GIS局部放電聯合檢測技術的應用

朱述園　寧燈亮

摘要：科學技術的快速發展推動我國各行業發展迅速，使得我國快速進入現代化發展階段。GIS設備作為我國電網設備中最常見的設備之一，其絕緣性故障常常會導致事故的發生。局部放電作為絕緣性故障中較為常見的一種故障，需要運用一系列診斷方法對其故障類型和位置進行判別。

關鍵詞：GIS局部放電;聯合檢測技術應用

引言

時代的進步，科技的發展，使我國電力行業發展非常迅速，為我國基礎建設貢獻力量。在GIS制造、運輸、安裝和運行維護中可能存在GIS內部絕緣表面臟污、尖刺、自由顆粒、固體絕緣內部缺陷等。在高電壓下造成內部電場畸變，畸形電場發展到一定程度，便形成GIS內的局部放電。

1超聲波診斷法

聲波和沖擊振動波一般也會伴隨著局部放電現象發生出現在設備中。用于檢測超聲波的傳感器大都裝在殼體的外部接收局放產生的信號。此方法的最大優點是用來接收信號的傳感器與電力設備的任何回路都無關，所以沒有所謂的電磁信號干擾，但會在現場使用時受到外界環境的影響。超聲波信號在向遠方傳播的過程中強度有很多衰減，尤其在絕緣材料中更為明顯。但是，超聲波信號在故障定位方面卻有著較高的準確度。結合此分析可以看出，超聲法存在一定的局限性，檢測范圍較小，靈敏性較低。局部放電現象本質上看，實際上是間隙被高壓擊穿的一個過程，它的放電區域半徑一般十分小，因此在某種程度上可以把一個局放的點看作是一個點聲源。聲波在不同形式的介質中的傳播方式不同，如在氣、液體中的傳播方式與在固體介質中有較大區別。氣液體中是以縱波向外傳遞信號，縱波主要依靠分子間的碰撞傳遞信號能量。在固體介質中，聲波的傳播形式會同時包含橫波和縱波。橫波與縱波的不同之處是傳播時質點的振動方向與波的傳播方向成垂直關系，而不是平行關系，那么這需要質點與質點之間有一個較大的力牽動其進行傳播。因此，橫波的傳播介質一般會是密度較大的液體或者固體。一般來說，橫波會在縱波完全透過氣體介質或液體介質抵達外部固體殼體時出現，然后才會在殼體上持續傳播。

2 GIS感應電流和電磁振動分布模型

目前，對GIS外殼中感應渦流的研究認識尚有偏差，認為GIS外殼中的渦流是橫向電流，是由母線電流在外殼處感應出的橫模電壓產生的，對母線在外殼的做了正確的解析，但是未考慮集膚效應影響和GIS變電站中漏磁在外殼激發的渦流分布情況。對此，分析母線電流激發磁場和漏磁兩種情況下在GIS外殼感應電流分布情況。GIS導電桿與外殼屬于同軸放置，根據畢奧薩瓦爾定律，導電桿電流激發的磁場是遵循右手定則，磁路方向與外殼橫截面平行。根據電磁感應原理，磁場穿過GIS金屬外殼時，將產生感應電流抵消該磁場的變化，在集膚效應的作用下，感應的渦流集中于外殼的內外表面，方向與導電桿軸向相同，內外側的電流相同，由于GIS外表面面積大于內表面，感應電流在外表面的電流密度稍小于內表面。GIS外部漏磁場也會在GIS外殼感應出電流。令外部漏磁的場強是大致均勻的，但是GIS的外殼是圓柱形的，軸線處的漏磁場強最大，兩側的漏磁場強緩慢減小。考慮到感應渦流的對稱效應，軸線位置的感應電流為零，兩側的感應電流增大。外部漏磁在GIS外殼上的感應渦流也是與導電桿軸向方向一致的。

