基于GIS設(shè)備局部放電在線監(jiān)測(cè)研究與應(yīng)用

云南文山電力股份有限公司 李月芹

云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司文山供電局 蔣體浩 朱洪明

基于GIS設(shè)備局部放電在線監(jiān)測(cè)研究與應(yīng)用

云南文山電力股份有限公司 李月芹

云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司文山供電局 蔣體浩 朱洪明

氣體絕緣全封閉組合電器（GIS）因?yàn)榫哂性S多優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)代變電站中得到了廣泛的應(yīng)用。GIS設(shè)備局部放電對(duì)電力設(shè)備有很大的危害，有必要對(duì)其進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)。本文介紹了一種超高頻局部放電在線監(jiān)測(cè)技術(shù)，并根據(jù)應(yīng)用實(shí)例說(shuō)明其優(yōu)越性。

GIS設(shè)備；局部放電；超高頻法；在線監(jiān)測(cè)

1 引言

氣體絕緣全封閉組合電器（GIS）的使用非常廣泛，具有很多突出的優(yōu)點(diǎn)，比如：結(jié)構(gòu)比較緊湊、占地面積小、運(yùn)行可靠、維護(hù)簡(jiǎn)單等。然而正是由于GIS的這一特點(diǎn)，在其全封閉式的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)下，一旦發(fā)生內(nèi)部故障，處理起來(lái)將是很棘手。尤其是當(dāng)GIS發(fā)生局部放電時(shí)，其絕緣結(jié)構(gòu)就會(huì)遭到破壞，并導(dǎo)致SF6氣體分解，更嚴(yán)重的是會(huì)影響設(shè)備內(nèi)部電場(chǎng)分布，最終導(dǎo)致絕緣結(jié)構(gòu)的擊穿，造成嚴(yán)重的后果;因此對(duì)GIS設(shè)備實(shí)施局部放電在線監(jiān)測(cè)及進(jìn)行持續(xù)研究是十分必要的。

氣體絕緣全封閉組合電器局部放電的檢測(cè)的方法有多種，如超高頻法、超聲法、化學(xué)檢測(cè)法、SF6氣體的檢測(cè)、震動(dòng)法、脈沖電流檢測(cè)法等。目前，大量采用超高頻(UHF)局部放電在線監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)GIS局部放電實(shí)施監(jiān)測(cè)與診斷，現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)在線采集局部放電過(guò)程產(chǎn)生的超高頻電磁波信號(hào)來(lái)反映局部放電，并且能有效地避開(kāi)現(xiàn)場(chǎng)的電暈因素等影響，可以提前預(yù)警事故發(fā)生前設(shè)備健康狀況電氣量的變化，通過(guò)應(yīng)用在線監(jiān)測(cè)技術(shù)，對(duì)GIS設(shè)備運(yùn)行中的各種電氣量進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤檢測(cè)，及時(shí)有效的預(yù)控設(shè)備可能出現(xiàn)的各種異?；蚬收险髡祝\(yùn)行人員通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備的絕緣健康狀態(tài)，提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備健康狀況的變化趨勢(shì)并立即處理設(shè)備可能出現(xiàn)的故障。

本文通過(guò)超高頻局部放電檢測(cè)法在氣體絕緣全封閉組合電器檢測(cè)的應(yīng)用實(shí)踐，介紹基于超高頻的GIS局部放電在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該方法采用特定的無(wú)線傳感器接收GIS設(shè)備局部放電發(fā)出的UHF電磁波信號(hào)來(lái)反映局部放電，超高頻法檢測(cè)頻段比較高、抗干擾能力強(qiáng)、靈敏度、需要的傳感器檢測(cè)點(diǎn)少。UHF檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)使其得到了廣泛的應(yīng)用。能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備絕緣狀態(tài)，為及時(shí)處理設(shè)備故障提供條件。

2 現(xiàn)狀分析

2.1 局部放電

局部放電是指設(shè)備局部的絕緣被擊穿，而并未在導(dǎo)體絕緣間造成貫穿性導(dǎo)電通道的現(xiàn)象。GIS設(shè)備絕緣在足夠強(qiáng)的電場(chǎng)作用下局部范圍內(nèi)發(fā)生的放電,每一次對(duì)絕緣介質(zhì)都會(huì)有一些影響。輕微的局部放電使GIS設(shè)備絕緣強(qiáng)度的緩慢下降，而嚴(yán)重的局部放電則會(huì)使設(shè)備的絕緣強(qiáng)度迅速下降，最終造成絕緣損壞。每次放電時(shí)，高能量電子和加速電子的沖擊都會(huì)引起多種形式的物理效應(yīng)和化學(xué)反應(yīng)，破壞絕緣的分子結(jié)構(gòu)，加速絕緣損壞過(guò)程。GIS設(shè)備一旦發(fā)生絕緣故障，引起的停電時(shí)間長(zhǎng)，檢修費(fèi)用高，損失巨大。為了防止GIS絕緣故障的發(fā)生，隨時(shí)掌握設(shè)備的運(yùn)行工況，對(duì)GIS進(jìn)行局部放電在線監(jiān)測(cè)是很必要的。

