GIS设备局部放电检测方法研究

何莉

摘 要：GIS设备在高压、超高压、特高压领域正在被广泛使用，但是GIS设备一旦内部出现某种缺陷，进而发生故障，检修时间将比常规敞开式变电站更长，影响程度也要比同类设备更严重。目前，国内已发生了数起较为严重的GIS事故。因此，GIS设备在发生故障前的检测就显得尤为重要。本文主要阐述了几种技术较为成熟的检测方法。

关键词：GIS设备；局部放电；检测方法

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.13.222

GIS设备（GAS INSULATED SWITCHGEAR）是指气体绝缘全封闭组合电器，它是将出线终端、连接母线、高压断路器、互感器、隔离开关、避雷器、接地开关等设备，全部封闭在金属接地的外壳中，在内部充有一定压力的SF6绝缘气体，又称SF6全封闭组合电器。伴随工业、经济的发展，人们对连续、安全的供电可靠性要求越来越高。而GIS设备一旦内部出现某种缺陷，发生了故障，检修时间会比常规敞开式变电站更长，影响程度也要比同类设备更严重。目前技术较成熟的GIS局部放电检测方法，主要有常规脉冲电流法、特高频（UHF）检测法和超声波检测法。

1 脉冲电流法

又耦合电容法，该方法结构简单，便于实现。GIS 产生局部放电时，GIS试品两端产生瞬间变化的电压，若把试品接入检测回路，则会有脉冲电流信号。该信号通过输入端的输入阻抗转换成脉冲电压信号，然后再经过滤波、放大、信号采集及计算处理，测出局部放电的一些基本物理量（如：视在放电量、局放脉冲的大小、相位）。该技术较为成熟且应用广泛。

该方法的优点是能对被试品的局部放电量进行定量测量。相比较而言，它对视在放电量的定量测量能更加直观反映系统局放产生的剧烈程度。它的缺点是抗干扰能力比较差，在现场测试时，识别与多种噪声混杂在一起的局部放电信号比较困难，现场测试的精度经常受到很大的影响。

2 超声波检测法

GIS设备的内部发生局放信号的时候，会有较陡的电流脉冲，使发生局放的区域SF6气体受热而膨胀，放电结束受热后膨胀的区域恢复至原先的体积，这种一涨一缩的体积变化导致介质的疏密变化，形成了超声波。超声波法通过采用接触式的声发射传感器来测量局部放电信号，一般置于GIS壳体外壁。该方法的优点是传感器与GIS设备的电气回路无任何联系，不会影响设备的运行，也不受现场电磁信号的干扰，能够对设备进行无死角检测，定位的准确度高。

声波是机械振动波。当产生局放时，在放电的区域，分子之间会产生剧烈的撞击，这种撞击表现为一种压力。由于局放是产生了一连串的脉冲，所以因此而产生的压力波也是脉冲形式，即声波。它的频谱分布很宽，约为10Hz-107Hz。声音频率超过20000Hz的称为超声波。由于局部放电产生的区域很小，因此局放源通常可看成点声源。在GIS设备上安装多台超声传感器，依据电信号与声信号间的时间差，就可得到放电点与安装的传感器间的距离，最终实现局放定位。

但是，超声波法检测局放也存在有下列问题：（1）很难根据超声波信号的幅值反映局放的剧烈程度。（2）超声波信号衰减很快，所以超声波法检测范围小，检测点多，检测效率较低。（3）在高压导体附近的局放故障灵敏度低。（4）抗机械振动干扰能力差，如现场的自然风对超声波检测干扰非常大。超声波法适用于GIS设备中放电量较大的局放信号的检测、定位。

3 特高頻检测法

特高频是指电磁波信号频率范围为300MHz--3GHz。局放产生时，气体击穿过程很快，会瞬时出现一个较陡的脉冲电流信号，信号经频谱分析后，发现频率成分高达GHz，该信号会同时向外发射特高频电磁波，有电磁波、横向电场波和横向磁场波，它们沿着波导方向传播，同时沿着GIS设备的盆式绝缘子向外传出。特高频法经过检测GIS设备中发生局放时产生的超高频电磁波信号，来获得局部放电的一些相关信息，例如：金属颗粒放电、悬浮电位放电等，从而判断局放的类型和大致的定位。

一般现场的电晕干扰主要集中在300MHz的频段以下，所以特高频法能有效地避免现场的电晕等干扰，它的抗干扰能力较强。

通常特高频传感器有安装在设备外面的和安装在设备里面的传感器。当用内置的特高频传感器时，由于电磁波在GIS设备内传播时，信号会随距离的增加而相应的衰减，因此就需要每隔一段距离安装一个传感器，若GIS设备结构复杂，则安装成本将会很大。如果将传感器置于GIS外部，并紧贴盆式绝缘子外径，则能够接收到电磁波信号。GIS设备一个间隔内有多个绝缘子，这为检测提供了大量合适的位置，以便于从较近的距离检测出局放，尤其是在绝缘子附近产生的放电，由此增加了检测的灵敏度。

特高频法检测局部放电也存在着一定的问题：（1）在现场测量中要判断缺陷的具体类型。由于缺陷存在于GIS设备不同的位置，能产生不同类型的放电，其放电量也有很大的差别。（2）利用特高频法对GIS设备内的放电源不能进行精确的定位，包括确立放电源在腔体中所处的具体方位。（3）特高频法不能确定GIS设备内部故障的视在放电量。但对于检测设备的局放而言，视在放电量的大小可认为是不可缺少的一项标准，也是确定设备绝缘状况严重程度的重要标准。

4 GIS设备局部放电检测方法小结

从上面的几种方法分析来看，每种检测方法都有各自的优缺点，适用于不同的故障类别，在现场使用局部放电检测GIS设备的绝缘状况时，应该将多种方法综合使用，并测量多点，这样有利于判别和定位故障。采用 GIS设备带电检测有利于合理调整预防性试验规程，放宽一些设备的试验周期，减少停电的操作次数，能有较好的经济效益和社会效益。今后还应进一步探索GIS设备状态检修方案、建立GIS状态数据库（包括历史数据、带电检测数据、停电检测数据）和诊断模式流程，力保设备缺陷诊断的准确性。

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