基于特高频法的1 100 kV GIS局部放电故障定位研究

王文浩，胡锡幸， 郦于杰， 何文林， 徐 华，刘江明

（1.国网浙江省电力公司电力科学研究院，杭州 310014；2.国网浙江省电力公司杭州供电公司，杭州 310009；3．国网浙江省电力公司检修分公司，杭州 311232）

基于特高频法的1 100 kV GIS局部放电故障定位研究

王文浩1，胡锡幸2， 郦于杰3， 何文林1， 徐 华1，刘江明3

（1.国网浙江省电力公司电力科学研究院，杭州 310014；2.国网浙江省电力公司杭州供电公司，杭州 310009；3．国网浙江省电力公司检修分公司，杭州 311232）

针对一起1 100 kV GIS开关投切后内置式特高频传感器的报警案例，利用特高频信号的传输特性和模式识别技术成功实现了故障定位，进而得出了特高频信号在不同气室间的衰减规律。跟踪分析故障气室特高频信号幅值和在线谱图信息，通过故障气室解体找到了放电点，验证了之前诊断分析的正确性，为特高频法在特高压GIS工程中的应用提供了有效例证。最后提出了特高频法在现场检测的几点建议。

特高压；局部放电；特高频法；衰减特性；典型谱图；定位技术

0 引言

为解决现阶段能源和环境的突出问题，国家电网公司在系统内已逐步采用特高压交流输电技术[1-4]。为节省占地面积，目前1 000 kV特高压站普遍采用GIS/HGIS结构，但由于GIS的制造工艺参差不齐以及运输、现场装配不良等原因，导致部分实际应用的GIS存在绝缘缺陷，并在运行电压下产生了局部放电现象，极易诱发绝缘事故[5，6]。为防范此类事故，1 100 kV特高压GIS气室大多安装局部放电在线监测装置，但是仅仅通过在线监测装置很难定位局部放电故障气室，无法开展有针对性的跟踪和检修工作。基于此，有必要深入开展1 100 kV特高压GIS局部放电故障气室的定位研究。

本文针对某1 000 kV特高压站GIS开关投切后内置式特高频局部放电传感器的报警案例，利用特高频信号的传输特性和模式识别技术成功实现了故障定位，得出了特高频信号在气室间的衰减规律。跟踪分析故障气室特高频信号的幅值和在线谱图信息，得到了特高频信号放电幅值随持续放电时间的变化规律，通过故障气室解体找到了放电点，验证了之前诊断定位的正确性，为特高频法在特高压GIS工程中的应用提供了有效例证。

1 局部放电告警

某1 000 kV特高压站出线1在开关检修后投切时，相应的GIS内置特高频局部放电探头OCU04-B，OCU05-B，OCU06-B和OCU09-B均出现告警（OCU04-B代表B相第4个探头）。探头位置如图1所示。

图1 传感器布置

图2 内置探头频谱图

图2是内置探头对应谱图。可以看出，所有探头放电相位均集中在±90°附近，通过模式识别技术确定为典型的悬浮电极放电谱图，且OCU06-B对应的放电信号幅值最大，故初步判断故障气室位于OCU06-B附近。

2 故障定位

当GIS内部发生局部放电时，其产生的电磁波遵循麦克斯韦的电磁场基本方程，即[7]：

式（1）说明局部放电产生的电磁波的传播是时间与位置的函数，因此可以直接通过测量时间差来实现GIS内部故障气室定位。故障定位方法如图3所示，假设GIS内部靠近导体处存在放电源，其两侧分别放置特高频探头T1，T2，则放电源与探头T1之间的距离满足：

式中：x是放电源与测量探头T1之间的距离；L是探头T1与T2之间的距离；c是电磁波传输速度；Δt是探头T1与T2接收到信号的时间差。

利用图3方法实现局部放电点的故障定位，示波器采用Agilent technologies公司产品，型号为DS09404A，最高采样速率20 G。为保证定位精度，所使用的外置传感器和示波器数据线型号、长度均一致。内置探头OCU06-B附近盆式绝缘子（简称盆子）分布如图4所示。

图3 故障定位

图4 内置探头OCU06-B附近盆子分布

图5是采集到的盆子2和盆子3处的特高频信号。由图5可以得出盆子2和盆子3的特高频时差。

图5 特高频信号

表1是测得的不同盆子处的特高频信号时差，可以看出盆子2特高频信号先于盆子3约3 ns，先于盆子6约25 ns，盆子3信号先于盆子6约22 ns，考虑到盆子2，3之间距离大于1 m，结合式（2）计算得到故障点位于闸刀T0321内部靠近盆子2处。盆子3处的特高频信号先于盆子4约54 ns，盒子2信号先于盒子4约60 ns，结合式（2）计算得到放电源位于盆子1，2间靠近盆子2处。综合上述分析，初步确定放电源在盆子2附近。

