在线监测设备在 GIS设备安全运行上的应用

在线监测设备在 GIS设备安全运行上的应用

1 张涛锋 2 董建安 3 杨少峰 4 冷时雨

1. 河南平芝高压开关有限公司 467000

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摘要：目前用于检测GIS设备所运用到的主要技术为超高频局部放电检测技术，目前该技术已经遥遥领先，占据优势地位。该种检测方法具有极强的抗干扰性能，并且其灵活运用性能也优于其他检测方法，因此本文主要介绍了监测设备中所使用的有关超高频检测方法的特点以及系统的组成结构。通过整个技术的检测，以此来使系统的有效性得到验证^[1]。

关键词：在线监测；超高频法；GIS设备

引言：气体绝缘全封闭组合电器便是我们常说的GIS，该种电器安全环保、运行可靠、后期维修方便，也不会产生太大的噪声。因此其已经成为电力系统当中的宠儿。目前，GIS主要出现在高压电力设备当中，由其组成的GIS设备是完全密不透风的。但是如果SF6气体被分解成低氟化合物，便形成了巨大的有毒气体。与此同时，该气体还会腐蚀绝缘材料和金属一旦故障发生，很难排除进行处理。再加之GIS设备整体结构完整，如果要对其进行修复，这就要进行长时间的停电，并且将其完整修复还需要比较高额的费用。除此之外，该种气体的分解会使电场的作用效果遭到破坏，甚至还会引发击穿现象。

目前运用在GIS设备检测当中的技术有很多，例如，超高频法、光学检测法等等。但是目前得到最有效应用的还是超高频法。该种检测方法具有超强的灵活运用性能，并且还能够检测出其他技术所不能侦测到的缺陷^[2]。与此同时，该技术进行检测主要依靠的是电磁波，因此可以使其免受电磁的干扰，具有非常强的实用性能。因此总的来说，为了安全起见安装监测设备或者检测装置在GIS设备上是非常重要的。

一、超高频法的基本原理

在GIS设备当中填充的气体为SF6，该气体具有超强的绝缘性能，在整个气体环境当中进行放电就会发现，电信信号会急剧上升。一般来说，设备的放射信号频率一般都在1GHz以上，而GIS设备当中传播放电的形式主要为电磁场形式，而特高频法便是这种原理的具体体现。

特高频法也是用来检测局部信号的一种UHF方法。其中，用来检测的电磁波的激发主要依靠的是超高频天线接收局部脉冲，并且其脉冲频谱一般会达到2000MHz，而我们已知的电力设备系统当中的频率大概150MHz以下，并且其具有缓慢的衰减速度，在检测局部放电现象当中可以运用超高频法。

为了能够准确的接收到电磁波信号，一般会将多个UHF安装在GIS设备当中。这些设备可以同时运作对电磁波信号差进行接收。但最后定位放电电源主要依靠的是电磁波的传播速度与时差信号，如果时差特别的弱通过平常的设备很难对其进行采样处理，因为该信号时差已经达到了纳米数量级。因此对其检测设备来说，还是有比较高的要求。与此同时，信号源当中还要有比较陡的起始沿。

其中GIS设备的工作原理为：局部出现放电，电流脉冲受到刺激，便会将电磁波释放，释放的电磁波泄漏的位置在于GIS设备上盘式绝缘子处^[3]，这时传感器便会受到感应，以此来对放电位置进行寻找以及查询，电信号当中的高频信号传播主要会借用到GIS设备当中的同轴结构，因此运用高频检测手段以此来对GIS设备进行检测，会产生非常良好的检测效果。

二、超高频法的特点

目前UHF检测方法已经逐渐的成熟稳定，同时也迎来了新的发展机会。将UHF方法运用在检测GIS变电设备局部放电现象当中，该检测过程简单，容易操作。与此同时。该检测方法比较适用于在线监测设备以及现场实验当中使用。，该检测方法，确定出现故障位置主要依靠的是高频电磁波信号。这种信号当中具有极强的电晕能力。因此能够快速的将根源找出，具有比较高的灵敏度。

