GIS特高频局部放电在线监测系统现场测试方案探究

林海君

摘要：本文主要介绍了GIS设备及局部放电的基本情况，分析了GIS设备局部放电测试常用的两种方法：超声波法和特高频法，并对这两种测试方法的检测原理、使用规范及各自的优缺点进行了阐述。通过联合两种方法对运行中GIS设备的带电测试实例介绍其实际应用情况。

关键词：局部放电;超声波;特高频检测

一、引言

气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）对于电力系统的作用十分重要，如果GIS在运行中出现故障，可能会引发比较严重的问题，甚至会引发大面积的停电情况。按照GIS的结构分析，其可以分为隔离开关、隔离器、接地系统、互感器和避雷系统等组成，GIS从其制造、运输、安装及使用过程中均存在一些风险，影响着电力系统的稳定运行。在所有GIS故障中，发生最多的故障类型为绝缘子故障，据相关数据显示，绝缘子故障约占GIS故障类型的27%，因此需要格外关注GIS设备的绝缘性，充分保证GIS的稳定性，提升电力系统的经济性。

二、局放监视系统的测试

（一）超声波检测原理

超声波检测技术就是通过检测局部放电过程中产生的超声波信号，对设备内部的缺陷进行检测。超声波的测试声波频率处于20-200KHz区间。

利用超声波检测技术可以对电磁干扰造成的干扰进行屏蔽，具有定位准和操作简便的特点。因为超声波在设备的内部的产生和传递比较复杂，存在超声波的反射和折射作用，会随着折射和反射的进行，超声波的能量会出现衰减，对测试结果造成影响。因此，利用超声波检测对于前期缺陷比较严重的设备进行检测具有可行性，而对于缺陷比较少的设备进行检测时，可能会出现检测结果不准的情况出现。

（二）特高频检测原理

特高频检测技术就是通过检测局部放电过程中产生的高频电波信号，对设备内部的缺陷进行检测。超声波的测试声波频率处于300-3000MHz区间。利用特高频检测手段进行局部缺陷的定位检测，近几年应用比较广泛，该方法的优点是敏感度高、对低频电晕的干扰屏蔽效果好，能够有效的识别缺陷的类型和位置，该技术在应用过程中容易受到环境中的相同频率的电波影响。采用该方法进行缺陷检测不能准确做到量化描述。

（三）时差定位法

利用纳秒精度级别的高速示波器对测试部位进行检测，通过对比检测部位信号的时间差对其进行定位分辨，若分辨率能够达到1ns，定位精度能够达到30厘米，具有数据定位可靠的优势。该方法测试简便、定位精度高。但应用难点是对设备的精度要求比较高，且需要较高的采样频率，需要初始的脉冲信号较强，以准确读取信号的开始时间。

（四）联合检测方法

采用超声波检测和特高频检测手段对GIS运行状态进行确认，对其整体设备情况的具体情况进行检测，是具有重要可行性。两种方式均可在不影响GIS设备运转的前提下完成对设备的检测。两种检测手段各有优劣势，超声波检测方法可以比较精准地定位缺陷发生的部位，而特高频检测手段抗干扰能力较强，对设备内部的缺陷更加敏感，充分利用超声波检测和特高频检测的优势进行联合检测，可以更好地确认和保证GIS设备安全运转。

联合方法应用的具体操作方式：

首先利用超声波检测进行初始判断检测，通过对得到的幅值图谱进行观察判断，是否存在异常。如果发现异常对相位和飞行图谱进行对比分析，定位缺陷的位置。

GIS设备内容易出现缺陷的部位防止特高频传感器，该部位包括接地端子、出线端、绝缘盆子及浇注孔。通过对该部位检测的图谱与局部放电图谱进行比较判断，确定该部位是否存在放电及具体放电类型，如果检测到存在局部放电，根据检测结果判断缺陷发生部位。

进行检测时，如果检测到同时存在电和声信号，通过比较这两者的放电图谱，即可判断放电类型，然后对比幅值利用超声波方式确定缺陷发生部位，也可采用声电联合检测手段对缺陷部位进行定位。

