GIS局部放电监测系统的应用研究

GIS局部放电监测系统的应用研究

刘素伟王芳妍杨哲

（国网安徽省电力公司滁州供电公司安徽滁州239000）

摘要：气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）在内部有着一定的绝缘漏洞时，工作过程中会产生局部放电行为，从而造成绝缘故障。为了从总体上方便对GIS设备进行监测，研发出了可以应用于实际的GIS局部放电监测系统，这种设备体系结合了超声以及超高频监测手段，根据DSP（数字信号处理）和智能化诊断技术，对GIS的运行状况进行绝缘方面的测评，找到在正常运行过程中出现漏洞的类型与部位，进而方便进行后续的维护检修。通过实际的应用可以发现，GIS局部放电监测系统应用起来比较便捷，实用性较强，稳定性高，可以满足目前对于GIS局部放电检测的基本需求。

关键词：GIS；局部放电；检测系统；应用研究

GIS设备的绝缘性十分重要，而造成其绝缘效果低下的重要因素就是局部放电，局部放电的具体情况能够切实反映出GIS设备的绝缘老化特征。根据对于局部放电监测的相关数据可以看出GIS系统是否有着绝缘方面的故障。IEC60270是局放测量的传统依照，这种监测方式无法对局放的根源进行实际定位，通常是应用在研究中，在实际的局放监测应用中并不能起到有效的作用。现如今，能够比较常规应用在实际的监测方式是利用超高频法和超声法的联合。

根据相关经验以及理论基础，研制出的GIS局部放电监测系统可以有效的应用在实际中。通过超声传感器检测以及超高频技术监测到GIS局部放电信号，根据这些信号对DIS设备进行综合分析与实时处理，判断目前GIS系统的绝缘现状，找出漏洞，再根据超声和超高频联合方式确定漏洞的根源，便于后续的维护和修理。

一、GIS局部放电监测系统的工作原理

局部放电主要是由于局部场强的变化引起的，而场强的变化来自于GIS系统中的金属凸起、绝缘子缺陷等等方面。由此引发的局部场强变化多于击穿场强的时候，局部放电就产生了。在这一过程中，气体击穿的行为飞快，超高频率的电磁波会在GIS系统中进行传输。

齐次矢量亥姆霍兹方程能够对电缆同轴内部的场强E和H进行理论支持：

▽^2E+k^2E=0，

▽^2H+k^2H=0，

超高频感应器对于GIS局放监测方面的作用体现在能够对UHF信号进行检测，通过对盆式电力绝缘子的电磁辐射进行全面感应。电磁辐射在局部放电区域开始进行传输到超高频传感器区域所用时间为主要依据。

GIS在进行局部放电的时候会产生固定声波，通过机械波的方式进行传输，形成传播媒介的缩小和增大。由于局部的压力产生变化，导致传播媒介产生局部的变化，这也通常被认为是一种粒子位移。

一般情况下，局部放电会产生超声波，超过30KHZ。因为在GIS气体内部分子之间距离较大，互相缺乏必要的作用力，所以纵波才能在气体内部进行传输。SF6断路器纵波速度大概是150m/s。但是除了气体之外，在固体内部有着横波和表面波的相关传播条件。

二、GIS局部放电监测系统构成

GIS局部放电监测系统由多方面组成，其中主要包括超高频信号系统、超声信号处理系统、信息收集系统、后台诊断等等。

（一）超高频信号系统

主要是一种装置在外部的传感器，其中动态活跃范围在-60dbm~-20dbm之间，监测的带宽为400MHZ~2GHZ之间。设置两种超高频放大器，局放信号体现为经高频同轴屏蔽电缆传输的相关输入。一种是检波之后经过最高次模与最低次模到达时间差处理的信号，通过进行干扰消除经七芯同轴电缆输出到前台的数据收集系统，用来研究局部放电信号的phase。另外一种是呈现线性放大趋势，超高频信号输出到示波器中，主要用来寻找局放信号源头。

（二）超声信号系统

作为一种省发射传感器，超声传感器属于压电陶瓷型，监测的带宽为30-600

KHZ。采用的超声放大器是降噪型，可以通过程控变速器调节放大倍数，在将信号进行差分转化之后经过同轴电缆发射到前台数据收集系统。

（三）信息收集和信号处理系统

信息收集系统包括三个具体模块。

1、信号分配接口：对前台传感器的信号进行处理，需要进行Ethernet或者光纤连接，对后台工控机系统进行链接。把输入进去的220V电源经过EMI滤波处理后，传输到功率变压器中。

