GIS局部放电超高频检测技术的应用

黄浩锋，胡振球，梁健锋

（广东产品质量监督检验研究院，广东 广州 510080）

2013-06，广东某电厂发生了GIS爆炸，给电厂造成巨大的经济损失。为保证电力系统的安全运行并杜绝类似事故的发生，省内许多电力公司都加强对GIS绝缘状况的试验和监测工作，尤其是GIS局部放电带电检测。

1 开展局部放电试验的必要性分析

局部放电一般是由于绝缘体内部或绝缘表面局部电场特别集中而引起的。而局部场强过高会导致绝缘介质中局部放电或击穿，这是造成绝缘劣化的主要原因，也是劣化的重要征兆和表现形式，与绝缘材料的劣化和击穿密切相关[1]。因此，局部放电测量有助于探测现场试验期间的某类故障，也有助于确定经过一段时间运行后设备是否需要维护[2]。

局部放电测试以局部放电所产生的电信号作为需要采集的信号源，并通过数学换算把采集到的信号源进行量化，用可描述的物理量来表示局部放电信号的类型、大小、种类等。通过参考对比局部放电的信号数据库，我们就可以初步判定产生局部放电的原因、类型。根据局部放电的过程中可能会产生的超声波、电脉冲、电磁辐射、光以及化学生成物，通过合适的传感器对这些物理电磁信号和气体进行采样，局部放电检测方法也相应地衍生出脉冲电流法、超声波法、超高频（UHF）法等。

脉冲电流检测法具有较高的灵敏度，但很容易受其他信号的干扰，故此法一般只在实验室应用。超声波局部放电检测法技术相对比较成熟，而声音信号在真空中的传输速度较慢，大约140 m/s，且超声波中的频率较高部分衰减较快，声波信号在不同的介质中传播的速率不一样，在不同介质的边界会发生折射和衍射，如果发生的局部放电较为复杂，那么超声波耦合器采集到的声波信号模式就变得相当复杂。此外，超声波传感器监测有效范围较小，对大型设备需要装设很多传感器，现场应用很不方便。超高频检测方法将测试传感器放置在盆式绝缘子处，在UHF频段（300 MHz以上）接收及耦合GIS内部信号，既能避开一般的电磁干扰，又能准确测量GIS内部的放电信号，因此该方法在现场得到广泛的应用。

2 应用实例分析

实例1：2012-03，我公司对广东中山某电厂3号主变开关间隔进行局部放电试验，设备为PM05特高频局放检测系统，在A，C两相断路器主变侧CT盆式绝缘子处发现明显的局部放电信号且幅值较大，局部放电信号如图1所示。

图1 局部放电相位图

检波输出曲线的脉冲密集且间隔不等，局部放电发生在很宽的相位区间内，主要在电压过零点前后，故障的放电量较小，但超高频探头可以测到相当可观的放电信号。检波输出曲线脉冲波形规则，脉冲的幅值参差不齐；工频正、负半周的上升沿和下降沿都有放电脉冲，幅值参差不齐；放电量随着电压的升高和作用时间的增长而变大。对比局部放电典型波形，并结合以往的测试经验，此类局部放电很可能是浮动电极放电，建议电厂相关人员对SF6气体分解物进行测试。

如果气体分解物测试发现异常，应立即进行解体处理；如果气体分解物测试未发现异常，应缩短局部放电带电测试周期进行密切跟踪测量。后经跟踪试验发现，此处的局部放电信号依然存在，且局部放电信号幅值有增长趋势，电厂方拆解绝缘子后发现此处有金属粉末。清洁干净后，再进行局部放电测试，局部放电信号消失。

实例2：2015-03，我公司对深圳某400 kV变电站主变间隔GIS耐压局部放电进行试验，在耐压过程中对GIS局部放电进行测试。但试验过程中，当试验电压升至1.1 UN时，在A相16#绝缘盆处发现局部放电信号，其后在不同位置进行检测，并对结果进行对比分析，初步判断不同位置检测到的信号应为同属一处的局部放电信号，故判断16#绝缘盆存在局部放电信号。不日，通过与相关部门协调对GIS进行微水检测，发现16#绝缘盆所在气室的微水超标。解体16#绝缘盆子发现，绝缘盆有闪络现象。

将传感器放置在不同距离时耦合得到的脉冲电压信号如图2所示。距电缆终端不同距离耦合的脉冲电压信号随其距离的增长而减小，这样就可以判断局部放电信号源的位置。

图2 局部放电系统不同距离的耦合信号

事后调查发现，GIS到货后没有采取妥善的密封干燥措施，导致空气中的水汽渗到GIS盆腔内，影响了GIS内部绝缘性能，进而发生局部放电和闪络。后经干燥处理，耐压通过，局放信号消失。

实例3：2010-09，在某110 kV GIS线路上检测到局部放电信号，为向该GIS线路的运行管理和质量维护提供有效的技术数据，需确定局放检测结果的可靠性并进行局部放电信号源定位。2010-10，对上述GIS线路进行了局部放电带电复测及定位测试，通过采用超高频传感器分别在4个盘式绝缘子法兰上检测到的PD信号相互间的时间差，确定信号源的大致位置。将检测到的信号图谱与GIS局部放电类型数据库中的图谱进行对比发现，本次超高频传感器检测到的信号图谱类型与悬浮电位电极或毛刺信号图谱一样，即该PD信号属于悬浮电位电极或毛刺放电——单极放电。

2010-10，对该站GIS电缆终端进行局放测试（复测）并定位确认存在3个PD信号源。该局放信号密度较高，幅值较大，已达100 pC，具有一定的危险性，近期应采取相应的措施进行应对跟踪。比如，间隔一个月采用不同的方法手段进行测试确认，或者安装一套长期在线监测系统对其进行实时监测监视，如果在线监测系统监测到或经采用不同的方法手段测试而发现PD信号有增长趋势，就应该尽快对该设备进行停电更换。

3 结束语

GIS及其电缆终端局部放电信号的检测可通过波形脉冲时域特征、频域特征、相位特征、局部放电起始熄灭电压等方面进行综合分析判断。局部放电的产生原因一般包括内部裂纹、悬浮的金属颗粒、尖角毛刺、气泡或其他设计上的缺陷等[3]。绝缘缺陷不同，所产生的局部放电信号亦有差别，同时受试验电源和试品本身参数等因素的影响，可能造成局部放电检测到的脉冲波形畸变失真，因此需要通过多方面的检测结果对脉冲信号进行分析判断。

在现场局部放电试验中，主要的难点之一在于如何排除干扰信号，特别是如何排除来自空间、接地网、试验电源等方面的高频干扰信号[4]。不同的干扰信号，可能具有与被试品局部放电信号相似的特征，容易与被试品内部局部放电信号混淆，也有可能是全相位固定干扰信号，干扰信号的幅值较大，足以淹没被试品较小幅值的局部放电信号。现场检测的干扰信号与附近其他运行中的电气设备有关，例如照明光管、电焊机、行车等，如何分辨并排除这些干扰信号，也是检测试验人员必须学习并掌握的基本知识。

实验室中可以通过加装屏蔽罩或安装滤波装置以达到抑制干扰信号的目的，但对已投用的电气设备进行检测试验，此法是不现实的，故需采用其他方法对干扰信号进行辨别，比如采用改变试验接线、改变试验时间、改变试验程序等方法。通过对不同试验条件下所测得的高频局部放电信号进行对比分析，从中辨别被试品内部局部放电信号和干扰信号，也可以通过对多台被试品测得的放电信号进行横向比较，协助分析判断试验结果。