GIS局部放电带电检测技术的分析与现场应用

GIS局部放电带电检测技术的分析与现场应用

简雷

（国网宁夏电力有限公司固原供电公司宁夏固原756000）

摘要：GIS设备在制造、运输、组装和调试等环节可能会存在高压导体毛刺、绝缘子内部气隙、金属零部件悬浮电位等故障隐患，而局部放电检测是一种发现缺陷的有效手段。基于此，本文就GIS局部放电带电检测技术进行分析，以供参考。

关键词：GIS；局部放电；带电检测技术

1GIS局部放电主要带电检测方法

1.1特高频法（UHF）

绝缘内部发生局部放电时，会产生陡度较大的电流脉冲，并激发出数GHz的特高频电磁波信号。通过特高频传感器测量局部放电所激励的特高频信号，实现局部放电测量和定位。特高频局部放电检测灵敏度高、抗电晕干扰能力强、可实现放电源定位缺陷类型识别，但尚未实现缺陷劣化程度的量化描述、对部分内部绝缘缺陷不敏感。

1.2超声波法

在电力设备外壳或设备附近安装超声波传感器，耦合该超声波信号，可以判断电力设备的局部放电情况，进而间接地反映设备的绝缘状况。超声波技术抗电磁干扰能力强，便于实现放电源定位，但存在对绝缘内部缺陷不敏感、受机械振动干扰较大、放电类型模式识别难度大、检测范围较小等问题。

1.3声电联合检测法

声电联合检测法同时对局部放电源产生的超声信号和特高频信号进行检测。利用两者互补的特性，使其相比于单一超声法和特高频法有更强的抗干扰能力，并能提高定位精度。其现场检测步骤如下：

将外置式特高频传感器a、b分别贴在可测得异常信号的盆式绝缘子上。若局放点位于如图1所示位置，则特高频传感器b测得信号超前特高频传感器a测得信号。可初步判定局放源位置处于传感器b两侧的气室，即气室B或气室C。

图1声电联合法确定局放点位置示意图

（2）特高频传感器b位置不变，将两个超声传感器分别贴在绝缘子两侧气室。利用超声波在GIS常用材料介质中衰减较大的特性，比较两位置测得超声信号的幅值。如图2所示情况，则2号位置的超声传感器幅值较大，将放电位置进一步缩小在气室B。

（3）以外置式特高频传感器b测得信号作为时间基点，保持一个超声传感器在2位置不变，在气室B外壁上移动另外一个超声传感器。根据平分面法，使得两路超声信号的到时间基点的时延相同。则放电点位置在两超声传感器的垂直平分面上。

（4）将一个超声传感器移动到该垂直平分面与GIS外壁的交线上任意一点。读取该位置下超声信号与时间基点间的时延，利用超声波的传播速度，确定放电点的具体位置。

2现场案例分析

采用JD—S100局放带电检测系统在某110kV变电站内110kVGIS多个部位检测到典型的局部放电异常信号。根据信号幅值的强弱和时延的大小确定了局部放电产生的间隔，通过声电联合检测法确定放电点位于110kVGIS上方刀闸A相的传动机构。

2.1检测数据分析

图2.110kVGIS上方刀闸A相典型测试信号

在110kVGIS上方刀闸A相附近测得的典型特高频及超声信号如图2所示。通道2表示特高频传感器a测得信号，通道3表示超声传感器测得信号，通道4表示特高频传感器b测得信号。其中，特高频传感器b贴在A相刀闸气室的盆式绝缘子上，特高频传感器a指向外部，用来检测背景。

特高频传感器b检测信号峰峰值达到5.41V，而检测背景的特高频传感器a的峰峰值仅为2.88V。特高频信号每个工频周期内存在2个局放脉冲，脉冲之间相角差稳定在180°。超声波信号的幅值较大，峰峰值达到1.77V，并具有明显的工频相关性。测得的特高频与超声脉冲信号之间一一对应，脉冲个数较少、幅值较大、存在间歇性与悬浮电极放电的特征相符，应为悬浮电极类放电。两种检测方法相互佐证，可以有效的避免外部干扰对单一检测技术的影响，提高检测的准确性。为了确定放电源的位置，首先将两特高频传感器分别贴于A相刀闸两侧的两个盆式绝缘子上，测得典型的信号如图3所示。通道4为在A相刀闸靠近出线侧盆式绝缘子上测得的信号，该信号超前另一路特高频信号。放电点位置靠近A相刀闸靠近出线侧盆式绝缘子，完成了初步定位。

图3A相刀闸两侧绝缘子测得的特高频信号

利用声电联合法对放电点进行精确定位。以特高频信号作为参考，同时采用两路超声传感器进行时延定位分析。将特高频传感器固定在A相刀闸靠近出线的盆式绝缘子上，将超声传感器a粘贴在刀闸的上端，超声传感器b贴在刀闸的下端。

声电联合法测得的典型信号如图4所示。通道1为超声传感器a测得信号，通道3为超声传感器b测得信号，通道4为特高频传感器测得信号。超声传感器a测得信号在时间上超前超声传感器b测得信号，即放电源应该靠近刀闸的上端。根据平分面法，最终确定放电点靠近刀闸A相顶部。由于声电联合定位法以电信号和超声波信号之间的时间差作为故障点到超声波传感器的时间，以等值声速乘以传播时间就是故障点到达超声波传感器的距离。当超声传感器贴近刀闸A相顶部时，特高频脉冲与超声脉冲之间的时间差Δt约100μs。如按照SF6中超声波的传播速率来计算，放电源与超声传感器之间的距离约为16mm。考虑到GIS外壳有一定的厚度，该放电源应该临近GIS外壳。当局部放电源靠近GIS外壳时，产生的电磁波传播路径为沿GIS外壳内表面绕向传播路径而非直线路径。沿直线传播的特高频信号到达时间应早于图6通道4测得信号到达时间，故障点与外壳内壁的距离应略大于16mm。

图4声电联合法定位测试结果

3结束语

在GIS局部放电检测中，声电联合检测法是非常有效的检测方法，能够及时发现GIS内部的缺陷。文章简要介绍了各种用于检测GIS局部放电检测的方法，并通过实际案例进行分析，为GIS设备的运行和维护提供了指导。

参考文献：

[1]李娟，李明，金子惠.GIS设备局部放电缺陷诊断分析[J].高压电器，2014，（10）.

[2]宋蓓华.基于声电联合的GIS局部放电带电检测技术研究[D].上海：上海交通大学，2012.