GIS 局部放電超聲波定位方法及實踐價值研究

邱有水

摘 要：隨著國家對變電站安全性的重視力度不斷加強，氣體絕緣封閉組合電器（GIS）絕緣狀況的診斷和評估得到越來越多的關(guān)注和研究。局部放電作為診斷 GIS 設(shè)備絕緣性能的重要手段和技術(shù)，得到眾多制造廠家和運行維護企業(yè)的關(guān)注和重視。本文首先對超聲波檢測法進行簡單敘述，然后重點分析 GIS 局部放電超聲波定位技術(shù)和實踐應(yīng)用及其價值，以期為絕緣狀況的診斷和評估提供一種安全高效的方法。

關(guān)鍵詞：氣體絕緣封閉組合電器 局部放電 超聲波定位 實踐價值

1.前言

既往對于局部放電絕緣狀況的診斷常采用傳統(tǒng)的脈沖電流方法，能夠在放電量、局部放電脈沖等參數(shù)的測量和評估中提供一定的參考價值。但是傳統(tǒng)的脈動電流方法也存在明顯的不足，即抗干擾能力差，使得測量精度受到嚴重的影響[1]。因此本研究著重分析和研究 GIS 局部放電超聲波定位方法及實踐價值。

2.超聲波檢測法概述

超聲波法是目前常用的局部放電絕緣狀況檢測方法，具有抗干擾能力強、靈敏度高、操作簡單、對設(shè)備無特殊要求等優(yōu)勢，是一種理想的定位診斷方法。聲發(fā)射傳感器基于諧振原理制作，經(jīng)過放大、濾波以及檢波等處理能夠?qū)υO(shè)備絕緣狀況及嚴重程度評估提供有效的參考。超聲波檢測法基本原理如圖 1 ，可知該檢測方法能夠保證超聲波脈沖在傳播過程中的有效性和靈敏性。

3.GIS 局部放電超聲波定位技術(shù)分析

GIS 局部放電超聲波定位技術(shù)主要包括區(qū)域幅值梯度變化檢測法、頻率寬帶變化法、信號時延法等。以下是對各種 GIS 局部放電超聲波定位技術(shù)的細致分析，為其廣泛應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ)。

3.1 區(qū)域幅值梯度變化檢測法

眾所周知，電源放置的位置不同，超聲波信號產(chǎn)生后的傳播路徑也存在明顯不同，可以利用此種技術(shù)原理對缺陷位置進行判斷，并且判斷絕緣狀況障礙的嚴重程度。如果信號水平出現(xiàn)在 GIS 罐體表面的周線方向位置，則可以判定超聲波脈沖信號與傳感器檢測的位置之間存在一定的距離。

3.2 頻率寬帶變化法

頻率寬帶變化法在超聲波定位檢測中的應(yīng)用主要利用SF6氣體對于中頻和高頻信號具有較強的吸收作用，其中中高頻段的頻率一般為 50-100kHz，而全頻段的頻率一般為10-100kHz[2]。若高頻部分的幅值衰減并沒有全頻部分的明顯，則可以判定缺陷或障礙發(fā)生在中心導(dǎo)體的位置上。

3.3 信號時延法

放電源產(chǎn)生的超聲波信號傳播到不同的傳感器位置需要的時間存在明顯差別，即信號延時原理。信號延時原理的利用能夠依據(jù)不同信號傳播的速度，計算出信號源和不同傳感器之間的距離坐標。關(guān)于信號時延法在 GIS 局部放電超聲波定位中的應(yīng)用存在以下特性，即傳播特性受超聲波信號傳導(dǎo)材料、溫度、路徑、壓強以及傳播路徑等諸多因素的影響[3]。但是在絕大多數(shù)情況下，信號時延法的應(yīng)用能夠大致確定 GIS 局部放電設(shè)備絕緣障礙的范圍和嚴重程度，還可利用該技術(shù)對電源放置位置進行驗證。

4.GIS 局部放電超聲波定位技術(shù)實踐價值

由上述分析可知，各種 GIS 局部放電超聲波定位技術(shù)在絕緣狀況檢測中均有一定的作用和價值，本文將理論分析和實踐應(yīng)用相結(jié)合，以某變電站 GIS 局部放電絕緣狀況運用超聲波定位檢測技術(shù)為例，著重敘述該技術(shù)的實踐價值。

4.1 布置超聲波測試點

超聲波測試點的布置應(yīng)該遵循均勻、逐段檢測的原則，首先在沿著導(dǎo)體軸線的方向和連續(xù)、均勻布置 6 個測試點，在發(fā)現(xiàn)超聲波脈沖信號最為強大的位置處依次沿著圓周順時針方向在 3 點鐘、6 點鐘、9 點鐘和 12 點鐘位置處分別布置 4 個檢測點（檢測點的排布可不受局限，應(yīng)根據(jù)實際情況確定）。

4.2 幅值梯度改變

首先對 1-6 個檢測點的超聲波脈沖信號幅值進行統(tǒng)計，統(tǒng)計結(jié)果分別為 2.5mV、26mV、60mV、20mV、2.5mV 和 1mV。由此可知，測試點 3 的信號幅值最大，且在 50Hz 與 100Hz 頻率間顯示出明顯的相關(guān)性。此外在檢測過程中，工作人員還可以觀察到明顯的放電相位，并且根據(jù)所得的信號檢測圖譜特征可知放電相位主要集中于第三象限，因此可判斷測試點 3 屬于尖端放電。

4.3 頻率寬帶改變

對各個測試點的超聲脈沖信號頻率進行分析可以發(fā)現(xiàn)如果將測量頻率的上限值改為50kHz，則高頻信號部分與全頻信號部分的幅值并沒有明顯的差別，均在 60mV 左右浮動，也可以判斷絕緣狀況缺陷位置在殼體的測試點 3 位置。

4.4 信號時延法的實踐價值

將一個超聲波傳感器放置于測試點 3 的位置，在另一測試點處也放置超聲波傳感器，可得到雙路的超聲波信號時域波形圖，經(jīng)過分析可發(fā)現(xiàn)測試點 3 處傳感器的幅值明顯大于其余測試點，且測試點 3 處超聲波信號超前于其余測試點，考慮到超聲波信號在金屬罐體中的傳播速度約為 5000m/s，在 SF6 氣體中的傳播速度約為 140m/s，可根據(jù)時間差和速度計算傳感器與超聲波脈沖的距離，并借此判斷缺陷點的位置。

4.結(jié)束語

GIS 局部放電超聲波定位技術(shù)能夠利用不同的方式對變電站 GIS 設(shè)備絕緣性能和局部缺陷情況進行檢測和維護，在保證電網(wǎng)供電的安全性和穩(wěn)定性方面發(fā)揮了重要的作用，在 GIS 局部放電診斷和檢測中具有良好的應(yīng)用價值。

參考文獻：

[1]孫帆，馬瑞龍，梁乃峰，等. GIS 中局部放電超聲波檢測定位方法及應(yīng)用分析[J]. 電氣應(yīng)用，2015，13：180-182.

[2]李軍浩 ， 韓旭濤 ， 劉澤輝 ， 等 . 電氣設(shè)備局部放電檢測技術(shù)述評 [J]. 高電壓技術(shù)，2015，08：2583-2601.

[3]張?zhí)斐?，胡岳 ，李清， 等 . 基于虛擬儀器的 GIS 局部放電聲電聯(lián)合檢測系統(tǒng) [J]. 高壓電器，2012，11：43-49.