GIS在線監測系統分析探究

吳建明

摘要：GIS設備對于電力系統的穩定性至關重要，介紹了GIS設備的局部放電檢測方法進行介紹，并簡要說明在線監測系統的整個工作步驟和工作原理，利用實際的案例對在線監測系統的有效性進行了驗證，結果表明在線監測系統可以有效達到預期要求。

關鍵詞：在線監測;GIS;局部放電

一、引言

氣體絕緣金屬封閉開關設備（GIS）對于電力系統的作用十分重要，如果GIS在運行中出現故障，可能會引發比較嚴重的問題，甚至會引發大面積的停電情況。按照GIS的結構分析，其可以分為隔離開關、隔離器、接地系統、互感器和避雷系統等組成，GIS從其制造、運輸、安裝及使用過程中均存在一些風險，影響著電力系統的穩定運行。

二、GIS局放AE/UHF在線監測原理

局部放電過程是一個相對復雜的物理過程，在此過程中還伴隨著電荷的轉移和電能的損耗，同時還伴隨著產生電磁輻射、光、熱等能量。在絕緣中如果存在氣泡，高頻電壓施加在絕緣體的兩端，如果作用在氣泡上的電壓低于其擊穿電壓，此時氣泡上的壓力隨著外加電壓的變化而變化，如果氣泡上的電壓高于擊穿電壓，氣泡則會發生放電，放電過程中使得中性氣體分子發生電離，產生大量的帶有相反電荷的氣體分子，并在外加電壓的作用下發生相對移動，遷移到氣泡壁上，形成與外加電場相反方向的內部電壓，此時的電壓則是內部電壓和外部施加電壓的疊加結果，當氣泡上的實際電壓低于其擊穿電壓時，此時放電暫停，氣泡上的電壓隨著外加電壓的升高而升高，直至增加至擊穿電壓時，此時則會發生第二次放電過程，周而復始，則會出現多次放電。局部放電的監測方法主要由AE法和UHF法。

UHF法即特高頻檢測方法，在進行局部放電檢測過程中，會伴隨產生高頻電波現象。特高頻檢測技術就是通過檢測局部放電過程中產生的高頻電波信號，對設備內部的缺陷進行檢測。超聲波的測試聲波頻率處于300-3000MHz區間。利用特高頻檢測手段進行局部缺陷的定位檢測，近幾年應用比較廣泛，該方法的優點是敏感度高、對低頻電暈的干擾屏蔽效果好，能夠有效的識別缺陷的類型和位置，該技術在應用過程中容易受到環境中的相同頻率的電波影響。采用該方法進行缺陷檢測不能準確做到量化描述。

AE法即超聲波檢測方法，在進行局部放電檢測過程中，會伴隨產生聲波發射現象。超聲波檢測技術就是通過檢測局部放電過程中產生的超聲波信號，對設備內部的缺陷進行檢測。超聲波的測試聲波頻率處于20-200KHz區間。利用超聲波檢測技術具有明顯的優勢，可以對電磁干擾造成的干擾進行屏蔽、具有定位準和操作簡便的特點。因為超聲波在設備的內部的產生和傳遞比較復雜，存在超聲波的反射和折射作用，會隨著折射和反射的進行，超聲波的能量會出現衰減，對測試結果造成影響。因此，利用超聲波檢測對于前期缺陷比較嚴重的設備進行檢測具有可行性，而對于缺陷比較少的設備進行檢測時，可能會出現檢測結果不準的情況出現。

根據AE法和UHF法的優劣勢，形成了一種聯合檢測方法，即結合AE法和UHF法的各自優勢，采用超聲波檢測和特高頻檢測手段對GIS運行狀態進行確認，對其整體設備情況的具體情況進行檢測，是具有重要可行性。兩種方式均可在不影響GIS設備運轉的前提下完成對設備的檢測。兩種檢測手段各有優劣勢，超聲波檢測方法可以比較精準地定位缺陷發生的部位，而特高頻檢測手段抗干擾能力較強，對設備內部的缺陷更加敏感，充分利用超聲波檢測和特高頻檢測的優勢進行聯合檢測，可以更好地確認和保證GIS設備安全運轉。此方法的具體操作方式如下：

