特高頻及超聲波法在GIS設備帶電檢測中的運用分析

易祺 國網四川省電力公司檢修公司

作為一種高壓電器設備，GIS 設備的檢修周期較長，且維護工作量比較少，運行安全性較高，與常規設備相比，故障率只有30%左右。但由于國內廠家對于基礎工藝及組裝技術把關較差、各供電公司施工單位現場作業管控要求參差不齊，使得近幾年國網系統內在運的GIS 設備故障率居高不下。

由于GIS 設備屬于全密封結構，常規手段發現及定位故障較為困難，加之大部分GIS 內部的故障往往是由于內部運行環境的改變或設備本體運行工況持續惡化導致，而非短期內單一條件突變所致，因此如何及早、及時的發現潛在故障及隱患對電網安全穩定運行起著至關重要的作用。

受限于常規典型設計與變電站集約化設計的限制，變電站內單間隔GIS 設備解體難度極大，檢修過程非常復雜。若采取站端全停檢修的方式，還會引起較長時間電量無法供應的情況，不僅停電范圍較廣，也會干擾到其他非故障元件的運行[1]。

此外GIS 內部絕緣損壞時，還會發生局部放電現象，產生氧化氮、臭氧、熱量以及電等，進一步的對絕緣材料造成腐蝕，受到電場的影響，帶電質點會與絕緣材料不斷發生撞擊，最終引起絕緣擊穿。所以局部放電危害性非常大，一旦GIS 設備出現局部放電時，不僅表示其內部絕緣開始老化，GIS 整體安全得不到保障，也表示設備存在一些隱藏的故障，如果這些隱藏故障得不到及時處理，將會導致更為嚴重的安全事件發生。

通過對設備內部局部放電現象進行檢測，可以有效提前發現GIS 設備部各種絕緣問題，從而針對性制定應對和處置措施。將設備故障造成的損失降至最低。因此無論是GIS 設備的制造、安裝還是在運行檢修過程中，都要應當盡早安排局部放電檢測，對設備各階段工況進行全面監督。經驗表明，利用超聲波和特高頻來檢測GIS 局部放電，可以明顯提升抗干擾性能，并且具有較高的檢測靈敏度，在檢測GIS 設備局部放電時較為適用。下面將對兩種測試方法進行簡單介紹。

一、檢測方法概述

（一）特高頻法

特高頻法又稱為UHF 法，由于電設備絕緣體擁有較強的擊穿場強以及較高的絕緣強度，如果發生局部放電時，僅會在小區域內進行，整個擊穿過程非常迅速，擊穿時會產生脈沖電流，整體上升時間在1ns 以下，而激發出來的電磁破頻率超過GHz，特高頻法檢測局部放電的原理是信號檢測，其中特高頻電磁波的頻率在300MHz 至3GHz 之間，當發生局部放電時，利用特高頻傳感器可以檢測到放電的信號，從而有效監測局部放電現象。對于不同的監測設備來說，可以采用不同的頻率傳感器，比如外置式和內置式傳感器[2]?，F場電暈干擾基本都是低于300MHz，利用特高頻法可以避免受到電暈影響，其抗干擾能力較高，同時具備較強的靈敏度，在局部放電檢測中有著較好的應用，同時對于故障定位以及識別分析各類缺陷也有較多好處。

在現場局部放電檢測中，特高頻法的應用較為廣泛，行業內也有很多成功檢測的案例存在。比如李軍浩等人通過對特高頻法的利用，成功檢測到PT 氣室螺栓松動的問題，此問題會導致懸浮電位放電現象的發生；李秀廣等人則通過特高頻法成功的檢測到絕緣子位置的絕緣問題；此外還有楊春娟等人利用特高頻檢測中的在線監測功能，了解到斷路器底座和導體之間有放電現象出現。

