110 kV GIS盆式絕緣子局部放電檢測技術研究

摘要：氣體絕緣金屬封閉組合電器因優勢較多，如占地面積小、可靠程度高、安裝便捷、操作簡單等，在我國電力工程中得到廣泛應用。但由于GIS結構緊湊，內部空間狹小且電場較為集中，在安裝過程中，因工藝問題可能會出現毛刺與金屬顆粒，引發局部放電現象，造成設備安全事故。針對110kVGIS盆式絕緣子局部放電情況，以某檢測案例為基礎，分析信號幅值、信號先后對比及時差計算的局部放電定位方式，并闡述標準雷電、振蕩雷電沖擊及光學檢驗的局部放電檢測技術。

關鍵詞：110kVGIS盆式絕緣子局部放電電力工程

中圖分類號：TM63

ResearchonPartialDischargeDetectionTechnologyfor110kVGISBasinInsulators

QIGuozheng

QufuPowerSupplyCompanyofStateGridShandongElectricPowerCompany，Ji’ning，ShandongProvince，272000China

Abstract：GasinsulatedmetalenclosedcompositeelectricalapplianceshavebeenwidelyusedinChina’spowerengineeringduetotheiradvantagessuch assmallfootprint，highreliability，convenientinstallation，andsimpleoperation.However，duetothecompactstructure，narrowinternalspace，andconcentratedelectricfieldofGIS，processissuesduringinstallationmaycauseburrsandmetalparticles，leadingtopartialdischargeandequipmentsafetyaccidents.Regardingthepartialdischargesituationof110kVGISbowlinsulators，basedonacertaindetectioncase，thispaperanalyzesthepartialdischargepositioningmethodfor110kVGISbasininsulators，includingsignalamplitude，signalsequencecomparison，andtimedifferencecalculation.Italsoelaboratesonpartialdischargedetectiontechniquesofstandardlightning，oscillatinglightningimpulse，andopticalinspectiontechnology.

KeyWords：110kVGIS;Basininsulator;Partialdischarge;Powerengineering

GIS主要由斷路器、互感器、避雷器、母線、刀閘等組成，各類構件均密封在內部含有SF6絕緣氣體的金屬接地外殼中，因此又稱之為SF6全封閉組合電器。由于GIS占地面積較小，且受到外界因素的影響較少，日常維修工作量小，人員安裝和維護較為便捷，對成本管控具有重要作用，因此在我國電力工程中得到廣泛的應用。但是該設備內部電場相對較為集中，在長時間運行過程中，一旦發生接觸不良等問題，極易出現局部放電現象。雖然微弱的局部放電并不會造成絕緣物質擊穿，但長時間運行，會降低絕緣性能，進而影響設備運行。因此，開展局部放電檢測工作，及時發現設備故障問題，并采取有效的處理措施，能夠保障系統的安全穩定運行。

1盆式絕緣子局部放電定位

為有效解決盆式絕緣子的局部放電問題，要對放電源的具體位置進行準確定位。在準確定位后，要對其開展實時監測，分析局部放電的原因并制定科學有效的解決措施。在實際工作中，可采取以下幾種方式對放電源進行定位。

1.1信號幅值對比

該方式主要是對比各測量點的數據信息進行放電定位。盆式絕緣子的UHF信號在傳輸過程中會不斷減弱，導致測量點接收到的信號幅值存在一定差異，距離放電地點越近，信號幅值越大。因此，在設備定位測量過程中，將傳感器放置在不同位置，通過對比測試信號的幅值，信號最大的區域就是放電位置。該種定位方式操作簡單，只需使用UHF探頭，觀察放電信號情況，并對比信號幅值，便可進行定位[1]。

1.2信號先后對比

該方式主要是對比信號到達各傳感器的時長進行放電定位。由于盆式絕緣子的放電源單一，放電信號的變化幅度較小，到達傳感器的時間存在差異，先接收信號的傳感器距離放電源較近。因此，將傳感器A放置在盆式絕緣子外殼處，隨后將傳感器B放置在相鄰的盆式絕緣子外殼處，如果檢測過程中，傳感器A接收的信號相對比B的信號較早，則代表放電位置處于A盆式絕緣子附近區域。相反，則處于B區域。通過不斷重復上述操作便可以確定放電位置。