2、AD采集模块：在数据采集部分，AD采集模块发挥着至关重要的作用，主要是前端的采样主控功能，通过对主控芯片的采用，装置运行速度较快，并且呈现双通道的AD转换芯片。数字信号处理系统会让AD采集模块一直处于多种频率范围变化中，进行频繁的采集工作。

3、DSP数字信号处理模块：DSP模块起到前台处理主控功能，相当于整体数据采集系统的大脑，是核心中的核心。主控的芯片可以采用TexasInstruments公司的C6000系列芯片，具有高性能、低能耗的特点。DSP模块工作的主要内容是，根据TCP/UDP协议，利用Ethernet进行全面链接，与后台工控机进行关联，收到来自于后台的各种应用命令，从而达到掌握前台所有相关设备工作状态的目的。这些设备的运行包括了AD采集效率、采集深度、传输方式等等。传输的数据形式为原始数据以及具备特定性的数值。

（四）GIS局放监测系统结构

系统结构整体来说十分便捷，从体积到重量都十分的具有实用性，能够广泛应用于变电站中。例如，现场的测试采用信号放大部分，信息收集系统会装置在一个系统收纳箱中。其他的包括外部传感器以及电缆设备也都会有独立的收纳箱，最大化的优化了整体结构，方便使用。

将输入信号通道设置为两种，分别为超声信号和超高频信号，在实际应用中能够按照具体的情况连接相应信号，采用合适的检测方法。

（五）后台诊断系统

后台诊断系统同样需要进行Ethernet或者光纤网络的链接，通过SQL数据库空间的应用，结合C/S客户机与服务机结构。这套后台诊断系统的抗干扰能力极强，所以能够提高GIS局放监测的真实性与可信度，同时还能够实施远程监控，实时检测系统的工作状态。

三、GIS局部放电监测系统的应用

（一）局放信号的判断

关于局放信号的分析主要根据以下几个方面进行。首先是相位方面，当不同信号团之间的相位差别达到180度就有很大的可能性产生了局放现象。然后是频度方面，主要针对当时信号脉冲的重复率，高于40次每秒的时候就有可能产生局放。其次是电量方面，当不同的信号处于相同的电压水平情况下，信号强度没有明显差距，可能会发生局放。最后就是时间方面，信号的长时间连续状态有可能是局放现象产生了。

在整个系统中我们可以明显的看到这些变量的不断变化，根据这些数值之间的比对能够发现彼此的关系，找出多种存在局放现象的可能性，从多个角度分析所产生的变化是不是真正的局放信号。

（二）局放存在的情况下一些常规表现形式

1、局放信号在一个较短的时期范围内扩大，此时应该快速停止工作。

2、局放信号在一个较长的时期范围内扩大，此时应该保持高度的戒备，做好充足的准备，随时停止工作运行。

3、局放信号保持固定不变，继续通过GIS局部放电监测系统进行检测。

4、局放信号出现，集中注意力，观察局放信号能否二次出现

5、局放信号消失不见，此时应该保持检测系统的正常运行，继续监测一段时间。

四、结语

GIS持续稳定的运行很大程度上受到绝缘故障的影响，随着电压等级的不断提升，发生绝缘故障的概率增加。变电站以及相关部门在进行GIS局放监测方面的研究还需要更加的深化，从而保证GIS在高压情况下的绝缘水平，这不仅能够有助于GIS变电站进行便捷监测，同时十分方便其进行状态维修。

本文对于GIS局部放电监测系统的实际研究进行了初步的阐述，事实上，通过这套成熟的系统能够对GIS绝缘水平起到一定的检测作用，有助于工作人员判断GIS绝缘状态，并且找出漏洞出现的源头，从而保证设备稳定安全运行。GIS局部放电监测系统要充分发挥便捷化设计，能够使其在实际应用中更加方便快捷，对局放信号进行准确的检测，同时还能够发挥其在线检测的作用，希望能够在GIS变电站中得到广泛使用。关于GIS局部放电检测系统的研究还需要进一步加强，深化其中的理论与实际效益，最终找到最为合理的检测手段，为我国的GIS变电站事业发展做出有效的贡献。

参考文献：

[1]李瑞姣，唐志国.GIS局部放电特高频检测系统标定研究[J].高电压技术，2015,41（10）：3348-3354.

[2]孙曙光，王景芹，陆俭国，俞慧中，沈建位.GIS局部放电监测系统设计与实验研究[J].电气应用，2012，（9）：64-68.