GIS絕緣故障的監(jiān)測與診斷

邱翠婷

摘 要：GIS發(fā)生故障時(shí)通常表現(xiàn)為內(nèi)部絕緣故障，常見故障類型可以分為自由微粒、懸浮電位、尖端放電和絕緣子缺陷四種。GIS的絕緣故障在線監(jiān)測和診斷方法有很多，其中超高頻診斷方法是最常見的一種。本文對GIS絕緣故障的監(jiān)測與診斷方法進(jìn)行了綜述，并且重點(diǎn)分析了超高頻診斷方法，總結(jié)了這四種絕緣故障的圖譜及它們各自的特點(diǎn)。分析表明：超高頻診斷方法在實(shí)際應(yīng)用中占有十分重要的地位，能夠確保GIS設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：GIS；絕緣故障；超高頻診斷

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.02.010

1 引言

GIS的別名叫做氣體絕緣變電站，它是一種由金屬封閉起來的開關(guān)設(shè)備。GIS里面的電器元件之間用SF6氣體進(jìn)行絕緣填充[1]。相對于其它開關(guān)設(shè)備而言，GIS空間利用率高、占地面積小，并且由于SF6出色的絕緣性能而顯示出較高的可靠性，因此成為目前電網(wǎng)中的重要部件之一。但是目前電網(wǎng)故障率一直保持較高水平，GIS一旦出現(xiàn)故障將造成大規(guī)模停電事故。所以，保證GIS的安全運(yùn)行至關(guān)重要。

GIS故障時(shí)，內(nèi)部絕緣出現(xiàn)問題的可能性比較大。據(jù)經(jīng)驗(yàn)可知，絕緣部分產(chǎn)生故障的原因可以分為：（1）澆鑄件內(nèi)部缺陷損傷；（2）自由金屬微粒引發(fā)放電現(xiàn)象；（3）突出物引發(fā)電暈放電；（4）觸頭接觸不良引起火花放電。當(dāng)GIS內(nèi)部絕緣部分發(fā)生故障時(shí)，需要通過物理或者化學(xué)等在線監(jiān)測和診斷方法進(jìn)行及時(shí)處理，以便快速采取有效措施排除故障保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2 GIS絕緣故障監(jiān)測與診斷方法

針對GIS絕緣故障，可以通過化學(xué)法、振動(dòng)法、電氣法等對故障類型及原因進(jìn)行診斷，以便對GIS運(yùn)行中一些不利因素進(jìn)行科學(xué)認(rèn)識(shí)了解，使GIS的運(yùn)行更加穩(wěn)定可靠。

化學(xué)法是通過分析放電現(xiàn)象中SF6氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后的氣體組分來判斷故障類型[2]。但是目前國內(nèi)外仍然缺乏科學(xué)的判斷標(biāo)準(zhǔn)，使得化學(xué)診斷方法依舊處于可行性探討階段。振動(dòng)法是通過分析局部放電現(xiàn)象中的振動(dòng)信號(hào)來診斷故障類型，其中用于分析的振動(dòng)信號(hào)由超聲波傳感器來接收。振動(dòng)法也稱為超聲波法，目前有關(guān)超聲波法的研究相對較少，頻率范圍特征還不是很明顯。超聲波法目前的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在放電源定位上，但是對于一些絕緣故障放電類型還存在判定盲區(qū)，因此需要通過其他監(jiān)測方法配合進(jìn)行。電氣法通過在測量阻抗施加電壓來獲得電氣量變化信息，根據(jù)電氣量信息診斷故障類型。脈沖放電診斷和超高頻診斷是電氣法中最為常見的兩種。但是脈沖診斷方法抗干擾能力差，容易受電磁干擾影響，并且無法定位放電源，通常在診斷前期用于判斷是否存在局部放電現(xiàn)象。