1.3時差計算法

該方式能夠準確定位放電位置，通過測量兩個傳感器信號的時間差，以明確放電區域。實際操作階段，應綜合考慮電磁波傳播速度的影響，并計算傳感器信號傳播的時差，明確放電位置[2]。

通過上述內容可知，信號幅值對比法與信號先后對比法，在GIS盆式絕緣子的局部放電源定位中，均能夠發揮出一定的作用和價值，但二者的操作方法以及優勢特征存在一定的差異。信號幅值對比法的優點在于操作較為簡單，定位的效率較高，但受檢測信號的干擾較大，若信號幅值的變化過大，就難以保證定位的精準性。而信號先后對比法操作流程相對較為繁雜，但定位的準確性更高。此外，時差計算法雖然受電磁波傳播速度的影響較大，但是在明確信號傳播時差的情況下，選擇這種方式，能夠更準確地進行定位。因此，要結合不同的放電類型有針對性選擇相應定位方式。

2盆式絕緣子局部放電檢測方法

2.1標準雷電沖擊檢測

頻率較低的交流電壓、直流電壓及頻率較高的沖擊電壓，在放電時延、放電量、放電統計分布模式及發展模式中存在較大差異。相較于工頻電壓，沖擊電壓能控制局部放電電暈的穩定性。實際操作階段，在盆式絕緣子進行沖擊耐壓試驗的同時開展局部放電檢測，能夠準確地識別異常放電狀況。沖擊電壓的幅值較工頻電壓高，波形相對陡峭，容易產生局部放電現象，進而能夠發現細微的絕緣缺陷問題。運維人員依據檢測結果提前做好絕緣缺陷預防工作，降低局部放電問題的發生概率[3]。但是盆式絕緣子的電容入口相對其他設備大，如果電容過大，會導致波前時間過長，無法產生標準的雷電沖擊波。此外，沖擊回路火花在點燃過程中也容易產生較強的電磁脈沖干擾，影響局部放電檢測工作的準確性[4]。

2.2振蕩雷電沖擊監測

研究表明，在振蕩雷電沖擊電壓的作用下，局部放電信號最先出現在振蕩電壓的第一個周期波峰位置，且隨著電壓的不斷升高，放電信號會逐步出現在后期的波峰處。該種檢測方式相較于傳統手段具有明顯優勢，但是隨著波頭時間的延長，檢測出缺陷的可能性會大大降低，當波前時間大于10μs時，震蕩性雷電沖擊電壓相對于標準電壓擊穿電壓將高10%～20%，隨著電壓等級的增大，擊穿電壓的相差數量也逐步增大。由于持續振蕩，會導致沖擊電壓發生隙弧重燃，該環節中產生的電磁信號會影響局部放電信號，導致各類帶電檢測裝置受到影響。因此，該項檢測方式也不適應于現場檢測。

2.3光學檢測法

當GIS設備表面存在缺陷，會出現電暈、電弧等不同程度的放電狀況，在放電過程中，釋放的電量不僅會造成電荷轉移及電能損耗問題，還會產生嚴重的光輻射現象。經研究發現，局部放電光譜主要集中在紫外波區域，隨著放電量增加，紫外光輻射強度也會不斷增強。對此，可利用局部放電的光學特征，實行光學檢驗。通過使用多個紫外光纖探頭或探測器布置檢測矩陣，可以準確判定是否存在局部放電現象。該種檢測方式的優勢在于檢測結果較為直觀，且受到外界因素影響較小，檢測靈敏度高，可以準確判斷局部放電現象。

