GIS局放在線監測裝置校驗輔助支撐工具的研制

朱躍勝 曾 莉 陳文鴻 邱時嚴

（廣東電網有限責任公司江門供電局，廣東 江門 529000）

0 引言

氣體絕緣金屬封閉開關設備（Gas Insulated Switchgear，GIS）采用SF6氣體作為絕緣和滅弧介質，將斷路器、隔離開關、接地開關、互感器、套管、避雷器、母線等元件封裝在一密閉接地金屬殼體中[1]。GIS局放在線監測技術的普及穩定應用，實現了對GIS一次設備狀態的持續在線監測，能及時有效地發現GIS一次設備絕緣缺陷，目前已安裝GIS局放在線監測系統的站點可取消高壓試驗常規周期測試，切實體現出了在線監測技術的替代性效果。為確保GIS局放在線監測裝置的可用性，按現行GIS局放在線監測裝置運維要求，安裝于500 kV的GIS局放在線監測裝置需按周期每年開展一次校驗，安裝于220 kV及以下的GIS局放在線監測裝置需按周期每兩年開展一次校驗。

1 外置式GIS特高頻局放在線監測原理及校驗原理

1.1 監測原理

特高頻局部放電監測法具有靈敏度高、抗干擾能力強的優點，隨著技術的日趨成熟，已成為電力設備在線監測的重要手段[2]。其監測原理是由于GIS內部的局部放電能激發穿透性極強的特高頻（UHF）電磁波信號，該信號能夠從盆式絕緣子和GIS外殼的接縫處泄漏到外部，因此將測試傳感器放置在非屏蔽盆式絕緣子處，在UHF頻段（300 MHz以上）接收及耦合GIS內部信號，既能避開一般的電磁干擾，又能準確測量GIS內部的放電信號，同時配置實時信息采集裝置，可實現GIS特高頻局放信號的在線監測。

1.2 校驗原理

GIS局部放電產生的特高頻電磁波信號在非金屬材料中具有穿透性強的特點，在盆式絕緣子或絕緣襯墊處會發生輻射現象。根據GIS局部放電特高頻信號的傳播特征和GIS在線監測裝置的監測原理，進行GIS局部放電特高頻在線監測裝置運行中校驗時，在某處盆式絕緣子或絕緣襯墊處注入特高頻電磁波信號，安裝在其他位置盆式絕緣子處的在線監測傳感器可接收到輻射出的注入信號，通過與標準傳感器對比驗證待校驗傳感器的性能[3]。

2 校驗方法選擇及存在問題

依據校驗原理，可采用兩種方法對GIS特高頻局放在線監測傳感器的可用性進行校驗。

第一種方法是模擬局部放電的形式，固定在GIS設備某個位置注入輻射信號，然后根據現場傳感器安裝位置，利用時差定位法計算每個傳感器接收到的信號數據，最后與后臺數據進行比對，從而判定裝置的可用性（圖1）。然而，采用該方法存在兩個問題：其一是計算量比較大，尤其是傳感器越多計算量越大，需要工作人員花費大量時間在計算上；其二是GIS的二維等效將帶來無法消除的誤差。

圖1 模擬局部放電方式進行校驗

第二種方法則是采用移動校驗的方式，在每一個傳感器旁邊注入輻射信號，盡量貼近被測傳感器，從而對單個傳感器進行數據校驗并判定其可用性。該方法存在三個問題：其一是工作具有重復性特征，需要對每個傳感器進行信號注入；其二是工作所需人員增加，設備安裝現場與后臺屏柜必須同步開展工作，所需人員與方法一比較，需增加一名；其三是現行開展GIS局放在線監測系統校驗使用的信號發射源與傳感器由軟通信線連接，總長度約40 cm，但由于現場GIS局放在線監測傳感器安裝高度不一，目前在定檢過程中要么通過爬梯的方式由人員手持給被校驗傳感器注入信號，要么臨時采用塑料管或絕緣棒對信號發射源與傳感器進行固定綁扎再去使用，存在多次登高爬梯增加安全風險及工作效率較低下等問題，且使用現有支撐棒綁扎使得信號注入傳感器方向單一，在測試過程中需要人手多次調整角度才能取得準確信號，每次工作前后都需要重復綁扎拆卸，工作效率低下。

