GIS 局部放電超聲波定位方法及實(shí)踐價(jià)值研究

邱有水

摘 要：隨著國(guó)家對(duì)變電站安全性的重視力度不斷加強(qiáng)，氣體絕緣封閉組合電器（GIS）絕緣狀況的診斷和評(píng)估得到越來(lái)越多的關(guān)注和研究。局部放電作為診斷 GIS 設(shè)備絕緣性能的重要手段和技術(shù)，得到眾多制造廠家和運(yùn)行維護(hù)企業(yè)的關(guān)注和重視。本文首先對(duì)超聲波檢測(cè)法進(jìn)行簡(jiǎn)單敘述，然后重點(diǎn)分析 GIS 局部放電超聲波定位技術(shù)和實(shí)踐應(yīng)用及其價(jià)值，以期為絕緣狀況的診斷和評(píng)估提供一種安全高效的方法。

關(guān)鍵詞：氣體絕緣封閉組合電器 局部放電 超聲波定位 實(shí)踐價(jià)值

1.前言

既往對(duì)于局部放電絕緣狀況的診斷常采用傳統(tǒng)的脈沖電流方法，能夠在放電量、局部放電脈沖等參數(shù)的測(cè)量和評(píng)估中提供一定的參考價(jià)值。但是傳統(tǒng)的脈動(dòng)電流方法也存在明顯的不足，即抗干擾能力差，使得測(cè)量精度受到嚴(yán)重的影響[1]。因此本研究著重分析和研究 GIS 局部放電超聲波定位方法及實(shí)踐價(jià)值。

2.超聲波檢測(cè)法概述

超聲波法是目前常用的局部放電絕緣狀況檢測(cè)方法，具有抗干擾能力強(qiáng)、靈敏度高、操作簡(jiǎn)單、對(duì)設(shè)備無(wú)特殊要求等優(yōu)勢(shì)，是一種理想的定位診斷方法。聲發(fā)射傳感器基于諧振原理制作，經(jīng)過放大、濾波以及檢波等處理能夠?qū)υO(shè)備絕緣狀況及嚴(yán)重程度評(píng)估提供有效的參考。超聲波檢測(cè)法基本原理如圖 1 ，可知該檢測(cè)方法能夠保證超聲波脈沖在傳播過程中的有效性和靈敏性。

3.GIS 局部放電超聲波定位技術(shù)分析

GIS 局部放電超聲波定位技術(shù)主要包括區(qū)域幅值梯度變化檢測(cè)法、頻率寬帶變化法、信號(hào)時(shí)延法等。以下是對(duì)各種 GIS 局部放電超聲波定位技術(shù)的細(xì)致分析，為其廣泛應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ)。

3.1 區(qū)域幅值梯度變化檢測(cè)法

眾所周知，電源放置的位置不同，超聲波信號(hào)產(chǎn)生后的傳播路徑也存在明顯不同，可以利用此種技術(shù)原理對(duì)缺陷位置進(jìn)行判斷，并且判斷絕緣狀況障礙的嚴(yán)重程度。如果信號(hào)水平出現(xiàn)在 GIS 罐體表面的周線方向位置，則可以判定超聲波脈沖信號(hào)與傳感器檢測(cè)的位置之間存在一定的距離。

3.2 頻率寬帶變化法

頻率寬帶變化法在超聲波定位檢測(cè)中的應(yīng)用主要利用SF6氣體對(duì)于中頻和高頻信號(hào)具有較強(qiáng)的吸收作用，其中中高頻段的頻率一般為 50-100kHz，而全頻段的頻率一般為10-100kHz[2]。若高頻部分的幅值衰減并沒有全頻部分的明顯，則可以判定缺陷或障礙發(fā)生在中心導(dǎo)體的位置上。

3.3 信號(hào)時(shí)延法

放電源產(chǎn)生的超聲波信號(hào)傳播到不同的傳感器位置需要的時(shí)間存在明顯差別，即信號(hào)延時(shí)原理。信號(hào)延時(shí)原理的利用能夠依據(jù)不同信號(hào)傳播的速度，計(jì)算出信號(hào)源和不同傳感器之間的距離坐標(biāo)。關(guān)于信號(hào)時(shí)延法在 GIS 局部放電超聲波定位中的應(yīng)用存在以下特性，即傳播特性受超聲波信號(hào)傳導(dǎo)材料、溫度、路徑、壓強(qiáng)以及傳播路徑等諸多因素的影響[3]。但是在絕大多數(shù)情況下，信號(hào)時(shí)延法的應(yīng)用能夠大致確定 GIS 局部放電設(shè)備絕緣障礙的范圍和嚴(yán)重程度，還可利用該技術(shù)對(duì)電源放置位置進(jìn)行驗(yàn)證。

