特高頻局部放電檢測技術應用

楊萬里 李路培 周健

（紀年科技股份有限公司，河南 許昌 461000）

一、局部放電的基本概念

在電力設備的絕緣系統中，當只有局部區域發生放電，而沒有貫穿施加電壓的導體之間，及尚未擊穿，這種現象稱之為局部放電。它是由于局部場強畸變、局部場強集中，導致絕緣介質局部范圍內的氣體放電或擊穿造成的。局部放電可能發生在導體邊緣，也可能發生在絕緣體內部或表面，電力設備絕緣體的絕緣強度與擊穿場強都很高，當局部放電在很小的范圍內發生時，擊穿過程很快，將產生很陡的脈沖電流，在絕緣體中發生的局部放電對絕緣材料的危害很大，嚴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

正常運行的氣體絕緣金屬封閉開關設備（以下簡稱GIS設備）中充有高壓SF6氣體，具有很高的絕緣強度與擊穿場強，發生局部放電時在納秒級的時間內將會向周圍發射出數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的同軸結構相當于電磁波傳播的波導管，不考慮絕緣子與轉角結構等因素的影響，電磁波信號在GIS腔體內傳輸衰減小，傳播時間長，通常一個納秒級的局部放電信號可以持續10ms以上，局部放電特高頻檢測法于20世紀80年代初期，由英國中央電力局實驗室提出，其基本原理是通過特高頻傳感器對電力設備發生局部放電時所產生的特高頻信號進行檢測，獲得放電的相關信息，從而實現對局部放電的監測，在現場根據環境的不同，可以采用內置式和外置式特高頻傳感器，然后對采集的信號進行進一步分析就可以確定GIS內部是否發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：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（筆記本電腦）：運行局部放電分析軟件，對采集的數據進行處理，識別放電類型，判斷放電強度

（二）檢測流程

1.設備連接：按照設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，將檢測儀主機及傳感器正確接地，電腦，檢測儀主機連接電源，開機。

2.工況檢查：開機后運行檢測軟件，檢查主機與電腦通信狀況、同步狀態、相位偏差等參數：進行系統自檢，確認各個檢測通道工作正常。

3.檢測參數設置：設置變電站名稱，檢測位置并做好標注。根據現場噪聲水平設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。如果發現信號無異常，保存少量數據，退出并改變檢測位置，繼續下一點檢測。如果發現信號異常，則延長檢測時間，并記錄多組數據進行異常診斷流程，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勢

（一）檢測靈敏度高。局部放電所產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轉角和設備結構所帶來的影響，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轉角和絕緣子處會發生不連續的反射，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上進行檢測時，需要的傳感器數目也相對較少。

（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生的特高頻信號具有不同的頻譜特征，因此，除了利用常規方法對信號的時域分布特征分析以外，還可以結合特高頻信號頻域分布的特征，進行局部放電類型的分析識別，根據對不同的頻譜特征進行分析可以有效地識別不同類型的局部放電缺陷。

（三）現場抗干擾能力強。由于GIS運行現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，高壓線路與設備在空氣中的電暈放電干擾是現場最常見的干擾，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：雷達干擾、熒光燈干擾等。

（四）定位能力強。局部放電產生的電磁波信號，在GIS腔體中，傳播的速度近似為光速，電磁波信號到達特高頻傳感器的時間與其傳播的距離有直接關系，因此，可以根據特高頻電磁波信號到達其附近兩側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、結語

在電網系統的發展過程中，GIS設備的應用越來越廣泛，GIS設備的安全運行對于電網系統的安全平穩運行尤其重要，合理的使用特高頻局部放電檢測法對GIS設備進行檢測，可以為電網系統檢修與電網系統平穩運行提供有力支持。