GIS特高頻局部放電在線監測系統現場測試方案探究

林海君

摘要：本文主要介紹了GIS設備及局部放電的基本情況，分析了GIS設備局部放電測試常用的兩種方法：超聲波法和特高頻法，并對這兩種測試方法的檢測原理、使用規范及各自的優缺點進行了闡述。通過聯合兩種方法對運行中GIS設備的帶電測試實例介紹其實際應用情況。

關鍵詞：局部放電;超聲波;特高頻檢測

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。在所有GIS故障中，發生最多的故障類型為絕緣子故障，據相關數據顯示，絕緣子故障約占GIS故障類型的27%，因此需要格外關注GIS設備的絕緣性，充分保證GIS的穩定性，提升電力系統的經濟性。

二、局放監視系統的測試

（一）超聲波檢測原理

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。

（二）特高頻檢測原理

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。

（三）時差定位法

利用納秒精度級別的高速示波器對測試部位進行檢測，通過對比檢測部位信號的時間差對其進行定位分辨，若分辨率能夠達到1ns，定位精度能夠達到30厘米，具有數據定位可靠的優勢。該方法測試簡便、定位精度高。但應用難點是對設備的精度要求比較高，且需要較高的采樣頻率，需要初始的脈沖信號較強，以準確讀取信號的開始時間。

（四）聯合檢測方法

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。

聯合方法應用的具體操作方式：

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、實驗室方案

對于運行中的GIS，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。特高頻法抗干擾能力強，對電信號較敏感且較超聲波法而言對絕緣內部缺陷更敏感。而超聲波法不受檢測位置的限制，對缺陷定位更加方便和準確。兩者聯合使用，互相補充，是實現GIS設備局部放電檢測的重要手段。

使用超聲波/特高頻聯合檢測的具體步驟為：

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、現場測試

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

GIS 設備的局部放電檢測主要使用超聲波檢測技術和特高頻檢測技術，兩者各有優點。超聲波法對顆粒跳動、尖端放電、懸浮電位、異物和連接不良比較 敏感，而對于絕緣內部空隙、裂縫等缺陷不敏感。而特高頻法應用于GIS設備時，由于局部放電的電磁波能夠沿著GIS的管體結構類似于波導，特高頻信號可以傳播很遠，衰減很小。但特高頻法也受到測試點少、對部件松動引起的振動無法測試等缺點的限制。在使用時應將兩者結合起來。通過電電局部放電定位技術，能夠有效地發現運行中GIS的絕緣缺陷并進行定位，為設備維護和安全運行提供有力的保障。

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