GIS局部放電超高頻檢測技術的應用

黃浩鋒，胡振球，梁健鋒

（廣東產品質量監督檢驗研究院，廣東 廣州 510080）

2013-06，廣東某電廠發生了GIS爆炸，給電廠造成巨大的經濟損失。為保證電力系統的安全運行并杜絕類似事故的發生，省內許多電力公司都加強對GIS絕緣狀況的試驗和監測工作，尤其是GIS局部放電帶電檢測。

1 開展局部放電試驗的必要性分析

局部放電一般是由于絕緣體內部或絕緣表面局部電場特別集中而引起的。而局部場強過高會導致絕緣介質中局部放電或擊穿，這是造成絕緣劣化的主要原因，也是劣化的重要征兆和表現形式，與絕緣材料的劣化和擊穿密切相關[1]。因此，局部放電測量有助于探測現場試驗期間的某類故障，也有助于確定經過一段時間運行后設備是否需要維護[2]。

局部放電測試以局部放電所產生的電信號作為需要采集的信號源，并通過數學換算把采集到的信號源進行量化，用可描述的物理量來表示局部放電信號的類型、大小、種類等。通過參考對比局部放電的信號數據庫，我們就可以初步判定產生局部放電的原因、類型。根據局部放電的過程中可能會產生的超聲波、電脈沖、電磁輻射、光以及化學生成物，通過合適的傳感器對這些物理電磁信號和氣體進行采樣，局部放電檢測方法也相應地衍生出脈沖電流法、超聲波法、超高頻（UHF）法等。

脈沖電流檢測法具有較高的靈敏度，但很容易受其他信號的干擾，故此法一般只在實驗室應用。超聲波局部放電檢測法技術相對比較成熟，而聲音信號在真空中的傳輸速度較慢，大約140 m/s，且超聲波中的頻率較高部分衰減較快，聲波信號在不同的介質中傳播的速率不一樣，在不同介質的邊界會發生折射和衍射，如果發生的局部放電較為復雜，那么超聲波耦合器采集到的聲波信號模式就變得相當復雜。此外，超聲波傳感器監測有效范圍較小，對大型設備需要裝設很多傳感器，現場應用很不方便。超高頻檢測方法將測試傳感器放置在盆式絕緣子處，在UHF頻段（300 MHz以上）接收及耦合GIS內部信號，既能避開一般的電磁干擾，又能準確測量GIS內部的放電信號，因此該方法在現場得到廣泛的應用。

2 應用實例分析

實例1：2012-03，我公司對廣東中山某電廠3號主變開關間隔進行局部放電試驗，設備為PM05特高頻局放檢測系統，在A，C兩相斷路器主變側CT盆式絕緣子處發現明顯的局部放電信號且幅值較大，局部放電信號如圖1所示。

圖1 局部放電相位圖

檢波輸出曲線的脈沖密集且間隔不等，局部放電發生在很寬的相位區間內，主要在電壓過零點前后，故障的放電量較小，但超高頻探頭可以測到相當可觀的放電信號。檢波輸出曲線脈沖波形規則，脈沖的幅值參差不齊；工頻正、負半周的上升沿和下降沿都有放電脈沖，幅值參差不齊；放電量隨著電壓的升高和作用時間的增長而變大。對比局部放電典型波形，并結合以往的測試經驗，此類局部放電很可能是浮動電極放電，建議電廠相關人員對SF6氣體分解物進行測試。

如果氣體分解物測試發現異常，應立即進行解體處理；如果氣體分解物測試未發現異常，應縮短局部放電帶電測試周期進行密切跟蹤測量。后經跟蹤試驗發現，此處的局部放電信號依然存在，且局部放電信號幅值有增長趨勢，電廠方拆解絕緣子后發現此處有金屬粉末。清潔干凈后，再進行局部放電測試，局部放電信號消失。

