、O型環等部件組成，內充高壓SF6氣體做為其絕緣介質。GIL相比于架空及電纜線路，節能效果好，無電磁干擾，輻射低，不影響無線通訊，防護性能好，防火性能優良，與周圍環境友好相處，在某些特定使用環境和條件下，更具有技術和經濟的優越性。因而在變電站、核電站、發電廠等領域都得到了廣泛的應用。

隨著GIL設備在各領域的應用日漸廣泛，GIL設備的運行安全問題也顯得越來越重要，進行GIL局部放電監測與評估工作對于保證設備安全運行具有十分重要的意義。EC4000作為一種測量GIL局部放電的軟件系統，通過局部放電測量，可及時發現GIL的問題并安排設備檢修，避免出現故障，造成損失。

1 特高頻法（UHF法）介紹

12GIL的絕緣強度和擊穿場強都很高，當局部放電在很小范圍內發生時，擊穿過程很快，將產生很陡的脈沖電流，其放電脈沖上升時間和持續時間都極短僅為幾個ns，其相對應的頻域十分寬廣，該脈沖信號在GIL內部傳播時會引起電諧振，激發出頻率高達300MHz ∽ 3GHz的電磁波。電磁波傳播時，不僅以橫向電磁波（TEM）形式傳播，而且還會建立高次橫向電波（TE）和橫向磁波（TM）。TEM為非色散波，可以以任何頻率在GIL張傳播，但衰減率與頻率成反比，頻率越高衰減越快。TE和TM則不同，它們具有各自的截止頻率fc，只有當信號頻率f高于截止頻率fc（f>fc）時才能傳播。GIL的內部結構為同軸諧振腔，使得特高頻電磁波信號在傳播中衰減較小，因此可用特高頻傳感器對電磁波信號進行接收。GIL上有很多盆式絕緣子置于法蘭之間，使得連接法蘭之間有幾厘米的絕緣縫隙，這讓電磁波信號可通過盆式絕緣子絕緣中隙輻射散出，特高頻法通過測量此高頻電磁波信號（>300MHz）達到對局部放電進行檢測的目的。GIL盆式絕緣子一般為環氧樹脂材料，電磁波信號在其中傳播時衰減很小，這也保證了高頻電磁波信號的精度。由于GIL外殼具有良好屏蔽作用，外部干擾信號很難進入GIL內部，現場電暈干擾主要集中在300MHz以下頻段，因此特高頻法的顯著優點為抗外界干擾能力強。特高頻法可帶電測量，不用改變GIL的運行方式，并能實現在線連續監測。缺點是無法給出局部放電的放電量大小。

2 基于EC4000的局部放電測量

2.1 GIL局部放電形式

GIL中局部放電的形式主要分為四種：

1）尖端電極（Protrusion Electrode），由于生產時的誤操作導致樹突狀的導電粒子保留在導體和外殼內表面上形成的一種電暈放電；

2）懸浮電極（Floating Electrode），GIL的金屬連接處發生了松動；

3）絕緣缺陷（Defective Insulator），絕緣件在生產或組裝過程中形成的一種比較常見的放電類型；

4）自由顆粒（Free Moving Particle），大量粉塵或金屬粒子被保留在氣室內部形成的一種放電。

2.2 EC4000 GIL局部放電檢測系統測量原理

EC4000 GIL局部放電檢測系統采用的局部放電檢測方法屬于特高頻法，其測量原理為在GIL腔體內安裝特高頻內置傳感器，當GIL因某種缺陷發生局部放電時，產生很陡的脈沖電流，其上升時間小于1ns，并激發特高頻電磁波，特高頻電磁波信號經輻射、傳播、反射、衰減，被特高頻內置傳感器檢測到，經同軸電纜傳輸，將信號送至RTU數據處理單元，此時噪聲傳感器也檢測環境信號，一并送至RTU，所有信號經計算后傳至后臺PDMS分析軟件，通過診斷系統進行診斷分析，因不同類型絕緣缺陷的局部放電所產生的特高頻信號具有不同頻譜特征，因此可實現對局部放電類型的識別，實現絕緣缺陷類型診斷。

2.3 EC4000 GIL局部放電檢測系統結構說明

EC4000 GIL局部放電檢測系統主要由特高頻內置式傳感器、噪音傳感器、同軸電纜、便攜式數據采集單元、區域網絡電纜、PDM軟件等組成。

1）特高頻內置式傳感器：局部放電引起的特高頻電磁波接收始端，在GIL生產制造時預先安裝于GIL腔體內，靈敏度高，抗外界干擾能力強，能接收300∽2000MHz特高頻頻段信號，傳感器的信號連接線是一個衰減較少的N型連接器，通過同軸電纜連接至便攜式數據采集單元，GIL安裝時，采用統一類型的傳感器，以減少不同傳感器造成的靈敏度差異。

2）噪音傳感器：用于檢測GIL外部環境干擾信號，一般安置于GIL上方，噪音傳感器接收的信號通過同軸電纜接入便攜式數據采集單元，參與算法處理，以分析環境因素對局部放電產生的影響，在最終診斷圖譜中，以噪音干擾百分比顯示。

3）同軸電纜：用于特高頻內置式傳感器及噪音傳感器與便攜式數據采集單元之間信號傳輸用，具有輻射損耗小，受外界干擾影響小等優點。

4）便攜式數據采集單元（RTU）：通過硬件濾波電路，混頻放大，高速采樣及小波閾值濾波等多種抗干擾技術，提取傳感器傳輸的有效局部放電信號，經過PRPS和PRPD算法處理后通過TCP/IP上傳至PDM處理單元。

5）區域網絡電纜：遵循TCP/IP協議，將便攜式數據采集單元計算處理后的局部放電信號傳至后臺PDM軟件。

6）PDM軟件：EC4000 GIL局部放電檢測系統的中央處理單元，由Engine和Client兩部分組成，Engine主要控制數據的接入和系統的運行，Client主要用于客戶端的接入及顯示。

PDM軟件功能包括：①用戶登錄；②主圖功能：GIL布置圖、傳感器位置及報警信息；③配置功能：設備配置、通道配置、用戶配置、報警配置合實時配置；④通訊功能：每個RTU的通訊狀態和每個通道的通訊狀態；⑤實時功能：給每個通道配備有實時顯示窗口，提供二維/三維圖及神經網絡分析；⑥周期功能：回放已保存的周期數據，提供二維/三維展示；⑦事件功能：提供最后一次事件顯示窗口，包含背景降噪、干擾屏蔽、數據保存設置等信息，分析和診斷保存的事件數據；⑧趨勢功能：保存的趨勢數據窗口，按設定時間（如日、月、年）保存；⑨程序庫功能：典型局部放電圖文說明；⑩報告功能：以小時、日、周、月等為單位出具檢測報告。

3 結論

本文著重介紹了基于特高頻法開發的EC4000 GIL局部放電檢測系統，測量GIL局部放電對預防GIL設備故障，發現潛在絕緣薄弱部位，提高運行可靠性具有重要意義。

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[責任編輯：田吉捷]