通過對上述3種局部放電檢測技術的綜合分析可知，不同檢測技術的檢測條件以及檢測優勢存在差異，其中標準雷電沖擊檢測技術在細微絕緣缺陷的檢測上優勢明顯，振蕩雷擊沖擊檢測技術受電磁信號的影響較大，光學檢測技術的適用范圍廣。對此，在開展盆式絕緣子的局部放電檢測工作時，光學檢測技術的適用性要更強。

3盆式絕緣子局部放電檢測案例

3.1設備概況

檢測設備為220kV變電站中的110kVGIS設備，該設備主要由三相共箱式結構組成，額定電壓與額定電流分別為126kV、3150A，參數為ZF12-126（L），于2019年正式投入運行。

3.2數據分析

特高頻局部放電檢測過程中，發現主變壓器間隔的盆式絕緣子位置出現異常高頻信號問題，且圖譜特征基本一致，僅幅值存在一定差異。

檢測當天溫度為18℃，空氣濕度為60%，天氣晴朗。經檢測發現，盆式絕緣子區域的特高頻信號圖譜在整個周期內呈現兩處放電信號，且幅值較大，懸浮類放電相位分布的脈沖序列圖譜則呈現外八字和內八字分布特征。檢測階段空氣中未發現異常高頻信號，由此可判斷該區域可能存在局部放電問題，且放電源位于設備內部。

在向兩側移動傳感器過程中，盆式絕緣子上方檢測的信號幅值不斷減小，可通過幅值對比的方式初步判斷異常放電位置。為增強定位精準性，可結合信號先后對比技術，通過調整傳感器位置，讀取時差確定放電源位置。計算公式如下。

（1）

式（1）中：Δt為信號時差；L為傳感器距離；c為電磁波在GIS中的傳播速度；t1、t2為傳感器接收到電磁波信號的時間。通過該種方式確定異常放電位置，有利于增強定位工作的準確性。

3.3異常信號跟蹤

為避免停電隔離對周邊用戶的生活、生產造成影響，實時監視設備運行是第一選擇。依據放電特性，在間隔區域安裝GIS設備特高頻實時監測系統。該系統以光學檢測技術為基礎，以分析特高頻信號為手段，全時段監測信號變化情況。該系統整合經驗數據，可預先設置預警區域，一旦信號超出報警閾值，系統會立即上傳報警信息。經過一段時間的發現，該區域異常信號幅值未出現異常變化，放電特征也與前期檢測結果保持一致，說明該間隔處于平穩運行狀態。

為進一步分析放電特性，通過對比分析長期監測的實時數據，發現50Hz頻率相關性和100Hz頻率相關性存在交替領先狀況，代表該區域可能存在兩種放電現象，其中50Hz頻率特性代表尖端放電，100Hz頻率特性代表絕緣放電。當100Hz頻率特性領先于50Hz頻率特性時，放電現象的發生次數明顯增多，這時放電幅值也會大幅度升高，但該現象的持續時間較短。當50Hz頻率特性領域于100Hz頻率特性時，經過檢測發現放電幅值的整體狀態較為穩定，在此基礎上，可判斷50Hz頻率特性持續存在放電現象，而100Hz頻率特性具有放電間歇的特點并且整體幅值較大，最終判斷該區域放電類型為持續尖端和間歇性放電形態的重合[5]。

4結語

綜上所述，為保證GIS運行的安全性以及穩定性，及時排查出設備運行過程中潛在的隱患、缺陷很有必要。做好局部放電檢測工作，提前發現局部放電現象更是一項重要的手段。本文通過總結和分析盆式絕緣子局部放電定位、檢測方法，以及結合某檢測案例進行具體研究。在以后的工作中，要結合特高頻圖譜特性，綜合考慮多手段進行放電定位和檢測。同時，根據實時采集的運行數據，初步分析局部異常放電的發展趨勢，有針對性地采取增加絕緣介質密度或者停電更換構件及定期維護構件等方式，強化GIS運行，進一步保障設備安全。

參考文獻

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[5] 高晉武.基于超聲波的GIS單相盆式絕緣子裂紋檢測方法的研究[D].太原：太原理工大學，2021.