摘要：目前，随着时代的进步，局部放电带电检测技术的应用越来越广泛。局部放电带电检测是诊断GIS绝缘状态最有效的方式之一，在分析特高频法和超声波法各自优缺点的基础上，提出了适合现场应用的声电联合检测法。在一起220kVGIS现场案例中，运用方法对GIS内部缺陷进行了快速、准确的定位。随后的停电解体验证了检测结果的正确性，为GIS局放带电测试技术的应用积累了宝贵经验。
关键词：局部放电；带电检测；GIS；设备缺陷诊断；应用
引言
在电力设备的绝缘系统中，只有部分区域发生放电，而没有贯穿施加电压的导体之间，即尚未击穿，这种现象称之为局部放电（以下简称“局放”）。它是由局部电场畸变、局部场强集中引起绝缘介质局部范围内的气体放电或击穿所造成的。它可能发生在导体边缘，也可能发生在绝缘体的表面或内部。在绝缘体中的局部放电甚至会腐蚀绝缘材料，并最终导致绝缘击穿。因此，进行局部放电检测，预防绝缘事故的发生，对于维护设备安全和电力系统稳定运行有着十分重要的意义。
1GIS局部放电带电检测技术
1.1特高频局部放电带电检测
当GIS设备内部存在局部放电时，击穿过程很快，将产生很陡的脉冲电流，其上升时间小于1ns，并激发出频率高达300～3000MHz的特高频电磁波信号。GIS的同轴结构相当于一个良好的波导，特高频电磁波信号在其内部传播时衰减很小，在经过盆式绝缘子等非金属连接部位时，特高频电磁波信号会向外传播。特高频局部放电带电检测就是根据局部放电所激发的电磁波的这些特性，利用内置或外置的特高频传感器来接收电磁波信号并对其进行分析，从而判断缺陷类型和进行缺陷定位。
1.2超声波检测技术
GIS发生局部放电时分子间剧烈碰撞并在宏观上瞬间形成一种压力，产生冲击的振动或声波，以球面波的形式向外传播，频率在20～100kHz的声波称为超声波。超声波在SF6气体中以纵波的形式传播，并且衰减很大，而在带电导体、绝缘子和金属壳体等固体中传播的除纵波外还有横波，横波在固体中衰减较小。由于超声波的波长较短、方向性较强，所以它的能量也较为集中。超声波局部放电带电检测就是通过放置在GIS壳体上的压敏传感器接收传播到壳体上的超声波信号，再通过对声信号的分析判断来诊断GIS内部是否发生了局部放电或异常振动缺陷，并实现对放电或异常振动缺陷进行定位。超声波传感器按照使用方式主要可分为接触式传感器和非接触式传感器。对于GIS带电检测一般应用较多的是接触式传感器，但现场实际检测中常采用非接触式传感器进行外部干扰识别及干扰源定位。超声波传感器按照其结构形式可以分为单端式和差分式，单端式传感器结构比较简单，但是带负载能力较强；差分式传感器可以有效抑制共模干扰，具有较高的检测灵敏度，目前现场常使用的AIA超声检测仪采用的便是差分式传感器。
1.3SF6气体成分分析
GIS内部SF6气体及绝缘材料在局部放电作用下会与少量的水分发生反应，生成一系列的分解产物。根据研究表明，当GIS内部放电类型、放电强度、电极材料及微水含量不同时，分解产物的组分也会有所不同。近年来根据SF6分解产物判断设备缺陷类型在电网中得到广泛的应用，取得了良好的效果。采用SF6气体成分分析，对GIS内部局部放电检测的灵敏度较低，现场经常遇到特高频及超声波法均能检测到明显局部放电时，SF6气体成分无异常，或者在内部无放电缺陷的断路器气室检测到SF6气体分解组分，容易造成对GIS运行状态的漏判、错判。其原因是受以下三方面因素的影响：设备内部吸附剂的影响；短脉冲放电不一定会产生足够的分解物；断路器开断电弧也会造成分解物的变化。因此现场检测时，将特高频、超声波及SF6气体成分分析有效结合，对准确发现GIS设备缺陷具有十分重要的作用。
1.4缺陷定位技术
