GIS設(shè)備局部放電超聲波/特高頻聯(lián)合檢測技術(shù)及其運(yùn)用

（國網(wǎng)河南省電力公司焦作供電公司，河南焦作 454000）

隨著電壓等級升高，GIS設(shè)備發(fā)生絕緣故障會造成大面積停電，GIGRE統(tǒng)計(jì)表明，采取有效的檢測手段可避免60%的故障。國內(nèi)外電力系統(tǒng)對GIS設(shè)備局放檢測技術(shù)進(jìn)行大量研究，國家電網(wǎng)公司發(fā)布《電力設(shè)備帶電檢測技術(shù)規(guī)范》，但GIS局放檢測在電力系統(tǒng)開展水平參差不齊，對GIS設(shè)備局放檢測實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)有待積累。研究特高頻與超聲波檢測技術(shù)，對提高電力系統(tǒng)GIS局放檢測技術(shù)水平，保證GIS設(shè)備安全運(yùn)行，提高供電可靠性具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

1 GIS設(shè)備局放機(jī)理

GIS設(shè)備絕緣不同缺陷產(chǎn)生局放類型不同，GIS設(shè)備局放危害評估需要識別絕緣缺陷類型，GIS設(shè)備常見絕緣缺陷分為金屬顆粒、金屬凸起、絕緣氣隙、懸浮電極與表面污穢。GF6是具有很強(qiáng)電負(fù)性的氣體，能阻止GIS內(nèi)部放電形成，由于在GIS安裝施工中人為介入，操動機(jī)構(gòu)磨損等多種原因，使得GIS內(nèi)部存在金屬微粒。為清除微粒GIS設(shè)備在投用前進(jìn)行處理，但不能徹底清除金屬微粒，由于GIS設(shè)備操動機(jī)構(gòu)長期磨損產(chǎn)生金屬微粒不可避免。通過釋放電子形成正金屬粒子，局部強(qiáng)場使金屬電極表面電子逸出，導(dǎo)致光熱電離，在電極間形成間歇局放通道。正金屬粒子沿場強(qiáng)方向移向負(fù)極性電極，在與其他粒子碰撞下金屬離子獲得的能量越過金屬導(dǎo)體縫隙，金屬粒子接近金屬導(dǎo)體易引起局放[1]。

GIS設(shè)備在制造中由于操作不當(dāng)?shù)仍蛟跉んw內(nèi)形成金屬突起，金屬突出物在穩(wěn)態(tài)交流下形成局部強(qiáng)場，超過SF6氣體擊穿場強(qiáng)會引起電暈放電，改善金屬突出物周圍電場分布，金屬突出物附近存在穩(wěn)定電暈放電能抑制電極發(fā)生貫穿性擊穿。在雷電過電壓等電壓幅值超過工作電壓下，可能引發(fā)擊穿性絕緣故障。GIS內(nèi)部金屬突出物局放發(fā)生在負(fù)極性電壓下，局放發(fā)生于工頻電壓負(fù)半波峰值附近。位于殼體內(nèi)局放發(fā)生于工頻電壓正半波峰值附近。GIS設(shè)備金屬導(dǎo)體曲率半徑小，金屬突出物易引發(fā)局放。

2 GIS設(shè)備局放檢測技術(shù)

GIS內(nèi)部發(fā)生局放產(chǎn)生聲光電等效應(yīng)，出現(xiàn)相應(yīng)局放檢測技術(shù)，基于光化學(xué)局放檢測技術(shù)靈敏度差，脈沖電流法與超聲波法檢測技術(shù)滿足檢測GIS設(shè)備內(nèi)部局放要求，可通過測量出現(xiàn)在放電量反映局放強(qiáng)度，特高頻法可在設(shè)備不停電下實(shí)現(xiàn)帶電檢測。

脈沖電流法是IEC60270標(biāo)準(zhǔn)推薦傳統(tǒng)電檢測方法，在檢測阻抗兩端產(chǎn)生脈沖電壓，測量頻率范圍為10kHz～1MHz，脈沖電流法抗干擾能力差，只有采取良好屏蔽措施保證被試品周圍系統(tǒng)局放量才能得到最佳靈敏度。脈沖電流法測試優(yōu)點(diǎn)是能定量測量被試品局放電量，根據(jù)實(shí)際情況接好實(shí)驗(yàn)回路，對回路參與確定檢測回路刻度因數(shù)K，通過脈沖發(fā)生器在被試品兩端注入放電量脈沖信號，檢測阻抗產(chǎn)生脈沖電壓幅值U，計(jì)算得到局放視在放電量q。

