基于聲電聯合法的GIS局部放電檢測分析

趙廷志，陳仁剛，馮新巖，王鳳超

（國網山東省電力公司檢修公司，濟南250021）

基于聲電聯合法的GIS局部放電檢測分析

趙廷志，陳仁剛，馮新巖，王鳳超

（國網山東省電力公司檢修公司，濟南250021）

聲電聯合檢測法是GIS局部放電檢測的重要手段。采用特高頻法、超聲波法以及聲電聯合定位法準確判斷一起隔離開關懸浮放電的故障，解體檢查后驗證了檢測結果。給出了聲電聯合定位的基本方法，能夠有效地定位放電源。同時，發現隔離開關絕緣拉桿結構件加工尺寸誤差過大、接觸不良都會造成懸浮放電。

聲電聯合法；懸浮放電；接觸不良

0 引言

氣體絕緣金屬封閉開關設備（gas insulated switchgear，GIS）由于占地面積少、受外界環境影響小、運行安全可靠等優點，一直廣泛應用于高壓輸變電領域［1］。GIS內部元件的精準制造與標準裝配是GIS安全穩定運行的前提。加工工藝、裝配技術以及安裝環境不滿足要求時，會在GIS內部留下隱患，如金屬微粒、尖端和絕緣氣隙等。部分微小缺陷放電能量較小、比較隱蔽，在GIS耐壓試驗過程中不足以直接引起絕緣擊穿，不易檢測和發現；但隨著GIS的長期運行，這些微小的缺陷會逐漸發展，放電通道變長、放電能量劇增，導致GIS絕緣下降，并最終造成GIS絕緣擊穿［2-4］。對正常運行中的GIS開展局部放電監測是發現GIS絕緣隱患、保障電力系統穩定運行的重要手段。

超聲波局放檢測法是目前GIS局部放電檢測應用最成熟的聲學檢測法。超聲波檢測法接收局放源發出的超聲波信號，受外界噪聲的影響小，抗干擾能力強。超聲波檢測法可以對放電源進行精確定位，但由于超聲波信號在固體盆式絕緣子內部傳播時衰減較大，超聲波檢測法對于絕緣子內部以及表面放電靈敏度不夠。脈沖電流法和特高頻測試法是局部放電的電氣檢測法［6］。脈沖電流法是目前國際上唯一有標準的局部放電檢測方法，但脈沖電流法并不適于GIS的現場局放檢測［5］。特高頻檢測法通過檢測局部放電過程中所產生的電磁波信號（300～3 000 MHz），實現局部放電的檢測和定位，具有很強的抗干擾性能［7-8］。特高頻法是接收局放源的電磁信號，因此對于GIS罐體中的自由金屬顆粒缺陷不靈敏。

GIS局部放電的聲電聯合測試法是特高頻測試法與超聲波測試法的結合。在特高頻法、超聲波普測過程中，如若發現異常信號，兩種方法可互相驗證且通過聲電聯合實現精確定位。在放電源定位后，對相應GIS氣室SF6氣體組成進行檢測分析，是對GIS局部放電源的輔助診斷驗證方法。上述3種方式相結

合的檢測模式是一種非常有效的GIS局放檢測模式。

1 現場設備異常狀況

試驗人員在某500 kV變電站帶電檢測過程中發現某220 kV出線隔離開關A相氣室超聲波檢測信號異常。使用AIA超聲波局放檢測儀測量，A相氣室某點的連續檢測模式下，信號峰值為304 mV，信號的頻率成分相關性中100 Hz頻率成分明顯大于50 Hz頻率成分。該隔離開關B相以及C相超聲波信號無異常，信號峰值為0.6 mV，頻率成分相關性為0，近似背景噪聲信號。

2 現場檢測與分析

2.1 現場檢測

特高頻局部放電檢測。為了進一步確認A相隔離開關的異常放電信號，采用特高頻T90局放檢測儀在A相隔離開關氣室的兩端盆式絕緣子上測量。在PRPD圖譜中放電信號在正負半周均出現，呈現出比較明顯的對稱兩簇信號；在PRPS圖譜中，信號峰值最大可達到61 dB，遠遠超過該處的背景值，且信號脈沖出現的較少。