缺陷定位技术主要包括幅值定位和时延定位。幅值定位主要是利用特高频及超声波信号的衰减作用，距离放电源越近的传感器检测到的信号越强，但由于特高频信号在GIS腔体中衰减较小，因此采用特高频幅值定位时定位精度较差，往往只能将缺陷定位到某一个间隔或气室。时延定位技术是根据所测信号的时间差与被测信号的传播速度的乘积来计算放电源到传感器的距离，时延定位又可分为电电联合定位、声声联合定位以及声电联合定位技术，当能同时检测到特高频及超声波信号时，可采用声电联合定位法进行放电源定位。声电联合定位示意图如图1所示，将超声波传感器放置于距离放电源较近且与放电源同气室的GIS外壳上，特高频传感器置于放电源气室的盆式绝缘子上，同时采集局放源的超声波信号及特高频电磁波信号。
图1声电联合定位示意图
2GIS局放检测技术在设备缺陷诊断中的应用
2.1现场耐压条件下局放源的快速定位
为进一步加强GIS设备管理，提高GIS设备入网质量，及时发现GIS内部缺陷，近年以来，国家电网公司及南方电网公司相继出台相关措施要求在GIS现场工频耐压时开展局部放电测试。GIS现场工频耐压对发现GIS内部缺陷特别是绝缘缺陷及颗粒放电具有很好的效果，但是GIS内部一旦存在这类缺陷，在工频耐压值下容易形成放电并迅速造成闪络击穿，由于GIS的封闭结构，各种保护措施不完善，很难快速查找内部放电点，有时甚至需要逐段、逐间隔检查，带来很大的工作量，并且现场打开完好间隔检查容易给设备后期安全运行带来隐患。因此在GIS发生闪络能够通过检测仪器迅速定位其闪络放电位置，就显得非常必要。目前国内有部分厂家在快速定位方面有过相关研究，并研制出相应产品，但是这些产品并未在现场广泛应用，其有效性和准确性尚需进一步观察和研究。
2.2GIS局部放电在线监测
在线监测技术曾在GIS设备上广泛应用，然而由于监测装置本身故障频发并且可靠性低、常常出现误报、漏报等原因，引起过较大争议。但是从目前带电检测情况来看，虽然在检测时能够发现部分放电缺陷，但是由于受检测周期的限制，在一个检测周期内新发生的放电缺陷不能够及时有效的被检测出来，容易错过缺陷处理的最佳时机，造成设备故障，特别是对于重要设备而言，将会造成较大的损失。另外对于存在缺陷的GIS设备，采用在线监测装置实时观察其缺陷发展趋势，对准确把握GIS设备状态具有十分重要的作用。
结束语
局部放电带电检测能在不断电、不改变运行状态的情况下了解GIS的设备工况。便于电力公司有针对性的指导检修工作。采用单一检测方法或先后采用特高频法和超声波法对GIS进行检测在现场应用时仍存在较多不足。笔者在辨析特高频法和超声波法特点的基础上，结合一起220kVGIS刀闸局部放电异常的带电检测案例，给出了声电联合法的检测步骤、现场的检测信号波形和后续设备的解体照片。现场检测情况表明，声电联合法检测具有效率高，灵敏度强，定位准确的优势。
参考文献：
[1]刘洪正．高压组合电器［M］．北京：中国电力出版社，2017：194－199．
[2]孙曙光，陆俭国，俞慧忠，等．基于超高频法的典型GIS局部放电检测［J］．高压电器，2012，48（4）：7－12．
[3]朱德恒，严璋，谈克雄，等．电气设备状态监测与故障诊断技术［M］．北京：中国电力出版社，2018：237－242．
[4]陈敏，陈隽，刘常颖，等．GIS超声波、超高频局部放电检测方法适用性研究与现场应用［J］．高压电器，2018，51（8）：186－191．
论文作者:骆玮,胡可,黄军军,麻雯芝
论文发表刊物:《基层建设》2019年第24期
论文发表时间:2019/11/20
标签：局部论文; 缺陷论文; 超声波论文; 信号论文; 设备论文; 传感器论文; 现场论文; 《基层建设》2019年第24期论文;