（二）超聲波法

超聲波法又稱為AE 法或聲發射法，如果電力設備內部存在局部放電情況，則會釋放出放電的信號，繼而出現沖擊聲音與振動，這也是通過傳感器接受超聲波來檢測放電信號的，可以將超聲波傳感器放置在設備腔體外部檢測，也可以利用敞開式傳感器來檢測。超聲波法的一個典型特征就是傳感器和電氣回路之間并不會互相影響，電氣不會干擾到傳感器接收信號，但是如果在現場檢測放電信號時，周圍有噪聲或者振動出現，則會在一定程度上影響檢測的準確率。另外，在電力設備中，由于絕緣材料超聲波信號傳播時會發生較大程度的衰減，所以整個檢測受到的限制較大，但其故障定位準確率比較高。

當GIS 設備內部發生局部放電現象時，產生的超聲波信號頻率會超過20kHz，這個層級的信號能夠有效避免低頻段的音頻干擾，此時可以通過超聲波傳感器來對不正常的超聲波信號進行接收與檢測，識別各種類型的信號并進行放電定位，可以有效檢測出局部放電情況，這對及時發現GIS 設備內部絕緣問題有著重要作用，讓檢修人員可以在第一時間內排除掉故障。

二、特高頻與超聲波法在GIS設備帶電檢測中的運用優化措施

（一）將檢測人員素質提升

作為一種新型的檢測方法，特高頻法與超聲波法在GIS 設備帶電檢測中的應用有著明確的要求，無論是檢測人員的選用還是檢測步驟的安排都要根據作業標準進行，而檢測人員需要具備較高的綜合素質。采取外聘或公司自組專業人員的方式，應當做好檢測人員的多方面考察，綜合考慮其各項專業素質是否達標，是否熟悉特高頻法與超聲波法的檢測應用知識，以及檢測經驗是否豐富等，確保GIS 設備帶電檢測數據準確性滿足相關要求[3]。另外，還要定期組織檢測人員參與GIS 設備帶電檢測的專業知識與技能培訓，將一些全球先進的檢測方法與運行過程講解給檢測人員了解。隨著GIS 設備的發展，GIS 設備帶電檢測的方法也會不斷更新，所以檢測人員應當不斷學習新的檢測知識，從而滿足不斷更新的檢測需求。此外，如果具備條件，國網系統內公司可結合迎峰度夏及迎峰度冬檢修空窗期間，抽取專業團隊對公司范圍內在運或前期出現過故障隱患的GIS 開展專項帶電檢測，培養人員同時進一步摸清在運設備底細。

（二）做好檢測準備

工欲善其事必先利其器，在正式檢測之前，為了保證后續檢測的準確性，應當對檢測現場實施全方位勘察清理，避免存在一些影響檢測準確性的事物，并及時找出檢測區域內影響GIS 設備運行安全的隱患，防止發生安全事故。在選擇合適的檢測機構后，還要對檢測時間進行明確，這是因為天氣也是影響檢測準確性的因素之一，可能會導致檢測數據不準確，并影響設備故障定位的準確性。另外，在檢測之前還要檢測儀器的狀態，避免使用存在問題的檢測儀器，確保后續檢測工作能夠正常開展。零購儲備與融資租賃發面，各供電企業還應提前做好需求儲備及上報，明確儀器儀表參數選擇，特別是采用租賃方式配置的儀器，應盡可能選取進口的、采樣精度高的設備，確保檢測取得實效。