實例2：2015-03，我公司對深圳某400 kV變電站主變間隔GIS耐壓局部放電進行試驗，在耐壓過程中對GIS局部放電進行測試。但試驗過程中，當試驗電壓升至1.1 UN時，在A相16#絕緣盆處發現局部放電信號，其后在不同位置進行檢測，并對結果進行對比分析，初步判斷不同位置檢測到的信號應為同屬一處的局部放電信號，故判斷16#絕緣盆存在局部放電信號。不日，通過與相關部門協調對GIS進行微水檢測，發現16#絕緣盆所在氣室的微水超標。解體16#絕緣盆子發現，絕緣盆有閃絡現象。

將傳感器放置在不同距離時耦合得到的脈沖電壓信號如圖2所示。距電纜終端不同距離耦合的脈沖電壓信號隨其距離的增長而減小，這樣就可以判斷局部放電信號源的位置。

圖2 局部放電系統不同距離的耦合信號

事后調查發現，GIS到貨后沒有采取妥善的密封干燥措施，導致空氣中的水汽滲到GIS盆腔內，影響了GIS內部絕緣性能，進而發生局部放電和閃絡。后經干燥處理，耐壓通過，局放信號消失。

實例3：2010-09，在某110 kV GIS線路上檢測到局部放電信號，為向該GIS線路的運行管理和質量維護提供有效的技術數據，需確定局放檢測結果的可靠性并進行局部放電信號源定位。2010-10，對上述GIS線路進行了局部放電帶電復測及定位測試，通過采用超高頻傳感器分別在4個盤式絕緣子法蘭上檢測到的PD信號相互間的時間差，確定信號源的大致位置。將檢測到的信號圖譜與GIS局部放電類型數據庫中的圖譜進行對比發現，本次超高頻傳感器檢測到的信號圖譜類型與懸浮電位電極或毛刺信號圖譜一樣，即該PD信號屬于懸浮電位電極或毛刺放電——單極放電。

2010-10，對該站GIS電纜終端進行局放測試（復測）并定位確認存在3個PD信號源。該局放信號密度較高，幅值較大，已達100 pC，具有一定的危險性，近期應采取相應的措施進行應對跟蹤。比如，間隔一個月采用不同的方法手段進行測試確認，或者安裝一套長期在線監測系統對其進行實時監測監視，如果在線監測系統監測到或經采用不同的方法手段測試而發現PD信號有增長趨勢，就應該盡快對該設備進行停電更換。

3 結束語

GIS及其電纜終端局部放電信號的檢測可通過波形脈沖時域特征、頻域特征、相位特征、局部放電起始熄滅電壓等方面進行綜合分析判斷。局部放電的產生原因一般包括內部裂紋、懸浮的金屬顆粒、尖角毛刺、氣泡或其他設計上的缺陷等[3]。絕緣缺陷不同，所產生的局部放電信號亦有差別，同時受試驗電源和試品本身參數等因素的影響，可能造成局部放電檢測到的脈沖波形畸變失真，因此需要通過多方面的檢測結果對脈沖信號進行分析判斷。

在現場局部放電試驗中，主要的難點之一在于如何排除干擾信號，特別是如何排除來自空間、接地網、試驗電源等方面的高頻干擾信號[4]。不同的干擾信號，可能具有與被試品局部放電信號相似的特征，容易與被試品內部局部放電信號混淆，也有可能是全相位固定干擾信號，干擾信號的幅值較大，足以淹沒被試品較小幅值的局部放電信號。現場檢測的干擾信號與附近其他運行中的電氣設備有關，例如照明光管、電焊機、行車等，如何分辨并排除這些干擾信號，也是檢測試驗人員必須學習并掌握的基本知識。

實驗室中可以通過加裝屏蔽罩或安裝濾波裝置以達到抑制干擾信號的目的，但對已投用的電氣設備進行檢測試驗，此法是不現實的，故需采用其他方法對干擾信號進行辨別，比如采用改變試驗接線、改變試驗時間、改變試驗程序等方法。通過對不同試驗條件下所測得的高頻局部放電信號進行對比分析，從中辨別被試品內部局部放電信號和干擾信號，也可以通過對多臺被試品測得的放電信號進行橫向比較，協助分析判斷試驗結果。