UHF自身具有一定的抗干扰性能。但是该波段的信号过于虚弱，信号的显示以及测量还需要通过显示仪器才能够的显现，并能够得到精确的数值。一般会用窄频法和宽频法来对信号进行处理。这两种方法相比较的话，还是宽频法的适用范围以及适用场所要更加广泛一些，其在检测过程当中需要的仪器为高通滤波器，该机器的频率一般在250~300赫兹之间，而窄频法收集信号主要用到频谱分析仪和放大器在线监测技术，不仅能够准确的找出发生故障的位置，而且还能够根据事故的严重程度进行实时的监测以及报警处理，防患于未然，做好防护工作能够避免事故的发生，使电力系统能够安全平稳高效运行。

三、在线监测系统

（一）在线监测系统的组成

在线监测系统的构成包括其高频传感器、高速数据采集单元以及分析诊断软件。首先，高频传感器会接收到来自GIS设备内部放电所产生的电磁波信号，利用在线监测设备以及装置将其转化为电信号，然后电信号会经过高速数据采集单元变成储存在计算机当中的数字信号。这时，数字信号会被分析诊断软件自动进行数据的对比和分析，以此来对设备内放电现象的故障程度进行分析。

（二）混合专家判断系统

目前比较常用的故障诊断模式为多种组合专家判断系统，这种诊断模式的优势为能够运算并且分析各种比较复杂的数据。在原始数据当中系统就能将干扰的噪声切除掉，然后能够根据系统内部分类提取特征信号，这些提取的信号最终会有专家系统进行分析诊断，从而根据最后的诊断结果，以此来向动作装置发出警报。

四、GIS设备的超高频检测

超高频传感器一般会输出两种型号，一种是高频曲库电信号，而另一种是单极性宽带脉冲信号。从高频局部电信号来说，这种信号的优势是可以测量时差，而超高频传感器的另一种输出信号，其幅值正好对应高频信号的幅值。因此，在测量局部放电过程当中，应当对放电次数、幅值等等一些数据进行观测记录。除此之外，一般高频信号不会维持太长的时间。因此如果需要对其进行观察判断及分析，我们需要等到信号变换之后才能进行一系列的工作。

（一）局部放电部位的检测和定位

是否出现放电现象，我们最主要的观察依据是其是否有无宽带脉冲信号，出现放电现象时，我们需要对其放电位置进行确定，而位置的确定我们则需要对高频的输出信号进行检测，以此来测量时差便可以确定其位置。一般来说，测量可移动传感器的方法主要有两种，一是信号复制比较法，因为整个高频电磁波的传播过程是逐渐递减的，信号会越来越弱。因此我们可以在盆式绝缘子的附近，分布大量的传感器，以此来将信号进行对比，如果哪一个位置的信号最强，那么这个位置便是靠近电源的位置；二是平分面法。在空间比较大的范围之内，如果检测到了电信号，我们也应当对其进行定位，将传感器调整到时差为0，并且将其安装在整个范围之内，这恰恰就说明在两个传感器的平面上分布有电信号源。因此我们也可以在其他位置放置相应的传感器，以此来形成多个平分面。三面汇聚为一点，我们便可以基本确定异常的位置。

（二）判定GIS局部放电类型

判定GIS局部放电的类型，我们主要依靠的是被检测信号的频谱特性以及工频电压的波形。

（三）进行局部放电严重程度的判断

一般来说，如果仅仅依靠放电量的多少，来对信号的强弱进行判断，这是没有任何的实际意义及科学依据的。因为放电信号源的类型以及超高频电磁波的传播路径等等都会对信号产生不同程度的影响。

五、结论

目前，在我国超高压变电站当中主要运用了大量的GIS设备，电力网的安全运行都离不开此设备。电力系统的日趋复杂，导致该设备的维护也变得越来越困难。本文主要介绍了超高频法在线监测系统对GIS设备的监控以及应用，但目前的真实模拟运行当中，在线监测装置以及设备所运用的监测技术，能够对问题进行发现，防止事故发生，是进行安全检修最得力的帮手，以此来促进电网在未来的长远发展。

参考文献：

[1]卢启付.实时频诺测量技术在电力设备局部放电检测中的[J].广东电力,2008(08).

[2]姒电健.基于特高频法的GIS局部放电在线监测系统的应用[J].广东输电与变电技术,2010,12(5):27-30.

[3]韦鹏，许涛,黄瑶玲.基于UHF方法的GIS局放在线监测系统在 1000kV GIS上的应用[J].华中电力，2010,23(1):1-4.