SF6氣體組分檢測。采用SF6氣體組分測試儀對隔離開關氣室氣體進行分析，檢測結果為A相隔離開關氣室氣體中SO2體積分數為0.2 μL／L、H2S體積分數為0.3 μL／L。又分別測量了A相隔離開關相鄰氣室以及B相、C相隔離開關氣室的氣體組分，SO2和H2S氣體體積分數均為0。

對檢查結果進行分析，發現超聲波信號圖譜中，信號峰值遠遠超過背景值，100 Hz成分相關性較強；特高頻圖譜中信號峰值大，放電信號在正負半周均出現，呈現出比較明顯的對稱兩簇信號，放電信號脈沖少。結合兩種檢測方式可知：該處異常信號具有典型的懸浮放電特征，且放電信號幅值較高、危害較大。SF6氣體組分檢測，氣室中含有微量的SO2、H2S，根據研究，這兩種氣體是氣體間隙放電的特征氣體。

2.2聲電聯合定位

聲電聯合定位法需要1路特高頻信號和2路超聲波信號。以特高頻信號出現的時刻為起始點，沿GIS罐體軸向方向移動兩個超聲波傳感器，當兩個超聲波傳感器的信號與特高頻信號之間的時間差相同時，則局放點在兩個超聲波傳感器的垂直平分面上。如圖1所示，A、B兩點為超聲波傳感器的位置，A、B兩點連線的垂直平分面與GIS罐體的截面為S1，局放源在面S1上。沿著截面S1的邊線放置兩個超聲波傳感器，尋找到C、D兩點使得兩個超聲信號與特高頻信號時間差相等，則放電點位于C、D連線的中垂線E、F上。在E、F兩點放置超聲波傳感器再次測量即可精確定位放電源的位置。

圖1定位原理

圖2為A相隔離開關局放點定位測試布置圖。定位時將特高頻傳感器放置在特高頻信號幅值較高的氣室一端盆式絕緣子上，將兩個超聲波傳感器放置在隔離開關上下兩端。

圖2 A相隔離開關局放定位布置

經過反復移動超聲波傳感器，尋找兩路超聲信號與特高頻信號時間差相等的位置。首先沿隔離開關導體筒方向移動2個超聲波傳感器，發現2個超聲波傳感器位于隔離開關操作桿筒體兩側時，兩路超聲信號重合，由此確定局放源所在的平面S1為2個超聲傳感器所在位置中垂面與GIS罐體的截面。截面S1主要位于A相隔離開關操作機構筒上面。在S1邊線上繼續移動超聲傳感器，進而得到E、F兩點時的波形如圖3所示。圖中黃色信號為超聲傳感器1所測得的信號，紫色信號為超聲傳感器2的信號。

超聲傳感器1信號與特高頻信號存在約100 μs的時間差，超聲傳感器2信號與特高頻信號存在約200 μs的時間差。根據定位原理，超聲傳感器1即為E點，且此時傳感器1貼近A相隔離開關頂部。根據SF6中超聲波信號傳播速度約140 m／s，放電源與超聲傳感器1之間的距離約為14 mm。2個超聲信號之間時間差近80 μs，則局放源超聲信號傳遞到2個超聲傳感器的路程差約為12 mm，考慮到機構筒的實際尺寸，局放源應位于隔離開關氣室上部隔離開關傳動機構附近。

圖3 聲電聯合檢測波形

2.3 解體檢查

停電后，檢修人員對A相隔離開關氣室進行解體，解體后發現隔離開關傳動桿凹槽中有大量粉末，如圖4中紅色框所示。在長期運行或者操作隔離開關過程中金屬粉末有可能散落到隔離開關部件表面或殼體底部，極易造成導電桿對GIS外殼閃絡擊穿等絕緣故障。

圖4 解體后的A相隔離開關氣室

3 故障原因分析

隔離開關絕緣操作桿處的裝配結構如圖5所示。從圖中可以看出，絕緣拉桿通過前端鋁合金接頭卡槽與齒輪軸頂端扁口位置裝配到一起，通過齒輪軸帶動絕緣拉桿轉動進行分合閘操作。絕緣拉桿鋁合金接頭外圍安裝四氟乙烯墊片、襯套。

