特高频技术在110kVGIS气隙放电检测定位中的应用研究

云南电网昆明供电局 施涛 方勇 邹璟 王清波 赵荣普

1 特高频局放检测技术

电力设备绝缘体中绝缘强度和击穿场强都很高，当局部放电在很小的范围内发生时，击穿过程很快，将产生很陡的脉冲电流，其上升时间小于1ns，并激发频率高达数GHz的电磁波。局部放电检测特高频（UHF）法基本原理是通过特高频传感器对电力设备中局部放电时产生的特高频电磁波（300MHz≤f≤3GHz）信号进行检测，从而获得局部放电的相关信息，实现局部放电检测。如图1所示。由于现场的晕干扰主要集中在300MHz频段以下，因此特高频法能有效地避开现场的电晕等干扰，具有较高的灵敏度和抗干扰能力，可实现局部放电带电检测、定位以及缺陷类型识别等优点[1-5]。

特高频检测法和其他局部放电在线检测技术相比，具有显著优点：检测灵敏度高。局部放电产生的特高频电磁波信号在GIS中传播时衰减较小；抗干扰能力强。特高频法的检测频段通常为300MHz～3GHz，有效的避开了现场电晕等干扰，因此具有较强的抗干扰能力；可实现局部放电定位。可根据特高频电磁波信号到达其附近两侧特高频传感器的时间差，计算出局部放电源的具体位置，实现绝缘缺陷定位；有利于缺陷类型识别。不同类型绝缘缺陷的局部放电所产生的特高频信号具有不同的频谱特征，可利用特高频信号频域分布特征进行局部放电类型识别，实现绝缘缺陷类型诊断。

2 特高频时差定位技术

当特高频检测发现有异常信号时，可以采用两个以上的特高频传感器进行检测，并利用高速采样技术通过计算两个特高频传感器所接收到脉冲信号的上升沿时差对放电源进行定位[1-5]。如图1中所示，假设放置两只特高频外置传感器的盆子之间距离为L，放电源距离特高频外置传感器A1为X，则距离特高频外置传感器A2为L-X，放电脉冲到达传感器A1为时刻t1，到达传感器A2为t2时刻，两传感器接收到信号的时差Δt，则可以按照公式(1)计算信号源的具体位置。

上式中c为电磁波等效传播速度，取3×108m/s，Δt可通过高性能示波器读出。

3 现场检测及分析

采用特高频法对某110kV内桥112断路器间隔1121隔离开关气室进行局放测试，测试数据如图2所示：

图2 不同频带特高频PRPD&PRPS检测图谱

对110kV内桥112断路器间隔1121隔离开关气室存在的异常特高频信号进行分析。由图1a可知，工频相位下出现一簇脉冲信号，工频相位相关性强，信号有大有小，显示气隙放电特征。由图1b可知，工频相位下出现对称的两簇脉冲信号，工频相位相关性强，信号有大有小，显示气隙放电特征。由于现场为了去除噪声干扰选择的测试频带不同导致了信号特征有所差异，综合判断该间隔存在异常气隙放电现象。

采用超声波法对110kV内桥112断路器间隔进行局放测试，测试数据如图3所示。

图3 超声波图谱

由图3超声波图谱可知，110kV内桥112断路器间隔超声波信号未见异常。

4 诊断定位分析

4.1 诊断分析

利用高性能示波器（带宽1GHz、采样频率4GS/s）对该缺陷的原始波形进行检测与分析，检测图谱如下图4所示。

图4 特高频原始信号波形图谱

特高频原始信号波形图谱如图4所示，由图4a可知，每个工频周期出现一根脉冲信号，工频相位相关性强，具有悬浮放电特征。由图4b可知，每个工频周期出现一定数量对称的脉冲信号，信号大小不一，具有一定绝缘放电的特征。综合判断该处可能存在两处放电信号，大概率为绝缘放电早期放电，小概率为悬浮放电信号，信号幅值最大约为900mV。

4.2 定位分析

应用高性能示波器及特高频传感器进行定位，通过读取异常信号到达布置在不同检测部位的特高频传感器的时延对异常信号进行定位，从而确定产生异常信号的部位。

图5 定位步骤1传感器位置及检测波形图

关键定位步骤一：绿色、黄色特高频传感器分别放在110kV内桥112间隔1121隔离开关气室下方及右侧盆子处，红色传感器放置在110kV内桥112间隔1121隔离开关气室上方接地刀盆子处，具体如图5a所示。由示波器定位波形可知，出现了两种比较典型的时差关系：红色波形超前绿色波形、绿色波形超前黄色波形，如图5b所示；红色波形与绿色波形重合，并超前黄色波形，如图5c所示。

关键定位步骤二：将黄色、红色特高频传感器放置在110kV内桥112间隔1121隔离开关气室上方接地刀盆子处，绿色传感器放置在110kV内桥112间隔1121隔离开关气室下方盆子处，具体如图6a所示。由示波器定位波形可知，出现了两种比较典型的时差关系：红色波形超前黄色波形，黄色波形超前绿色波形，如图6b所示；黄色波形超前红色波形，红色波形超前绿色波形，如图6c所示。

图6 定位步骤2传感器位置及检测波形图

定位总结。综合以上关键两步的定位过程，并通过时各传感器之间的差关系，判断110kV内桥112间隔1121隔离开关气室至少存在两处放电源，放电源所在区域如图7蓝色区域及黄色区域所示，同时在该区域不排除有其他放电源存在的可能。

根据检测数据分析，该信号大概率为气隙放电，且存在多放电源，放电程度较高，设备长时间运行，在过电压或其他扰动的情况下有击穿、闪络存在的可能。且气隙放电不同于其它类型放电，一般发展较快，建议尽快安排停电检修。气隙放电用肉眼一般较不易观察到放电痕迹，建议检修解体时保持内部部件原状，必要时对该支撑绝缘子做耐压与常规局放试验。

5 故障处理

4月对110kVXX变110kV内桥112断路器间隔1121隔离开关气室进行解体检查，现场未发现明显放电痕迹，为进一步分析该支撑绝缘子内部状况，对该气室解体取回的绝缘拉杆进行X光透视及显微镜观察实验。发现2#样品及3#样品分别存在气孔及裂纹存在。具体照片见图8及图9所示。

图8 绝缘拉杆外观图

6 结论

本文详细介绍了一起GIS绝缘拉杆气室多点气隙放电典型案例的综合诊断与分析。特高频检测技术能够有效发现GIS设备内部存在的气隙放电缺陷，能够对设备故障进行准确的分析判断，避免事故的发生。利用高速采集功能的示波器及时差定位技术能够对局放源进行精确定位，现场检测过程中需要对各传感器的时差关系进行分析，避免多放电源诊断时的漏判。气隙放电往往在外表面无法进行有效的观察，X光透视技术能够有效发现绝缘内部的气隙放电缺陷。