检测时，如果只检测到超声波信号而没有特高频信号，需要对使用分析对比幅值判断信号发生的最强位置，判断分析该信号是否为设备的振动或机械元件松动造成的振动。

三、实验室方案

对于运行中的GIS，超声波检测技术和特高频检测技术无疑是最理想的检测方法，两者都可以实现带电检测，其检测方法都比较简便实用，且不必改变设备的运行方式。特高频法抗干扰能力强，对电信号较敏感且较超声波法而言对绝缘内部缺陷更敏感。而超声波法不受检测位置的限制，对缺陷定位更加方便和准确。两者联合使用，互相补充，是实现GIS设备局部放电检测的重要手段。

使用超声波/特高频联合检测的具体步骤为：

1）使用超声波法进行普测，通过对幅值图谱的观察判断是否存在异常，若存在异常可通过相位图谱及飞行图谱进行进一步分析判断并通过幅值比较的方法进行定位。

2）在 GIS 的非金属屏蔽绝缘盆子、金属屏蔽绝缘盆子的浇注孔、观察窗、GIS电缆终端、接地端子、电缆出线端等位置放置特高频传感器，通过对PRPS 图谱与典型放电图谱的比较，判断是否存在放电以及确定放电的类型。若存在放电可根据放电类型选择相应方法进行缺陷定位。

3）如果同时测到了电信号和声信号，可以比较两者的放电图谱，判断出是否为同一放电源的信号并确定放电类型;之后可以用幅值比较的方式用超声波 法找到放电的位置。在检测设备功能允许的情况下，可采用声电联合定位的方法找到放电位置。

4）如果只测到了特高频信号而没有超声波信号，则应通过改变特高频传感器的位置摆放和传感器的方向性及信号的频率分布排除外部干扰，并通过与典型放电图谱的比较确定放电类型，此时应重点考虑是否放电为绝缘内部放电。之后在附近能放置特高频传感器的位置摆放传感器，通过定位仪器比较各传感器接收信号的触发沿，大致定出放电点

5）如果只测到了超声波信号而没有特高频信号，则使用幅值比较法找到超声波信号最大的位置。通过具体的位置及设备结构的分析判断是否为设备的振动或是设备内部元件松动导致的机械振动

四、现场测试

2019年8月，在对某220 kV变电站GIS设备进行特高频局放带电检测至220 kV合正甲线2751A相电压互感器气室时，在母线电压互感器气室隔离盆式绝缘子检测到放电信号，特高频信号幅值约51 dB，超声波局放检测未检测到异常信号。经定位分析，判断放电类型为气隔盆式绝缘子内部气隙放电，放电位置处于母线电压互感器气室隔离盆式绝缘子

五、结语

GIS 设备的局部放电检测主要使用超声波检测技术和特高频检测技术，两者各有优点。超声波法对颗粒跳动、尖端放电、悬浮电位、异物和连接不良比较 敏感，而对于绝缘内部空隙、裂缝等缺陷不敏感。而特高频法应用于GIS设备时，由于局部放电的电磁波能够沿着GIS的管体结构类似于波导，特高频信号可以传播很远，衰减很小。但特高频法也受到测试点少、对部件松动引起的振动无法测试等缺点的限制。在使用时应将两者结合起来。通过电电局部放电定位技术，能够有效地发现运行中GIS的绝缘缺陷并进行定位，为设备维护和安全运行提供有力的保障。

参考文献：

[1]刘航. 局部放电带电检测技术在GIS设备缺陷诊断中的应用[J]. 重庆电力高等专科学校学报， 2019（2）：8-11.

[2]黄玉龙， 周哲， 赵新德，等. 局部放电测试在GIS设备故障诊断中的应用[J]. 電工技术， 2017（6）：92-94.

[3]孙为民， 李志刚， 安冰，等. 特高频法在GIS设备局部放电检测中的应用[J]. 广西电力， 2017， 40（2）：39-42.