首先利用超聲波檢測進行初始判斷檢測，通過對得到的幅值圖譜進行觀察判斷，是否存在異常。如果發現異常對相位和飛行圖譜進行對比分析，定位缺陷的位置。

GIS設備內容易出現缺陷的部位防止特高頻傳感器，該部位包括接地端子、出線端、絕緣盆子及澆注孔。通過對該部位檢測的圖譜與局部放電圖譜進行比較判斷，確定該部位是否存在放電及具體放電類型，如果檢測到存在局部放電，根據檢測結果判斷缺陷發生部位。

進行檢測時，如果檢測到同時存在電和聲信號，通過比較這兩者的放電圖譜，即可判斷放電類型，然后對比幅值利用超聲波方式確定缺陷發生部位，也可采用聲電聯合檢測手段對缺陷部位進行定位。

檢測時，如果只檢測到超聲波信號而沒有特高頻信號，需要對使用分析對比幅值判斷信號發生的最強位置，判斷分析該信號是否為設備的振動或機械元件松動造成的振動。

三、系統采集處理單元及后臺監測軟件系統

整個系統主要由傳感器、數據處理通訊單元，后臺監測系統三個部分組成，傳感器將對監測設備進行數據測量，將測量數據信息傳送到數據處理單元中，進而進行集中處理分析，將信息進行顯示或進行相應的警示，并在后臺機上進行全面的監視和分析。

整個系統的監測原理利用聯合方法，具體的工作步驟如下：

1）使用超聲波法進行普測，通過對幅值圖譜的觀察判斷是否存在異常，若存在異常可通過相位圖譜及飛行圖譜進行進一步分析判斷并通過幅值比較的方法進行定位。

2）在 GIS 的非金屬屏蔽絕緣盆子、金屬屏蔽絕緣盆子的澆注孔、觀察窗、GIS電纜終端、接地端子、電纜出線端等位置放置特高頻傳感器，通過對PRPS 圖譜與典型放電圖譜的比較，判斷是否存在放電以及確定放電的類型。若存在放電可根據放電類型選擇相應方法進行缺陷定位。

3）如果同時測到了電信號和聲信號，可以比較兩者的放電圖譜，判斷出是否為同一放電源的信號并確定放電類型;之后可以用幅值比較的方式用超聲波 法找到放電的位置。在檢測設備功能允許的情況下，可采用聲電聯合定位的方法找到放電位置。

4）如果只測到了特高頻信號而沒有超聲波信號，則應通過改變特高頻傳感器的位置擺放和傳感器的方向性及信號的頻率分布排除外部干擾，并通過與典型放電圖譜的比較確定放電類型，此時應重點考慮是否放電為絕緣內部放電。之后在附近能放置特高頻傳感器的位置擺放傳感器，通過定位儀器比較各傳感器接收信號的觸發沿，大致定出放電點

5）如果只測到了超聲波信號而沒有特高頻信號，則使用幅值比較法找到超聲波信號最大的位置。通過具體的位置及設備結構的分析判斷是否為設備的振動或是設備內部元件松動導致的機械振動

四、GIS在線監測系統應用實例分析

2019年8月，在對某220 kV變電站GIS設備進行特高頻局放帶電檢測至220 kV合正甲線2751A相電壓互感器氣室時，在母線電壓互感器氣室隔離盆式絕緣子檢測到放電信號，特高頻信號幅值約51 dB，超聲波局放檢測未檢測到異常信號，經定位分析，判斷放電類型為氣隔盆式絕緣子內部氣隙放電，放電位置處于母線電壓互感器氣室隔離盆式絕緣子

五、結語

對于運行中的GIS而言，超聲波檢測技術和特高頻檢測技術無疑是最理想的檢測方法，兩者都可以實現帶電檢測，其檢測方法都比較簡便實用，且不必改 變設備的運行方式。比較兩者的優缺點可以發現，特高頻法抗干擾能力強，對電信號比較敏感且較超聲波法而言對絕緣內部缺陷更敏感。

參考文獻：

[1] 張斌斌， 劉曉洲. 變電站GIS設備SF6在線監測系統分析及應用[J]. 技術與市場， 2019（12）.

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