綜合兩種方法優缺點，當前的校驗工作主要采用方法二，方法一更多用于故障定位工作。

3 設計思路及裝置結構

針對移動校驗存在的問題，主要可從工具入手，研制一種多功能GIS局放在線監測裝置校驗輔助支撐工具，從而提高工作效率。該工具應具有以下特點：

（1）材質輕便且長度可拼接。該輔助支撐工具應采用較為輕便的絕緣桿作為主體支撐棒，方便工作人員校驗使用，同時可根據現場工作環境需要拼接支撐棒長度，貼合工作實際。

（2）固定牢靠且拆接方便。該輔助支撐工具頂部設有傳感器固定槽，中部設有可移動的信號發生器固定槽，分別將傳感器和信號發生器固定在支撐桿上，不易脫落，同時傳感器和信號發生器應可拆卸。

（3）傳感器固定槽位置可調。該輔助支撐工具頂部傳感器固定槽應使用特殊材料制作，使得傳感器在使用過程中可以調節位置，盡可能貼近被測傳感器，使校驗工作更加準確。

通過對多功能GIS局放在線監測裝置校驗輔助支撐工具的定位分析，研制出了第一代支撐工具（圖2），并對其進行了實戰性檢驗。

圖2 第一代GIS局放在線監測裝置校驗輔助支撐工具

在實際校驗過程中發現，該工具并不能很好地為校驗工作帶來實質效果，主要存在以下三個問題：一是傳感器調節方向單一，而且當螺絲松動后無法支撐傳感器的重量；二是信號發生器位置固定在支撐桿上，傳感器因軟通信線牽制導致調節受限；三是信號發生器拆卸不方便，導致信號發生器存在充電困難的問題。

針對上述問題，對支撐工具進行了改進（圖3、圖4）：1）采用羊角螺母、手柄螺絲以及大號螺紋螺絲將傳感器固定槽和信號發生器固定槽固定在支撐桿上，工作人員可徒手操作安裝，無須使用手工具，同時增加了傳感器的調節范圍。2）通過十字架模型實現前后左右旋轉，具備多角度貼合功能，有利于將信號輸送到被測試設備上，使測試工作方便快捷。3）在傳感器旋轉過程中信號發生器槽位可滑動調節，確保了信號線不受牽扯。

圖3 多功能GIS局放在線監測裝置校驗輔助支撐工具設計圖

圖4 輔助支撐桿

4 應用情況及應用前景

該輔助支撐工具已在變電站GIS局放在線監測系統校驗中進行了測試使用，驗證了該工具的預期設計效果。對于并行排列的三相GIS設備，在對較高以及中間相設備傳感器進行測試時效果尤為明顯，解決了人工手持測量難以貼合到位的問題（圖5）。隨著當前城市化進程的不斷深入發展，GIS站點比例逐年攀升，GIS局放在線監測裝置安裝數量也隨之攀升，其相應的維護校驗工作量也在逐年增長。對于GIS局放在線監測裝置校驗這一項新興業務工作，本次研制出的多功能校驗輔助支撐工具非常切合運維班組工作需要，具有適用性廣、實用性強的特點，在提高安全生產水平的同時，亦可提高工作的開展效率，有效減輕了運維人員的工作負擔。

圖5 GIS局放在線監測系統校驗應用場景

5 創新點

（1）多功能GIS局放在線監測裝置校驗輔助支撐工具材質輕便，可根據需要拼接不同長度，適用于多種不同高度的GIS設備場地，減少了人員登高操作，提升了操作安全水平。

（2）增加了可旋轉角度傳感器支架框接頭，對于安裝于不同方位的被校驗傳感器操作起來更加便捷高效。

6 結束語

隨著GIS局放在線監測裝置校驗工作的常態化開展，多功能GIS局放在線監測裝置校驗輔助支撐工具的投入使用，將提高校驗工作效率，降低操作安全風險，有效減輕運維人員工作壓力，并解決部分空間局限人工手持方法難以校驗的難題。同時，該輔助支撐工具具備伸縮拼接功能，在查找局放信號源的定位測試工作中可作為移動傳感器的接收定位支撐點，適用性非常廣，是一套非常有利于運維班組使用的實用性工器具。在后續使用中，可對該輔助支撐工具進行持續改進，使其更加適應工作需求。