特高頻局部放電檢測技術(shù)應(yīng)用

楊萬里 李路培 周健

（紀(jì)年科技股份有限公司，河南 許昌 461000）

一、局部放電的基本概念

在電力設(shè)備的絕緣系統(tǒng)中，當(dāng)只有局部區(qū)域發(fā)生放電，而沒有貫穿施加電壓的導(dǎo)體之間，及尚未擊穿，這種現(xiàn)象稱之為局部放電。它是由于局部場強(qiáng)畸變、局部場強(qiáng)集中，導(dǎo)致絕緣介質(zhì)局部范圍內(nèi)的氣體放電或擊穿造成的。局部放電可能發(fā)生在導(dǎo)體邊緣，也可能發(fā)生在絕緣體內(nèi)部或表面，電力設(shè)備絕緣體的絕緣強(qiáng)度與擊穿場強(qiáng)都很高，當(dāng)局部放電在很小的范圍內(nèi)發(fā)生時，擊穿過程很快，將產(chǎn)生很陡的脈沖電流，在絕緣體中發(fā)生的局部放電對絕緣材料的危害很大，嚴(yán)重的還會腐蝕絕緣材料，造成絕緣擊穿。

二、特高頻檢測的原理

正常運(yùn)行的氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備（以下簡稱GIS設(shè)備）中充有高壓SF6氣體，具有很高的絕緣強(qiáng)度與擊穿場強(qiáng)，發(fā)生局部放電時在納秒級的時間內(nèi)將會向周圍發(fā)射出數(shù)GHz的電磁波信號，這些電磁波信號在GIS中以TEM波，TE波，TM波的形式傳播，GIS的同軸結(jié)構(gòu)相當(dāng)于電磁波傳播的波導(dǎo)管，不考慮絕緣子與轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)等因素的影響，電磁波信號在GIS腔體內(nèi)傳輸衰減小，傳播時間長，通常一個納秒級的局部放電信號可以持續(xù)10ms以上，局部放電特高頻檢測法于20世紀(jì)80年代初期，由英國中央電力局實(shí)驗(yàn)室提出，其基本原理是通過特高頻傳感器對電力設(shè)備發(fā)生局部放電時所產(chǎn)生的特高頻信號進(jìn)行檢測，獲得放電的相關(guān)信息，從而實(shí)現(xiàn)對局部放電的監(jiān)測，在現(xiàn)場根據(jù)環(huán)境的不同，可以采用內(nèi)置式和外置式特高頻傳感器，然后對采集的信號進(jìn)行進(jìn)一步分析就可以確定GIS內(nèi)部是否發(fā)生放電以及放電的位置及類型。

三、特高頻檢測儀的組成與檢測流程

（一）特高頻局部放電檢測儀器的組成

1.特高頻傳感器：耦合器，可以感應(yīng)300MHz～1.5GHz的電磁波信號。

2.信號放大器（可選配件）：某些局部放電檢測儀會包含信號放大器，對來自前端的局部放電信號做放大處理。

3.檢測主機(jī)：接受、處理耦合器采集到的特高頻局部放電信號

4.分析主機(jī)（筆記本電腦）：運(yùn)行局部放電分析軟件，對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，識別放電類型，判斷放電強(qiáng)度

（二）檢測流程

1.設(shè)備連接：按照設(shè)備接線圖連接測試儀各部件，將傳感器固定在盆式絕緣子上，將檢測儀主機(jī)及傳感器正確接地，電腦，檢測儀主機(jī)連接電源，開機(jī)。

2.工況檢查：開機(jī)后運(yùn)行檢測軟件，檢查主機(jī)與電腦通信狀況、同步狀態(tài)、相位偏差等參數(shù)：進(jìn)行系統(tǒng)自檢，確認(rèn)各個檢測通道工作正常。

3.檢測參數(shù)設(shè)置：設(shè)置變電站名稱，檢測位置并做好標(biāo)注。根據(jù)現(xiàn)場噪聲水平設(shè)定個通道信號檢測閾值。

4.信號檢測：打開連接傳感器的檢測通道，觀察檢測到的信號。如果發(fā)現(xiàn)信號無異常，保存少量數(shù)據(jù)，退出并改變檢測位置，繼續(xù)下一點(diǎn)檢測。如果發(fā)現(xiàn)信號異常，則延長檢測時間，并記錄多組數(shù)據(jù)進(jìn)行異常診斷流程，必要的情況下可以接入信號放大器。

四、特高頻局部放電檢測法與其他的局部放電檢測方法相比較具有以下的優(yōu)勢

（一）檢測靈敏度高。局部放電所產(chǎn)生的特高頻電磁波信號在GIS中傳播時的衰減較小,如果不考慮絕緣子、GIS轉(zhuǎn)角和設(shè)備結(jié)構(gòu)所帶來的影響，特高頻電磁波信號的衰減僅為3-5dB/km。而且由于電磁波信號在GIS轉(zhuǎn)角和絕緣子處會發(fā)生不連續(xù)的反射，會在GIS腔體中引起諧振,使得局部放電信號的振蕩時間加長，便于局部放電信號的檢測。因此，特高頻法具有很高的靈敏度，另外，與超聲波檢測方法相比特高頻檢測的有效范圍也大得多，在相同距離的GIS上進(jìn)行檢測時，需要的傳感器數(shù)目也相對較少。

（二）利于絕緣缺陷類型的識別。不同類型絕緣缺陷的局部放電所產(chǎn)生的特高頻信號具有不同的頻譜特征，因此，除了利用常規(guī)方法對信號的時域分布特征分析以外，還可以結(jié)合特高頻信號頻域分布的特征，進(jìn)行局部放電類型的分析識別，根據(jù)對不同的頻譜特征進(jìn)行分析可以有效地識別不同類型的局部放電缺陷。

（三）現(xiàn)場抗干擾能力強(qiáng)。由于GIS運(yùn)行現(xiàn)場存在著大量的電氣干擾，這為局部放電檢測帶來了一定的難度，高壓線路與設(shè)備在空氣中的電暈放電干擾是現(xiàn)場最常見的干擾，由于電暈放電干擾的頻段主要集中在200Hz以下，而特高頻檢測法的檢測頻段通常為300MHz-3GHz,因此，可以有效地避開現(xiàn)場的電暈干擾,而且特高頻信號不同的頻譜分布特征不僅能夠識別局部放電的缺陷類型，同時還可以分析出一些頻段在300MHz以上的電氣干擾，例如：雷達(dá)干擾、熒光燈干擾等。

（四）定位能力強(qiáng)。局部放電產(chǎn)生的電磁波信號，在GIS腔體中，傳播的速度近似為光速，電磁波信號到達(dá)特高頻傳感器的時間與其傳播的距離有直接關(guān)系，因此，可以根據(jù)特高頻電磁波信號到達(dá)其附近兩側(cè)特高頻傳感器的時間差，來計算出局部放電缺陷所在的位置，這為GIS設(shè)備的維修計劃制定、檢修工作效率提高提供了有力的支持。

五、結(jié)語

在電網(wǎng)系統(tǒng)的發(fā)展過程中，GIS設(shè)備的應(yīng)用越來越廣泛，GIS設(shè)備的安全運(yùn)行對于電網(wǎng)系統(tǒng)的安全平穩(wěn)運(yùn)行尤其重要，合理的使用特高頻局部放電檢測法對GIS設(shè)備進(jìn)行檢測，可以為電網(wǎng)系統(tǒng)檢修與電網(wǎng)系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行提供有力支持。