基于局放信號特征建立GIS缺陷局放模型識別庫的研究及應用

陸曉勇，方 杰，牛 云

（河南平芝高壓開關有限公司，河南 平頂山 467000）

1 實驗室研究

1.1 試驗與測試系統

試驗采用了常規脈沖電流局放檢測法與特高頻測試回路相結合的綜合測試系統。通過兩種測量技術對局放波形進行對比和驗證。將各種缺陷放電模型置于封閉的樣機殼體內來模擬GIS局放，常規脈沖電流法采用并聯測試回路進行檢測。使用內置傳感器和外置傳感器分別進行特高頻測試。試驗和測試系統主要結構示意如圖1所示。

圖1 試驗與測試系統

1.2 模型設計

擬采用真實的局部放電物理模型來模擬GIS內部的局部放電現象，確保所產生的局部放電信號的真實性。針對現實中GIS設備運行過程中常見的故障缺陷，設計出四類典型的放電模型：

（1）絕殼體上尖端放電缺陷模型：由于殼體焊縫加工不良、磕碰或擦刮、較大金屬異物粘附殼體底部出現。通過在殼體內表面徑向安裝針形金屬材料來模擬這種放電類型。

（2）絕高壓導體上尖端放電缺陷模型：高壓導體表面有金屬突出物通常是由于倒角不良加工、或組裝時工器具擦刮。通過在導體外表面徑向安裝針形金屬材料來模擬這種放電類型。

（3）絕殼體上金屬自由顆粒放電缺陷模型：GIS在制造、組裝及運行過程中不可避免會出現自由金屬微粒，自由金屬微粒是GIS中最常見、危害最大的絕緣缺陷。通過在GIS殼體底部內表面上放置一定數量（3～5個）的片或針狀鋁材或銅材來模擬這種放電類型。

（4）絕緣子表面固定金屬微粒缺陷模型：在絕緣件組裝過程中磕碰到軟金屬材質工器具或產品零件，絕緣子表面刮蹭處會出現長片狀金屬微粒，以及其他自由金屬微粒與粘劑結合緊密附著在絕緣子表面進而形成絕緣表面固定金屬顆粒，如果長期固定在絕緣子表面，就會形成絕緣子表面金屬污染缺陷。通過條形細銅片或絲粘于絕緣子上面來模擬這種放電類型。

2 局放模型識別應用

目前，脈沖電流法和特高頻法廣泛應用于GIS制造廠內及現場運行電網。局放模型識別可以精確判定局放缺陷類型，做針對性故障處理和風險評估，主要應用在兩個方面：一是在GIS制造設備出廠絕緣試驗中的局放檢測評估；二是對運行的GIS變電進行特高頻局放檢測，對疑似局放現象識別判定。

2.1 運行GIS變電站局放檢測及識別

在對某126 kV GIS變電站進行帶電檢測過程中,發現斷路器與出線快速地刀之間特高頻局放檢測信號異常。特高頻局放檢測位置示意圖及異常部位現場實物圖如圖2所示。

對圖2中的各點進行特高頻檢測，檢測情況為測量點④、③無明顯局放信號接近背景噪音-78 DBm；測量點②信號幅值比背景噪音略大為-75 DBm，但與局放模式識別庫對比無明顯局放特征；測量點①、⑤均有明顯局放信號，局放測量數值大，分別為-61 DBm、66 DBm，且位置①處相較⑤處更大。測得各數據距離點①越遠,信號幅值越小。根據特高頻信號的傳輸特性及在GIS結構的信號衰減原理，可以得出信號源位于①、⑤之間，且距離位置①更近。

圖2 特高頻局放檢測位置及異常部位現場實物圖

為了排除外界干擾，能更好地觀察信號的連續性和局放特征，對異常部位采取分時段測量診斷。在3 d時間里早、中、晚三個時間段進行了局放測試。得出的特高頻信號局放圖譜波形類似，僅幅值稍有差異，但每次均為位置①信號較強。

根據前述檢測獲得的異常圖譜（圖3），對照局放模型識別庫圖譜進行對比分析：脈沖分布在正負半周的上升沿和下降沿，且正負半周對稱分布；信號幅值在不同相位基本保持不變，局放波形形態呈“一”字型，符合絕緣子表面固有金屬顆粒放電特征和局放圖譜。因此，判斷信號源位于①處附近的絕緣件上。經返廠解體檢查發現，靠近快速接地側絕緣子表面中部有約3 mm的細絲金屬物緊粘附于表面。

圖3 檢測數據顯示圖

2.2 GIS設備制造出廠絕緣試驗中的局放檢測

在對某252 kV OB間隔進行出廠試驗時，施加雷電沖擊電壓±1050 kV各三次通過，工頻耐受460 kV/min合格，但整體對地進行脈沖電流法局放檢測時發現局放異常；預加電壓460 kV時，動態局放量為1.5~8 pC且不斷跳動變化，相位分布在于0°~180°及180°~360°且沿180°軸線對稱，放電密度及放電量由90°及270°向兩側逐漸遞減；降低施加電壓至國標測量值175 kV，局放信號消失。

為了排除外界干擾信號，斷開252 kV OB間隔GIS設備進行試驗設備局放檢測未發現局放信號，進一步分開252 kV OB間隔各個斷口進行局放測量，最終確認局放源位于斷路器氣室。根據出現局放特征及圖譜分析，判定局放源位于斷路器氣室且為自由金屬異物。針對確認的斷路器氣室請裝配人員進行解體檢查，發現斷路器氣室殼體底部有機械剮蹭留下的鋁屑。由于定位及判定缺陷的準確性進而避免了過多拆解面及不必要GIS內部的二次污染。

3 結束語

利用缺陷放電模型，對不同局放缺陷類型的局放波形的特征和規律進行了總結，建立了典型局放類型識別庫。運用局放缺陷類型的局放波形的特征及局放類型識別庫，在現場實踐中得到了應用。對設備制造廠內出廠局放檢測和現象運行設備的帶電巡檢、維護檢修均具有重要的指導意義。