綜合分析發(fā)現(xiàn)，由于設(shè)備的制造工藝以及安裝條件的不同影響，是造成GIS設(shè)備局部放電的主要原因，要盡量防止在安裝時(shí)使一些異物或灰塵進(jìn)入母線筒，造成導(dǎo)體部分的損傷，以致發(fā)生局部放電，威肋設(shè)備以及系統(tǒng)的安全。對(duì)GIS設(shè)備進(jìn)行局部放電在線監(jiān)測(cè)，可以監(jiān)測(cè)GIS設(shè)備內(nèi)部的情況，為及時(shí)出去可能存在的安全隱患提提供條件，確保系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2.2 GIS設(shè)備內(nèi)部缺陷產(chǎn)生局部放電的特征

GIS設(shè)備發(fā)生局部放電大多數(shù)都是由于內(nèi)部缺陷造成的，要對(duì)其局部放電進(jìn)行在線檢查首先就要了解設(shè)備內(nèi)部缺陷產(chǎn)生局部放電的特征：

(1)首先發(fā)生在帶導(dǎo)體周圍的電暈放電與空氣中的電暈放電相似，設(shè)備在施加電壓的正負(fù)峰值附近發(fā)生局放脈沖時(shí)，隨著施加電壓變化，局放脈沖量呈線性變化。

《意見(jiàn)稿》提到，快遞運(yùn)單已注明為生鮮產(chǎn)品、貴重物品、易碎品、代收貨款等需要當(dāng)面交接的快件，不得使用智能快件箱收寄或者投遞，智能快件箱使用企業(yè)與用戶另有約定的除外。快件出現(xiàn)外包裝明顯破損、重量與快遞運(yùn)單記載明顯不符等異常情況的，不得使用智能快件箱投遞快件。

(2)對(duì)于自由導(dǎo)電微粒和固體導(dǎo)體上金屬突起放電的相位分布有著顯著不同；GIS設(shè)備內(nèi)殘留的金屬碎屑或金屬顆粒產(chǎn)生的各種效應(yīng)是最為嚴(yán)重的；而絕緣子表面的工藝瑕疵有助于其表面電荷的聚集，嚴(yán)重時(shí)會(huì)形成表面沿面放電，誘發(fā)絕緣子表面的絕緣劣化，甚至擊穿。

3 應(yīng)用研究

3.1 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成

在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的工作流程見(jiàn)下圖1所示。GIS設(shè)備監(jiān)測(cè)點(diǎn)將監(jiān)測(cè)到的超高頻電磁信號(hào)傳遞至超高頻傳感器；然后在超高頻傳感器的作用下轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)輸出，再由采集單元采集并處理，最后轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)數(shù)字信號(hào)后存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)中；由人工智能分析診斷軟件對(duì)存儲(chǔ)的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行分析診斷。

分析可知，該系統(tǒng)組成的三個(gè)重要部分為：數(shù)據(jù)分析與診斷軟件、數(shù)據(jù)采集單元、超高頻傳感器。其中該系統(tǒng)中最重要的分析與診斷的軟件為人工智能化的控制軟件，可以進(jìn)行智能化分析和處理采集到的有關(guān)數(shù)據(jù)，并給出診斷結(jié)果和相應(yīng)措施。

圖1 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的工作流程

GIS設(shè)備監(jiān)測(cè)點(diǎn)的主要組成包括：電流互感器、隔離開(kāi)關(guān)、斷路器、接地開(kāi)關(guān)、快速接地開(kāi)關(guān)、母線以及分支母線等。

3.2 超高頻局部放電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的特點(diǎn)

超高頻局部放電（PDM）監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要有以下特點(diǎn)。

(2)PDM監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以有效地屏蔽信號(hào)干擾，正確率高；

(3)PDM監(jiān)測(cè)系統(tǒng)因?yàn)殪`敏度高，對(duì)于多種局部放電的信號(hào)都能夠準(zhǔn)確識(shí)別識(shí)別；

(4)PDM監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)的共享功能，將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳至互聯(lián)網(wǎng)，通過(guò)遠(yuǎn)程訪問(wèn)程序就可以任意訪問(wèn)以聯(lián)網(wǎng)的監(jiān)測(cè)站，可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的集中化處理，方便查看設(shè)備的狀態(tài)，方便管理；

