超声波局放检测技术在GIS上的应用

2016-04-01邝文明

电气技术与经济 2016年1期

关键词：超声波

邝文明李　浩

（国网马鞍山供电公司）

超声波局放检测技术在GIS上的应用

邝文明李浩

（国网马鞍山供电公司）

摘要：本文针对GIS设备的局放缺陷，分析了传统检测法的缺点，引入了超声波局放检测法，介绍了其检测原理及不同局放的类型、图谱特征。通过现场应用实例，验证了超声波局放检测技术在GIS电力设备应用上的有效性和优越性。

关键词：超声波；局放检测；GIS

0 引言

由于具有占地空间小、性能运行可靠、维护工作量少等显著优点，同时，因金属外壳的接地屏蔽作用，还有利于工作人员的安全和健康，GIS设备在电力系统中得到了越来越广泛的应用。

但是，在生产运行过程中，GIS设备内部在高场强作用下，经常存在绝缘隐患，而隐患的表征形式是局部放电（以下简称“局放”）。因此，为了GIS设备和系统的运行安全，对局放现象进行检测刻不容缓。

1 传统检测法

在GIS设备中，传统的局放检测法是电测法，也称为脉冲电流法。此法通过使用脉冲电流传感器，针对设备的接地线进行取信号，从而实现检测，结构上较为简单同时也较容易实现，但是，它的测量频率很低、频带也很狭窄，而且在进行检测时，因对混杂在局部放电信号中的外界干扰信号难以识别，灵敏度很差，其应用十分受限，已经无法满足当今设备对高精度的测量要求。

2 超声波局放检测法

2.1 检测原理

GIS设备内部构架遭遇局放时，会有冲击的声波信号出现。GIS超声波局放检测法就是通过采集、处理和分析GIS设备的局放电流激发出的超声波信号，从而获取设备运行状态的一种状态检测技术，也称为声发射法[1-2]。

检测时，将超声波传感器安置于GIS设备的腔体或外壁上，通过转换超声波信号为模拟信号，并借助同轴电缆从而传入到检测主机（测量系统）。主机采样、处理得到的模拟信号后，会将最终的检测结果显现在人机交互界面上。此外，经由多通道超声波检测中提取到的不同超声波信号到达不同传感器的时间差，再借助其传播速率即可从二维或三维上定位局部放电源，即通过对比两路及以上的检测信号强度大小，就可实现定位。

2.2 局放类型

超声波局放检测法可用于众多类型的电气设备，比如GIS、开关柜、电缆终端等[3-5]，但其最广泛的应用还是在诊断GIS的缺陷。根据引起局放原因的不同，通常，GIS典型缺陷类型可以分为三种：

1）电晕放电缺陷。此缺陷是气体中电场极不均匀而引发的独有放电现象，多是由于在设备的内部或外壳上存在毛刺而造成。

放电图谱特征：放电信号在相位上呈现出很显见的聚集效应，即与其两端电压幅值相关性很强，包括频率1相关性（50Hz相关性）、频率2相关性（100Hz相关性），且前者要大于后者。该局放缺陷在一个工频周期内有较明显的极化效应，呈现“单峰”形状。同时，特征指数检测模式下的放电次数累积图谱波峰位于整数特征值2处。

2）悬浮电位缺陷。悬浮电位放电是指设备内部某一金属部件与导体（或接地体）失去电位连接，存在一较小间隙，从而产生的接触不良放电。

放电图谱特征：和电晕放电类似，它同样有很明显的聚集效应，其产生与两端所施加的电压幅值极具关联性，在一个工频周期内呈现“双峰”形状，然而，不同的是，它的频率2相关性大于频率1相关性。此外，其放电次数累积图谱中波峰处在特征值1位置。

3）自由金属颗粒缺陷。该类缺陷主因在于金属碎屑，而这碎屑可能在GIS设备装配时就带有，也可能是在开关动作时产生。在电力设备内部强电场作用下，自由金属颗粒因携带有电荷而会受到电动力的作用，一旦电动力相比重力占优，它就将会在GIS设备内部进行无规律性的移动或跳动。

放电图谱特征：与前两者不同，此类局放电流产生的信号来源于金属颗粒在运动时与GIS设备外壳的碰撞，而其放电关联很小。由于碰撞时间极具随机性，因此并无明显的相位特征，即频率1相关性、频率2相关性较小，不过，其信号有效值及周期峰值却往往较大。

2.3 技术要点

超声波局放检测法的技术要点在于测点的选取。宜选取仓体下部、开关触头等GIS设备内部构架中易出问题的部位；闸刀、开关、接地开关等气室，因有活动部件存在，应多取点检测；测点之间相距宜小于3m，盆式绝缘子两两之间至少应取1个测点；若想与历史检测结果比对，应取与前次检测相同的测点；采用水平安装的盆式绝缘子，测点应当增加，这是因为颗粒易残留在这些部位并产生局放；其他一些值得注意的测点。