GIS特高頻局放檢測技術的現場應用

崔國強 李浩

摘要：在電力系統中，GIS設備具有結構緊湊、占地少以及運行可靠等優點，因此應用很廣泛。但由于GIS是大型的封閉組合系統，一旦發生故障，停電檢修不僅浪費人力物力，而且檢修周期長，會給社會、企業帶來重大損失，而采用特高頻局放帶電檢測技術既可以規避停電檢修的缺點，而且能檢測到GIS制造與安裝過程中引入的缺陷、有效檢測出絕緣故障的發生及嚴重程度，可以對設備日常運行和維護提供可靠的技術支撐，從而避免較大停電事故的發生。基于此，本文將對GIS特高頻局放檢測技術的現場應用進行分析。

關鍵詞：GIS;帶電檢測;特高頻;現場應用

1特高頻局部放電檢測技術

1.1特高頻檢測技術

特高頻檢測法的基本原理是通過特高頻傳感器對電力設備中局部放電時產生的特高頻電磁波信號（0.3GHz～3GHz）進行檢測，獲得局放信號的幅值、相位等相關信息。受金屬封閉GIS殼體的屏蔽，特高頻信號只能從非金屬法蘭傳出，利用接觸外置式傳感器緊貼殼體進行檢測。特高頻檢測法具有較高的靈敏度和抗干擾能力，利用波形特征可識別缺陷類型，同時可實現基于電磁波時差測量的放電定位，有效區分設備內部的局部放電和設備附近的放電型干擾。UHF方法通過提高信號傳感的頻段以避開干擾信號，從而提高局部放電檢測的抗干擾能力。然而，可能存在一些開關柜放電缺陷的類型，其局部放電信號的頻段不能夠到達UHF頻段，從而限制了檢測靈敏度。

1.2 局部放電的基本概念

在高壓設備中絕緣件只有局部區域發生的放電，而沒有貫穿施加電壓的導體之間，可以發生在導體附近，也可以發生在其他地方，而這種現象稱為局部放電。

電力設備內部發生局部放電時，會伴隨局部放電現象產生相應的物理和化學變化，局放的發生往往會產生聲、電、光、熱和化學變化。這些伴隨局部放電而產生的各種物理和化學變化的數據可以為評價電力設備內部設備的絕緣狀態提供必要的數據支撐。

1.3 特高頻法局放檢測原理

特高頻局部放電檢測法是利用局部放發生時會在設備附近產生數吉赫茲的電子波信號，通過對電磁波信號的波形、幅值等參量的變化來判斷設備內部局部放電缺陷的類型和嚴重程度。

當GIS設備內部存在局放時，其產生的電磁波信號會沿GIS罐體傳播，因此在GIS設備盆式絕緣子預留口或內置特高頻傳感器接口處均能檢測到局部放電信號。由于受GIS設備結構和介質的影響，電磁波信號會在罐體內傳播時有一定衰減，現場檢測時，可根據GIS結構和內置傳感器的布置情況靈活選擇測點。

2 特高頻局放檢測技術的優點

特高頻局部放電檢測法與氣體局部放檢測法相比，具有以下優點：

2.1 檢測靈敏度高

由于電磁波在GIS內部會產生反射，并且會在GIS罐體產生諧振，這些現象增加了局部放電信號振蕩時間，局部放電產生的特高頻電磁波信號在GIS中傳播時衰減較小，故提高檢測的靈敏度。

2.2 能實現局放源定位

電磁波信號在SF6氣體介質中傳播速度接近光速，而局部放電發生后產生的電磁波信號到達GIS設備盆式絕緣子處的時間與信號的傳播的距離密切相關。現場檢測中如發現局放信號，可根據電磁波信號到達其附近兩側特高頻傳感器的時間差，計算出局部放電源的位置。

2.3 抗低頻信號干擾能力強

特高頻局部放電傳感器的檢測頻段主要集中在0.3——3GHz之間，而現場檢測的干擾信號主要來源于電暈干擾，電暈干擾主要集中在300MHz頻段以下，因此特高頻檢測法能有效地避開現場的電暈等干擾，具有較高的靈敏度和抗干擾能力。

2.4 具有絕緣缺陷類型識別功能

根據相關研究表明，不同類型局部放電缺陷其檢測到的特高頻信號對應的圖譜特征不同。根據圖譜顯示信號的幅值強度、相位分布、放電頻次等特征可區分放電類型和缺陷嚴重程度。

3 GIS特高頻局放檢測技術的現場應用

3.1 現場檢測分析

檢測人員對某110kV變電站GIS設備進行帶電檢測時，發現1150間隔靠I母側母線氣室A、B、C三相盆式絕緣子存在局部放電信號，并有明顯的絕緣缺陷放電特征圖譜。隨后檢測人員對該異常信號進行了詳細的故障分析和缺陷定位。對1150間隔靠I母側母線氣室A、B、C三相盆式絕緣子進行特高頻局部放電檢測，發現三相絕緣盆子均有異常信號，符合絕緣缺陷圖譜特征。特高頻信號集中出現在工頻正、負半周，且具有一定的對稱性，放電次數少，放電幅值較分散。

結果表明1150母聯間隔靠I母母線側分支氣室盆式絕緣子附近超聲波局部放電檢測無異常。由于超聲波局部放電檢測法對GIS設備絕緣類缺陷檢測靈敏低，而特高頻法可以有效識別絕緣內部缺陷。

3.2 幅值比較定位法

幅值比較法是基于特高頻傳感器檢測到的信號幅值與缺陷劣化程度在趨勢上具有正相關性原理。當在多個點同時檢測到放電信號時，信號強度最大的測點可判斷為最接近放電源的位置。幅值比較法的準確性往往受到現場檢測條件的限制。當放電信號很強時，在較小的距離范圍內難以觀察到明顯的信號強度變化，使精確定位面臨困難。當設備外部存在干擾放電源時，也會在不同位置產生強度類似的信號，難以有效定位，同時也難以區分設備內部或外部的放電源放電。

3.3 聲電聯合定位法

聲電聯合定位法是結合超聲波檢測法（AE）和特高頻檢測法優點的一種定位方法。其原理是采用特高頻傳感器對GIS進行一次定位分析，確定絕緣缺陷的大概位置，然后同時采用特高頻傳感器和超聲波傳感器進行二次定位分析，實現絕緣缺陷的準確定位。由于電磁波的傳播速度遠遠大于聲速，因此，可以將UHF傳感器信號作為信號起始點，測量超聲波信號和電磁波信號的時間差t，再乘以對應氣壓下SF6氣體中的超聲波波速，計算可得放電源距離AE傳感器的距離。

4 結束語

特高頻局放檢測技術有較高的靈敏度和抗干擾能力，能現局部放電源位置的確定和類型識別，為運維提供參考依據，為檢修部門提供決策意見，從而確保在運行設備的安全、可靠運行。

參考文獻

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