3脈沖信號

從周期分布上來看，放電呈現明顯的間歇性：放電開始時脈沖的連續性較高，但在多次放電結束后，間隔近200個工頻周期才出現下一次放電，其后放電又表現出一定的連續性，即該絕緣子的放電是集群出現的，而群落之間則存在較大的放電間歇。從信號幅值上來看，脈沖電流信號的幅值相對穩定，分布在1.7-4.3V的范圍內;而光信號的幅值則分布在0.3-10V的范圍內，波動幅度接近10V，且其幅值與脈沖電流幅值的相關系數僅為0.75，即放電脈沖的視在放電量越高并不意味著其產生的光脈沖的幅值就越大。造成上述現象的原因，可能是因為部分放電由絕緣內部缺陷引起，但也存在表面缺陷導致的光輻射不穩定的可能性。

4聲電聯合法的GIS局部放電檢測

超聲波檢測法通過接收安裝在GIS腔體外壁的超聲波傳感器來檢測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，定位精度高。超聲波法在實際應用存在以下問題：1.需要通過黏結劑將傳感器貼在GIS殼體表面，粘貼的效果對測量結果影響很大;2.在電力設備介質中衰減較大，影響了檢測的有效空間范圍。超高頻檢測法（UHF）通過UHF傳感器對GIS設備中發生局部放電時產生的超高頻電磁波信號進行檢測，從而獲得局部放電的相關信息。UHF法由于檢測頻率高，能夠有效避開現場電暈等干擾，檢測靈敏度高，可實現絕緣缺陷類型識別。GIS局部放電的聲電聯合測試法，是將超高頻測試法與超聲波測試法相結合，如在檢測過程中發現異常信號，兩種方法可互相驗證，還可以通過聲電聯合法實現對缺陷的精確定位。UHF法與超聲法兩種方法具有互補特性，采用聲電聯合法技術還可實現GIS局部放電在線檢測。聲電聯合法既具有UHF法不受設備機械振動等環境影響、定位快速的特性，又具備了超聲的抗電氣干擾能力強、定位準確的優點。

5特高頻診斷法

特高頻法（UHF）一般是用來檢測設備局放發出的電磁波信號，在GIS設備中的應用尤為廣泛。但是，受GIS自身結構的一些影響，局部放電發出來的電磁信號經過GIS設備傳到UHF檢測傳感器會出現一些變化，造成局放電源信號的評估難度更大。那么，需要對電磁波信號在GIS設備中傳輸過程中的一些特點和變化規律進行研究，這對于特高頻法在GIS設備上的應用十分重要。GIS一般是同軸結構，如果是在工頻條件下，在計算分析電磁波的傳輸特性時，一般可采用集總參數來表示。暫態的電磁波信號在傳輸時一般可以當作分布參數進行處理，對于微波來說應該看作是同軸波導。此外，GIS因為絕緣子的存在，它的特性阻抗與波阻抗在某種程度上會不連續的，會造成高頻波在GIS內部進行多次折射或者反射。因此，局放的UHF信號變得非常復雜。在GIS設備內部發生局放現象時，發出來的特高頻電磁波將會順著設備的腔體進行傳播。GIS與波導有著類似的結構，均為同軸結構。因此，特高頻電磁波能夠進行一段較長距離的接近無損的傳播，那么只需要將接收天線布置在GIS盆式絕緣子附近，則由GIS內部傳播出來的相應信號就能夠被容易地采集。

6結語

使用脈沖電流法、特高頻方法等多種局部放電檢測手段，研究了絕緣子上的表面缺陷的放電特性，得到了其波形特征、頻譜特性以及放電脈沖在工頻周期上的分布規律。

參考文獻：

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[2]張欣，李高揚，黃榮輝，等.不同運行年限的GIS缺陷率統計分析與運維建議[J].高壓電器，2016，52（3）：184-188.

（作者單位：新東北電氣集團高壓開關有限公司沈陽分公司）