3 超高頻在線監(jiān)測與診斷方法

3.1 超高頻診斷原理

進(jìn)行GIS絕緣故障診斷的首要任務(wù)為提取待分析的現(xiàn)場信號(hào)。采用超高頻在線診斷方法時(shí)，現(xiàn)場信號(hào)由超高頻探頭接收，超高頻探頭既可以安裝在GIS內(nèi)部也可以安裝在GIS外部。超高頻探頭可以接收GIS局部故障發(fā)出的頻率為500-3000MHz的超高頻電磁波信號(hào)。接收到的電磁波信號(hào)經(jīng)過處理后可以輸出超高頻和超高頻檢波兩種信號(hào)。經(jīng)過檢波后，其中的超高頻信號(hào)可以得到一個(gè)單極性寬脈沖信號(hào)，該信號(hào)便為最終觀察信號(hào)。通過觀察信號(hào)，可以得知局放信號(hào)的大小、相位、放電次數(shù)及放電信號(hào)波形特征，根據(jù)這些信息便可對GIS內(nèi)部絕緣故障進(jìn)行具體診斷。

3.2 超高頻局部信號(hào)特征

得到的GIS絕緣故障超高頻信號(hào)的圖譜特征為：（1）尖端放電故障時(shí)，當(dāng)施加電壓達(dá)到峰值附近時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)一個(gè)比較大的局放脈沖，施加電壓的增高會(huì)使得頻度上升，而對放電量的影響卻不明顯；（2）懸浮電位故障時(shí)，放電量在正負(fù)半周期內(nèi)具有對稱性，施加電壓增加時(shí)，頻度增加而幅值保持不變；（3）自由微粒故障時(shí)，放電具有規(guī)律性，電場分布卻不再均勻而顯現(xiàn)出一定的負(fù)電極性；（4）絕緣子故障時(shí)，放電同樣具有對稱性，在施加電壓的幅值絕對值上升部分出現(xiàn)放電脈沖的概率比較大。

GIS絕緣故障的診斷需要充分利用局部放電信號(hào)的幅值和相位信息。因此，在判斷時(shí)應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注局放信號(hào)的幅值大小及其規(guī)律性，應(yīng)該關(guān)注局放信號(hào)是不是在正負(fù)半周都存在以及是發(fā)生在上升沿還是發(fā)生在下降沿。

3.3 超高頻法的現(xiàn)場應(yīng)用

現(xiàn)場應(yīng)用時(shí)，超高頻探頭一般都是安置在盆式絕緣子處，然后檢測超高頻信號(hào)，待檢測的信號(hào)為超高頻電磁波信號(hào)。為了保證監(jiān)測和診斷的精度，在利用超高頻方法時(shí)一般還加以其他方法輔助進(jìn)行，比如在檢測電信號(hào)的同時(shí)還應(yīng)同時(shí)檢測聲信號(hào)。

案例：某電站的GIS發(fā)生故障時(shí)，用PDM2000進(jìn)行了現(xiàn)場測試，其圖譜為：

根據(jù)超高頻監(jiān)測方法對故障進(jìn)行診斷分析，可以發(fā)現(xiàn)該放電現(xiàn)象具有對稱性，并且幅值基本保持不變，由圖譜特征判斷該故障可能是由于內(nèi)部零件松動(dòng)導(dǎo)致的接觸不良，后經(jīng)解體可以確定為彈墊松動(dòng)故障。

4 結(jié)論

本文對GIS絕緣故障的監(jiān)測和診斷方法進(jìn)行分析，說明了化學(xué)法、振動(dòng)法和電氣法診斷的優(yōu)缺點(diǎn)，并且重點(diǎn)研究了超高頻診斷方法，對超高頻診斷方法的實(shí)現(xiàn)原理、不同絕緣故障的信號(hào)特征以及現(xiàn)場應(yīng)用情況進(jìn)行了分析。結(jié)合實(shí)例可以得出，超高頻診斷方法可以為GIS絕緣故障的現(xiàn)場診斷提供有力支持。

參考文獻(xiàn)：

[1]雷國忠.GIS絕緣故障的監(jiān)測與診斷[D].重慶：重慶電力高等?？茖W(xué)校，2011.

[2]王謝燕，李迅，哎芋.GIS局部放電在線檢測技術(shù)的應(yīng)用[J].能源技術(shù)，2012（01）：21-23.