局放特高頻檢測法原理是應(yīng)用傳感器對電力設(shè)備局放產(chǎn)生特高頻電磁波信號檢測，實(shí)現(xiàn)局放檢測，基于電磁波在GIS中的傳播特點(diǎn)發(fā)展，UHF法優(yōu)點(diǎn)是抗干擾強(qiáng)，如空氣中電暈產(chǎn)生電磁波干擾頻率較低，寬頻檢測法可抑制干擾。對特高頻通信信號有固定的中心頻率，特高頻法可用窄頻檢測法與局放信號區(qū)別。可利用同放電源發(fā)射信號達(dá)到不同位置傳感器時(shí)間差對局放電源定位。高壓導(dǎo)體金屬突出物，SF6氣體負(fù)離子發(fā)射電子發(fā)生脈沖放電，等值頻率為特高頻波段。可采用內(nèi)外置式傳感器，電力設(shè)備內(nèi)部發(fā)生局放，產(chǎn)生特高頻信號在GIS腔體以橫向電磁波方式傳播，利用外置式傳感器可進(jìn)行檢測，如采用內(nèi)置式傳感器可從設(shè)備內(nèi)部檢測局放電激發(fā)磁波信號。

電力設(shè)備內(nèi)部局放產(chǎn)生沖擊振動機(jī)械波，超聲波法通過安裝傳感器測量局放電信號，傳感器與電力設(shè)備電氣回路無聯(lián)系，在現(xiàn)場使用時(shí)受周圍環(huán)境噪聲影響。超聲信號在電力設(shè)備常用絕緣材料衰減較大，優(yōu)點(diǎn)是具有定位準(zhǔn)確度高。局放區(qū)域小，電源可視為點(diǎn)聲源。聲波傳播速率與衰減特性是超聲波局放定位應(yīng)用的理論基礎(chǔ)，通過提取超聲波信號達(dá)到不同傳感器時(shí)間差，利用傳播速率實(shí)現(xiàn)對放電源定位，通過對比超聲波檢測信號強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)對電源幅值定位。

3 GIS設(shè)備局放超聲波/特高頻聯(lián)合檢測技術(shù)

超聲波檢測技術(shù)是運(yùn)行中的GIS理想的檢測方法，可實(shí)現(xiàn)帶電檢測，不必改變設(shè)備運(yùn)行方式，特高頻法對電信號敏感，對絕緣內(nèi)部缺陷敏感。兩者聯(lián)合使用是實(shí)現(xiàn)GIS設(shè)備局放檢測的重要手段。聲電聯(lián)合法能對超聲信息特高頻信息提取，分析對比信號后判斷信號是否具備一致性，有效排除現(xiàn)場干擾情況，提高識別缺陷類型準(zhǔn)確度。

使用超聲波/特高頻聯(lián)合檢測技術(shù)首先使用超聲波法普測，觀察判斷幅值圖譜是否異常，通過相位圖譜分析判斷，通過幅值比較法定位。GIS非金屬屏蔽絕緣盆子、觀察窗、接地端子等位置特高頻傳感器，判斷是否存在放電。同時(shí)測到電聲信號，比較放電圖譜判斷是否為同放電源信號，用幅值比較通過超聲波法找到放電位置。可采用聲電聯(lián)合定位法找到放電位置。測到特高頻信號無超聲波信號，通過改變傳感器位置擺放排除外部干擾，通過與典型放電圖譜比較確定類型，在附近放置特高頻傳感器定位儀器比較接收信號觸發(fā)沿確定放點(diǎn)。測到超聲波信號無特高頻信號，通過設(shè)備結(jié)構(gòu)分析判斷是否為設(shè)備振動。

4 GIS設(shè)備局放聯(lián)合檢測實(shí)驗(yàn)

UHF傳感器置于與盆式絕緣子相鄰絕緣子測量，測得類似信號幅值較弱，判斷信號源于盆式絕緣子。為判斷信號源位置，將UHF傳感器置于盆式絕緣子，采用標(biāo)準(zhǔn)觸發(fā)模式觸發(fā)波形，根據(jù)局放檢測時(shí)域波形，藍(lán)色通道為放入空氣傳感器未測到電信號，可排除信號來自空氣背景可能性。紅色通道波形起始上升沿早于黃色通道約6.5ns，折斷成距離為195cm，如放電信號源于盆式絕緣內(nèi)部，紅色信號起始上升沿超前時(shí)間折算距離等于傳感器距離，現(xiàn)場紅黃色傳感器距離為180cm。將黃色傳感器改為放置在2751乙隔離開關(guān)氣室最近盆式絕緣子。采用紅色通道為觸發(fā)模式，藍(lán)色通道傳感器無信號，紅色通道波形起始上升沿早于黃色通道約3ns，信號源到紅色傳感器早于3ns，現(xiàn)場紅黃色傳感器距離與計(jì)算值相差15cm。

通道波形起始上升沿早于黃色通道約6.5ns，折斷成距離為195cm，如放電信號源于盆式絕緣內(nèi)部，紅色傳感器信號超前于絕緣子信號，時(shí)間折算距離后理論值差距在誤差范圍內(nèi)，判斷局放點(diǎn)在盆式絕緣子內(nèi)。根據(jù)放電特征判斷放電缺陷為220kV合正甲線2751相盆式絕緣子內(nèi)部氣隙放電。