4.GIS 局部放電超聲波定位技術(shù)實(shí)踐價(jià)值

由上述分析可知，各種 GIS 局部放電超聲波定位技術(shù)在絕緣狀況檢測(cè)中均有一定的作用和價(jià)值，本文將理論分析和實(shí)踐應(yīng)用相結(jié)合，以某變電站 GIS 局部放電絕緣狀況運(yùn)用超聲波定位檢測(cè)技術(shù)為例，著重?cái)⑹鲈摷夹g(shù)的實(shí)踐價(jià)值。

4.1 布置超聲波測(cè)試點(diǎn)

超聲波測(cè)試點(diǎn)的布置應(yīng)該遵循均勻、逐段檢測(cè)的原則，首先在沿著導(dǎo)體軸線的方向和連續(xù)、均勻布置 6 個(gè)測(cè)試點(diǎn)，在發(fā)現(xiàn)超聲波脈沖信號(hào)最為強(qiáng)大的位置處依次沿著圓周順時(shí)針方向在 3 點(diǎn)鐘、6 點(diǎn)鐘、9 點(diǎn)鐘和 12 點(diǎn)鐘位置處分別布置 4 個(gè)檢測(cè)點(diǎn)（檢測(cè)點(diǎn)的排布可不受局限，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況確定）。

4.2 幅值梯度改變

首先對(duì) 1-6 個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的超聲波脈沖信號(hào)幅值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果分別為 2.5mV、26mV、60mV、20mV、2.5mV 和 1mV。由此可知，測(cè)試點(diǎn) 3 的信號(hào)幅值最大，且在 50Hz 與 100Hz 頻率間顯示出明顯的相關(guān)性。此外在檢測(cè)過程中，工作人員還可以觀察到明顯的放電相位，并且根據(jù)所得的信號(hào)檢測(cè)圖譜特征可知放電相位主要集中于第三象限，因此可判斷測(cè)試點(diǎn) 3 屬于尖端放電。

4.3 頻率寬帶改變

對(duì)各個(gè)測(cè)試點(diǎn)的超聲脈沖信號(hào)頻率進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)如果將測(cè)量頻率的上限值改為50kHz，則高頻信號(hào)部分與全頻信號(hào)部分的幅值并沒有明顯的差別，均在 60mV 左右浮動(dòng)，也可以判斷絕緣狀況缺陷位置在殼體的測(cè)試點(diǎn) 3 位置。

4.4 信號(hào)時(shí)延法的實(shí)踐價(jià)值

將一個(gè)超聲波傳感器放置于測(cè)試點(diǎn) 3 的位置，在另一測(cè)試點(diǎn)處也放置超聲波傳感器，可得到雙路的超聲波信號(hào)時(shí)域波形圖，經(jīng)過分析可發(fā)現(xiàn)測(cè)試點(diǎn) 3 處傳感器的幅值明顯大于其余測(cè)試點(diǎn)，且測(cè)試點(diǎn) 3 處超聲波信號(hào)超前于其余測(cè)試點(diǎn)，考慮到超聲波信號(hào)在金屬罐體中的傳播速度約為 5000m/s，在 SF6 氣體中的傳播速度約為 140m/s，可根據(jù)時(shí)間差和速度計(jì)算傳感器與超聲波脈沖的距離，并借此判斷缺陷點(diǎn)的位置。

4.結(jié)束語(yǔ)

GIS 局部放電超聲波定位技術(shù)能夠利用不同的方式對(duì)變電站 GIS 設(shè)備絕緣性能和局部缺陷情況進(jìn)行檢測(cè)和維護(hù)，在保證電網(wǎng)供電的安全性和穩(wěn)定性方面發(fā)揮了重要的作用，在 GIS 局部放電診斷和檢測(cè)中具有良好的應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫帆，馬瑞龍，梁乃峰，等. GIS 中局部放電超聲波檢測(cè)定位方法及應(yīng)用分析[J]. 電氣應(yīng)用，2015，13：180-182.

[2]李軍浩 ， 韓旭濤 ， 劉澤輝 ， 等 . 電氣設(shè)備局部放電檢測(cè)技術(shù)述評(píng) [J]. 高電壓技術(shù)，2015，08：2583-2601.

[3]張?zhí)斐?，胡岳 ，李清， 等 . 基于虛擬儀器的 GIS 局部放電聲電聯(lián)合檢測(cè)系統(tǒng) [J]. 高壓電器，2012，11：43-49.