（三）制定安全檢測方案及計劃

安全是GIS 設備帶電檢測中的重點問題之一，也是整個檢測工作開展的基礎。部分檢測人員過于粗心，在檢測過程中沒有按照標準作業，很容易導致安全事故的發生，所以必須要制定安全帶電檢測方案。方案內容中應當明確列出兩種檢測方法的相關技術指標，以及不同方法具體的作業步驟，以提升GIS 設備帶電檢測的規范性[4]。針對不遵從作業標準操作的員工，應當給予嚴厲處罰，從而提升其安全意識，避免安全事故的發生。在具體檢測中，應當安排兩名檢測人員進行檢測，以起到相互監督和幫助的作用，在確保自身安全的情況下，使得電力故障得到有效的解決。另外，還要安排現場監管人員對現場檢測情況進行密切關注與安全提醒。系統內單位以競賽名義組織開展的帶電檢測，可結合自身工作實際安排經驗豐富的管理人員進行檢測現場作業把關。同步引進實時在線監管等數字化手段（例如國網公司推行的風控平臺或小成本采購的實時執法記錄儀等）強化安全監管，切實做到安全生產的“四個管住”。

三、案例分析

（一）基本情況

以某變電站為例，對其GIS 設備進行帶電檢測時，發現其GIS 室內某處線路存在放電情況。經過相關人員分析后將空氣中的影響因素排除掉，并在三個氣室位置（以下用A、B、C 表示）分別測得異常的超聲波信號，而出線氣室與相近的開關并沒有異常的超聲波信號出現，其中C 位置信號幅值明顯高于A、B 兩處。工作人員通過對附近盆式絕緣子特高頻放電信號進行檢測時，也發現有較為明顯的放電信號存在，且圖譜也滿足局部放電的典型特征。因為避雷器氣室與線路PT 之間距離較近，所以檢測的兩處盆式絕緣子特高頻信號幅值沒有太大差異，通過定位功能了解到，第二出盆子特高頻信號比第一處超前，所以可以確定此線路A 相避雷器氣室友局部放電情況。

（二）檢測分析

在以超聲波檢測法對其A 相間隔開關進行檢測時發現，A、B、C 氣室位置均有異常信號存在，其中A、B 兩處超聲信號比較小，C 處超聲信號比較大，同時在其上部分出線氣室位置并沒有發現異常的超聲信號，通過觀察C 氣室時域波形，再將背景噪聲因素排除后，可以認為C 氣室超聲信號在同一個周期內有兩簇峰值存在，并存在對稱性，考慮屬于內部放電信號。根據GIS中超聲波傳播理論研究知識可以知道，放電源頭位置可以用幅值定位的方式進行大概定位，此次研究中考慮存在局部放電可能，還需要采用特高頻法進行準確判斷。

在以特高頻檢測法進行局部放電檢測時，發現開關氣室盆式絕緣子并沒有異常信號出現，但是在第一處與第二處盆子處均發現了相同的放電信號，且有著較大的放電幅值，并呈現出對稱性。根據實驗室模型以往的測試數據可以知道，當出現懸浮放電時，其時域特征主要表現為幅值分散性小，且不同放電時間間隔相近，放電次數較多，放電時能量和幅值比較大等特點，通過對比分析兩處PRPS 圖譜了解到，兩處的信號幅值幾乎誤差，但是第二處盆子放電頻率和重復率更高，且次數也多余第一處盆子，所以認為第二處盆子附近氣室存在局部放電情況。

為了進一步確定檢測的精確性，可以采用時差定位法來進一步的確定放電源的位置，結果發現第二處盆子位置信號比第一處盆子信號更快，兩者之間相差2.4ns，整個傳播路徑差異為0.72m，而兩組探頭距離0.7m 左右，由此可知，在第二處盆子避雷器氣室位置存在局部放電信號。綜上所述，此線路A 相避雷器氣室位置有局放情況，且表現為明顯的懸浮放電。最后運維人員為了進一步的驗證分析結果，對避雷器進行相關檢查和試驗后，發現避雷器內受污嚴重，有放電痕跡存在，這表明上述分析論證較為準確。

四、結語

GIS 設備在發電廠運用較多，所以GIS的安全運行對保護電網的正常運轉有著直接的影響，檢修人員應當充分掌握這兩種檢測方法，做好對GIS 設備的定期檢測，及時發現GIS 設備中潛在的故障，減少GIS 設備運行的問題，確保電網可靠安全的運行。