GIS 局部放电超声波定位方法及实践价值研究

邱有水

摘 要：随着国家对变电站安全性的重视力度不断加强，气体绝缘封闭组合电器（GIS）绝缘状况的诊断和评估得到越来越多的关注和研究。局部放电作为诊断 GIS 设备绝缘性能的重要手段和技术，得到众多制造厂家和运行维护企业的关注和重视。本文首先对超声波检测法进行简单叙述，然后重点分析 GIS 局部放电超声波定位技术和实践应用及其价值，以期为绝缘状况的诊断和评估提供一种安全高效的方法。

关键词：气体绝缘封闭组合电器 局部放电 超声波定位 实践价值

1.前言

既往对于局部放电绝缘状况的诊断常采用传统的脉冲电流方法，能够在放电量、局部放电脉冲等参数的测量和评估中提供一定的参考价值。但是传统的脉动电流方法也存在明显的不足，即抗干扰能力差，使得测量精度受到严重的影响[1]。因此本研究着重分析和研究 GIS 局部放电超声波定位方法及实践价值。

2.超声波检测法概述

超声波法是目前常用的局部放电绝缘状况检测方法，具有抗干扰能力强、灵敏度高、操作简单、对设备无特殊要求等优势，是一种理想的定位诊断方法。声发射传感器基于谐振原理制作，经过放大、滤波以及检波等处理能够对设备绝缘状况及严重程度评估提供有效的参考。超声波检测法基本原理如图 1 ，可知该检测方法能够保证超声波脉冲在传播过程中的有效性和灵敏性。

3.GIS 局部放电超声波定位技术分析

GIS 局部放电超声波定位技术主要包括区域幅值梯度变化检测法、频率宽带变化法、信号时延法等。以下是对各种 GIS 局部放电超声波定位技术的细致分析，为其广泛应用奠定理论基础。

3.1 区域幅值梯度变化检测法

众所周知，电源放置的位置不同，超声波信号产生后的传播路径也存在明显不同，可以利用此种技术原理对缺陷位置进行判断，并且判断绝缘状况障碍的严重程度。如果信号水平出现在 GIS 罐体表面的周线方向位置，则可以判定超声波脉冲信号与传感器检测的位置之间存在一定的距离。

3.2 频率宽带变化法

频率宽带变化法在超声波定位检测中的应用主要利用SF6气体对于中频和高频信号具有较强的吸收作用，其中中高频段的频率一般为 50-100kHz，而全频段的频率一般为10-100kHz[2]。若高频部分的幅值衰减并没有全频部分的明显，则可以判定缺陷或障碍发生在中心导体的位置上。

3.3 信号时延法

放电源产生的超声波信号传播到不同的传感器位置需要的时间存在明显差别，即信号延时原理。信号延时原理的利用能够依据不同信号传播的速度，计算出信号源和不同传感器之间的距离坐标。关于信号时延法在 GIS 局部放电超声波定位中的应用存在以下特性，即传播特性受超声波信号传导材料、温度、路径、压强以及传播路径等诸多因素的影响[3]。但是在绝大多数情况下，信号时延法的应用能够大致确定 GIS 局部放电设备绝缘障碍的范围和严重程度，还可利用该技术对电源放置位置进行验证。

4.GIS 局部放电超声波定位技术实践价值

由上述分析可知，各种 GIS 局部放电超声波定位技术在绝缘状况检测中均有一定的作用和价值，本文将理论分析和实践应用相结合，以某变电站 GIS 局部放电绝缘状况运用超声波定位检测技术为例，着重叙述该技术的实践价值。

4.1 布置超声波测试点

超声波测试点的布置应该遵循均匀、逐段检测的原则，首先在沿着导体轴线的方向和连续、均匀布置 6 个测试点，在发现超声波脉冲信号最为强大的位置处依次沿着圆周顺时针方向在 3 点钟、6 点钟、9 点钟和 12 点钟位置处分别布置 4 个检测点（检测点的排布可不受局限，应根据实际情况确定）。

4.2 幅值梯度改变

首先对 1-6 个检测点的超声波脉冲信号幅值进行统计，统计结果分别为 2.5mV、26mV、60mV、20mV、2.5mV 和 1mV。由此可知，测试点 3 的信号幅值最大，且在 50Hz 与 100Hz 频率间显示出明显的相关性。此外在检测过程中，工作人员还可以观察到明显的放电相位，并且根据所得的信号检测图谱特征可知放电相位主要集中于第三象限，因此可判断测试点 3 属于尖端放电。

4.3 频率宽带改变

对各个测试点的超声脉冲信号频率进行分析可以发现如果将测量频率的上限值改为50kHz，则高频信号部分与全频信号部分的幅值并没有明显的差别，均在 60mV 左右浮动，也可以判断绝缘状况缺陷位置在壳体的测试点 3 位置。

4.4 信号时延法的实践价值

将一个超声波传感器放置于测试点 3 的位置，在另一测试点处也放置超声波传感器，可得到双路的超声波信号时域波形图，经过分析可发现测试点 3 处传感器的幅值明显大于其余测试点，且测试点 3 处超声波信号超前于其余测试点，考虑到超声波信号在金属罐体中的传播速度约为 5000m/s，在 SF6 气体中的传播速度约为 140m/s，可根据时间差和速度计算传感器与超声波脉冲的距离，并借此判断缺陷点的位置。

4.結束语

GIS 局部放电超声波定位技术能够利用不同的方式对变电站 GIS 设备绝缘性能和局部缺陷情况进行检测和维护，在保证电网供电的安全性和稳定性方面发挥了重要的作用，在 GIS 局部放电诊断和检测中具有良好的应用价值。

参考文献：

[1]孙帆，马瑞龙，梁乃峰，等. GIS 中局部放电超声波检测定位方法及应用分析[J]. 电气应用，2015，13：180-182.

[2]李军浩 ， 韩旭涛 ， 刘泽辉 ， 等 . 电气设备局部放电检测技术述评 [J]. 高电压技术，2015，08：2583-2601.

[3]张天辰 ，胡岳 ，李清， 等 . 基于虚拟仪器的 GIS 局部放电声电联合检测系统 [J]. 高压电器，2012，11：43-49.