圖5 絕緣拉桿與齒輪軸連接

根據隔離開關廠家設計圖紙上的公差要求可知，絕緣拉桿接頭卡槽處尺寸最大為12.15 mm?，F場拆解的絕緣拉桿，經過測量接頭卡槽處尺寸為12.36 mm，超出圖紙要求0.21 mm，加工誤差過大。該接頭與齒輪軸裝配后的實際效果如圖6所示。

圖6 絕緣拉桿卡槽處實際裝配

因為接頭卡槽加工過大，使齒輪軸與接頭之間最大可能產生0.41 mm的氣體間隙，鋁合金接頭與齒輪軸之間可能出現接觸不良的情況；設備運行時卡槽存在懸浮電位，在兩個元件之間發生局部放電，長時間局部放電會產生金屬粉末。

此次A相隔離開關局部放電產生的原因為：在加工隔離開關操作桿時，未達到設計圖紙要求、誤差過大，裝配后使接頭與齒輪軸兩個元件之間存在氣體間隙、接觸不良，導致懸浮電位。

4 結語

結合特高頻局放檢測技術、超聲波局放檢測技術以及聲電聯合定位等技術準確地診斷出一起隔離開關氣室懸浮放電的故障，并將放電源定位到隔離

開關氣室上部隔離開關傳動機構附近；解體隔離開關氣室后發現的放電痕跡進一步驗證了本次局放檢測的準確性。

由于絕緣拉桿結構件加工尺寸誤差過大，造成絕緣拉桿處裝配不合格，存在放電隱患。已要求廠家加強GIS元件加工過程中的管理，進一步改進該類型隔離開關絕緣欄桿處的結構設計，增加等電位連接措施。根據帶電檢測計劃重點監測同一型號隔離開關氣室，并且縮短該型號隔離開關的帶電檢測周期。

采用的特高頻法、超聲波法以及聲電聯合檢測法是GIS局放檢測的有效手段；發現異常信號后，結合多種檢測技術，綜合分析判斷。本次通過局部放電檢測工作成功避免了一起GIS內部潛在絕緣故障，保證了電網設備的安全運行。

［1］金立軍，張明銳，劉衛東．GIS局部放電故障診斷試驗研究［J］．電工技術學報，2005，20（11）：88-92．

［2］邱毓昌．GIS裝置及其絕緣技術［M］．北京：水利電力出版社，1994：34-89．

［3］劉衛東，黃瑜瓏，王劍鋒，等．GIS局部放電特高頻在線檢測和定位［J］．高壓電器，1999，35（1）：11-15．

［4］錢勇，黃成軍，江秀臣，等．GIS中局部放電在線監測現狀及發展［J］．高壓電器，2004，40（6）：453-456．

［5］趙曉輝，楊景剛，路秀麗，等．油中局部放電檢測脈沖電流法與超高頻法比較［J］．高電壓技術，2008，34（7）：1 401-1 404．

［6］楊春娟，李興旺，呂鴻．一起局部放電特高頻在線監測系統發現的GIS缺陷分析［J］．廣東電力，2013，26（4）：47-50．

［7］司文榮，李軍浩，袁鵬，等.氣體絕緣組合電器多局部放電源的檢測與識別［J］.中國電機工程學報，2009，29（16）：119-126．

［8］齊波，李成榕，駱立實，等．GIS中局部放電與氣體分解產物關系的試驗［J］.高電壓技術，2010，36（4）：957-963．

Detection Analysis of GIS Partial Discharge Based on Acoustic-electric Method

ZHAO Tingzhi，CHEN Rengang，FENG Xinyan，WANG Fengchao
（State Grid Shandong Electric Power Maintenance Company，Jinan 250021，China）

The acoustic-electric method is widely used in partial discharge（PD）detection of the gas insulation switchgear.A suspended discharge fault of the isolating switch was successfully diagnosed by using the ultrasonic method，UHF method and acoustic-electric method，and it was verified sufficiently by strip inspection.The discharge source location based on acousticelectric method which the partial discharge location could be located effectively was described.Simultaneously，it was found that both the large error of size of insulated tension pole of the isolating switch and poor contact can cause suspended discharge.

acoustic-electric method；suspended discharge；poor contact

TM595

A

1007－9904（2016）09－0035－04

2016-04-21

趙廷志（1989），男，工程師，從事電網設備狀態檢測工作。