表1 不同盆子处的特高频时差

故障初步定位后，通过盆子处测得的特高频信号幅值，比较信号在不同气室的衰减特性。图6是盆子2处的特高频信号，表2是不同盆子的信号幅值。

图6 盆子2处的特高频信号

表2 不同盆子处的特高频信号

由图4可知，盆子6，7和盆子4，5之间仅包含隔离开关，对照表2，特高频信号在隔离开关气室衰减8 dBm。盆子1，2间为1根长导线，长度为2 m，对照表2，特高频信号每米衰减0.5 dBm。盆子3，4之间为开关和电流互感器组成的气室，对照表2，特高频信号在该气室衰减11 dBm。盆子2，3间是1个闸刀气室，如果放电源处于盆子1，2间，那么盆子2，3间特高频信号衰减值应为8 dBm左右，而实际的衰减值为2 dBm，故排除放电源处于盆子1，2间的可能性。最终确定放电源在盆子2，3间，即闸刀T0321内部。

3 跟踪分析及处理

将外置式特高频传感器固定在T0321闸刀盆子2处，可以利用示波器采集数据来比较信号幅值随放电时间的变化规律。

图7是持续放电12天后的采集数据，其中最大放电幅值约为1 200 mV。图8是最大放电幅值随持续放电时间的变化规律，可以看到在放电初期，最大放电幅值持续增加，达到1．3 V后则基本稳定，在持续放电25天后，放电信号缓慢衰减，最后稳定在1 000 mV左右。

图7 放电信号

图8 放电幅值随持续放电时间变化规律

图9、图10是内置式探头OCU06－B持续放电12天和40天对应的放电谱图，可以看出，该气室一直是典型的悬浮电极放电谱图，且单位时间放电次数比图2（c）略有减少。

图9 12天后放电谱图

对该气室进行解体查看，发现在闸刀静触头处屏蔽罩上有1枚固定螺丝未有效接地，进而产生悬浮放电。对该螺丝进行紧固后，放电信号即不再出现。

图10 40天后放电谱图

4 结语

GIS内部悬浮放电信号在放电初期幅值增大，随着持续时间的增长最后趋于稳定。针对这类放电故障，可以利用外置式特高频传感器和高速采样示波器实现故障气室的准确定位，并可进行持续跟踪。

[1]徐建源，王亮，李爽．特高压GIS隔离开关操作时其壳体电压暂态特性仿真分析[J]．高电压技术，2012，38（2）∶228－294．

[2]刘振亚．特高压电网[M]．北京：中国经济出版社，2005．

[3]舒印彪．1 000 kV交流特高压输电技术的研究与应用[J]．电网技术，2005，29（19）∶1－6．

[4]舒印彪，张文亮．特高压输电若干关键技术研究[J]．中国电机工程学报，2007，27（31）∶1－6．

[5]肖燕，郁惟镛．GIS中局部放电在线监测研究的现状与展望[J]．高电压技术，2005，31（1）∶47－49．

[6]李信，李成榕，丁立健，等．基于超高频信号检测GIS局放模式识别[J]．高电压技术，2003，29（11）∶26－30．

[7]李信．GIS局部放电特高频检测技术的研究[D]．北京：华北电力大学，2005．

（本文编辑：龚 皓）

Research on 1 100 kV GIS Partial Discharge Fault Location Based on UHF Technology

WANG Wenhao1，HU Xixing2，LI Yujie3，HE Wenlin1，XU Hua1，LIU Jiangming3
（1.State Grid Zhejiang Electric Power Research Institude，Hangzhou 310014，China；2.State Grid Hangzhou Power Supply Company，Hangzhou 310009，China；3.State Grid Zhejiang Maintenance Company，Hangzhou 311232，China）

The case that built-in type UHF sensor alarmed after 1 100 kV GIS circuit breaker switching is presented.The fault is located successfully based on the propagation characteristics and pattern recognition techniques of UHF signals，and then attenuation rule of UHF signals in different gas chambers is concluded. By tracking and analyzing the UHF signal amplitude and on-line frequency spectrogram information and detecting discharge point by faulty gas chamber disassembly，the above-mentioned diagnosis and analysis is proved correct，providing an effective example for application of UHF-based method in UHV GIS projects.In the final，the paper brings forward some suggestions on field detection of UHF-based method.

UHV；partial discharge；UHF；attenuation characteristics；typical spectrogram；location technology

TM855+.1

B

1007-1881（2015）04-0011-04

2014-08-21

王文浩（1983），男，高级工程师，从事特高压带电检测与状态检修工作。