(5)對(duì)于GIS設(shè)備和電力變壓器，PDM監(jiān)測(cè)系統(tǒng)都可以監(jiān)測(cè)他們的局部放電情況，方便便捷；另外，對(duì)與兩種不同的設(shè)備，PDM監(jiān)測(cè)系統(tǒng)都可以實(shí)施檢測(cè)；

(6)PDM監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的局部放電源定位功能使其得到了更加廣泛的應(yīng)用，為設(shè)備的檢修工作提供了方便。

3.3 超高頻局部放電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例

超高頻局放監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)UHF耦合器采集3相的局部放電信號(hào)，通過(guò)同軸電纜連接到光電轉(zhuǎn)換裝置（OCU）。每個(gè)光電轉(zhuǎn)換裝置采集3個(gè)耦合器的UHF信號(hào)后進(jìn)行數(shù)字化處理，通過(guò)光電隔離濾除干擾源。然后，匯集到匯控柜，再通過(guò)光纜送到主控制室的設(shè)備機(jī)箱。在主控室的設(shè)備柜的主機(jī)將采集的各OCU數(shù)據(jù)壓縮保存到硬盤里；遠(yuǎn)端設(shè)備終端可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)及時(shí)調(diào)用局放在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)和有關(guān)設(shè)備參數(shù)。當(dāng)檢測(cè)到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備存在局放時(shí)，通過(guò)系統(tǒng)配置的基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和基因算法的專家系統(tǒng)診斷軟件，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸類，評(píng)估分析結(jié)果，判斷缺陷類型。通過(guò)專家系統(tǒng)的趨勢(shì)分析功能，可以查找特性量的異常變化，一旦發(fā)現(xiàn)惡化趨向，即發(fā)出語(yǔ)音報(bào)警信號(hào)。如今在實(shí)際GIS產(chǎn)品中應(yīng)用的超高頻局放監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)頻帶的帶寬為500MHz～1500MHz。它利用的數(shù)據(jù)庫(kù)支持的專家系統(tǒng)，識(shí)別確切的局部放電信號(hào)，濾除外部干擾信號(hào)確保了較寬的監(jiān)測(cè)帶寬，使檢測(cè)系統(tǒng)的靈敏度更高；且該系統(tǒng)可不設(shè)置抗干擾檢測(cè)閥值，使該系統(tǒng)有更好的靈敏度和可靠性；通過(guò)配置適當(dāng)?shù)鸟詈掀鞑键c(diǎn)，可以準(zhǔn)確地檢測(cè)出在任何地方產(chǎn)生的≥3pC局部放電量。

為了驗(yàn)證檢驗(yàn)局放在線監(jiān)測(cè)的可靠性，我們?nèi)斯ぶ谱鞣烹婞c(diǎn)，放在GIS罐體內(nèi)部，在不同電壓等級(jí)下采集局放信號(hào)進(jìn)行比較。隨著電壓的升高放電信號(hào)開(kāi)始出現(xiàn)，放電重復(fù)率逐漸增加，放電幅值增大，這都符合電暈放電的特點(diǎn)。說(shuō)明該系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確的捕捉、識(shí)別放電信號(hào)。通過(guò)一些工程安裝的實(shí)例，超高頻局放監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)的反映GIS設(shè)備的局部放電情況，為GIS設(shè)備從“定期維修”過(guò)渡到“狀態(tài)維修”提供了條件，增強(qiáng)了GIS設(shè)備的智能化程度，為智能電網(wǎng)的推廣奠定了基礎(chǔ)。

4 結(jié)束語(yǔ)

利用超高頻在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)GIS設(shè)備內(nèi)部放電過(guò)熱故障產(chǎn)生的雜質(zhì)最大可接受的質(zhì)量等級(jí)分解物進(jìn)行測(cè)量；對(duì)GIS設(shè)備局部放現(xiàn)象進(jìn)行檢測(cè)，并定位局部放電源、確定放電類型；實(shí)例證明超高頻在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能對(duì)GIS設(shè)備進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)。

[1]韓小蓮．GIS局部放電系統(tǒng)的研究[J]西安:西安交通大學(xué), 1995．

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[3]金立軍,劉衛(wèi)東GIS金屬顆粒局部放電的試驗(yàn)研究[J]．高壓電器,2002．38．

[4]何勝紅,洪海程,任亞英．帶電測(cè)試技術(shù)在GIS避雷器的應(yīng)用[J]．電瓷避雷器,2011(05)．

[5]林李波,GIS局部放電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用研究[D]．華南理工大學(xué),2011．

李月芹（1974-），女，現(xiàn)供職于云南文山電力股份有限公司工程師。

蔣體浩（1976-），男，云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司文山供電局工程師。

朱洪明（1979-），男，云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司文山供電局工程師。