GIS局部放电在线监测技术探究

吴建明

摘要：文章基于GIS局部放电原理和常用的局部放电检测方法，提出了比较有效的在线监测系统主要技术，并以实际案例介绍此系统和关键在线监测技术的应用情况，以供参考。

关键词：GIS;局部放电;在线监测技术

一、引言

GIS就是封闭式气体绝缘组合电器，其最大的特点就是封闭性，在此封闭性的空间中充入SF6气体来保证其中电气设备的绝缘性，其中的绝缘子是环氧浇注的。在GIS运行中其内部会产生非常高的工作场强，因此也就是使得其运行中容易出现局部放电问题。这不仅是由于在GIS制造缺陷的问题，而且可能在装配过程中出现金属微粒和粉尘进入GIS内部的问题，此外也会由于运行过程中的误操作、运行环境差或出现过电压等原因而造成其局部放电问题。针对此问题，主要采取在线监测技术来监测其运行状态，预防和控制局部放电问题及其此问题造成的损失。

二、GIS局部放电在线监测原理及方法

（一） GIS局部放电原理

GIS运行中影响其运行安全性的主要因素就是绝缘故障，此故障会导致其内部SF6气体的泄漏，同时也会对其中的刀闸和断路器等造成损害而出现机械结构性缺陷、绝缘缺陷、设备装配连接缺陷等问题。经过对GIS设备绝缘故障数据进行统计可知，随着设备电压等级的提升，其故障概率也随之增加。现分析GIS局部放电原理如下：由于在GIS设备的制造过程中不可避免会出现毛刺问题，这就会对后期的运输和装配造成不同程度的影响，进而会影响其接触与性能，造成部分部件的松动问题，加速设备运行中的老化速度，严重时会引发GIS内部电厂畸变而导致局部放电问题。而由于GIS局部放电问题会对绝缘介质造成影响，具体地说会导致GIS绝缘强度的急剧降低而损坏高压电力设备绝缘部分。这就需要做好GIS局部放电检测工作来掌握设备内部的绝缘状态，保证其稳定和安全运行。

（二）GIS局部放电检测方法

GIS设备局部放电问题会腐蚀绝缘材料并造成短路问题，甚至会导致放电区域的扩大，将绝缘体击穿。为了避免此问题，不仅需要在GIS设备出厂时做好交接试验工作，保证其局部放电水达标，还要做好设备正常使用过程中的定期检查试验工作，保证其绝缘状态正常。比如常用的检测方法有以下几种：一是超声波检测法。基于GIS设备出现局部放电问题时会发生分子剧烈碰撞而形成声波震动的原理，采用超声波检测法，主要是利用压电式加速度计检测仪器来检测上述分子剧烈碰撞而形成的球面波。在具体应用中，通常使用超声波探测头来检测腔体外壁的电信号。虽然于超声波在SF6气体中传播时不会受到外界电磁干扰的影响，但是由于其速度比较慢，只有140m/s，速度远远低于在油中的传播速度，同时由于超声波的高频段信号具有较快的衰减速度，设备运行中外界的机械噪声干扰比较复杂，这都会对此方法的检测灵敏度和准确性造成影响。正是由于此检测方法的上述特点和限制，使得此方法通常在现场测试中应用，无法实现在线监测。

二是GIS局部放电检测法。针对超高频局部放电问题通常采取此种方法进行检测，这主要是此种方法不仅可以准确检测超高频电磁波信号，不会受到电磁波干扰，便于准确开展故障定位和识别，可以应用于对此设备的在线监测中，这也是目前比较常用的GIS局部放电在线监测技术。

三、GIS局部放电在线监测系统主要技术

（一）GIS运行现场干扰信号消除技术

GIS设备运行中不可避免会存在较多的干扰，在开展GIS局部放电概率的检测时为了保证对放电类型和严重程度的准确识别和判断，就需要将上述各种类型的干扰进行有效排除。这就需要应用此干扰信号消除技术，保证将各种干扰信号在进入检测器诊断系统之前进行有效清除，还可以通过消噪处理来提升在线监测系统所采集信号的特征识别可能性。

比如对于连续性周期干扰信号来说，由于其频率波动范围处于30～500kHz，为了对此干扰源进行消除，主要采取相应的多频分复用多炉通讯方式保证多频率载波信号在输电线路上传输，实现对上述干扰型号的抑制。或者是通过数字滤波技术来消除此种连续性周期干扰，表现出具有良好消除效果和灵活性的优点，同时也可以优化设备的带宽性能。

但是由于GIS设备运行环境中的干扰信号类型比较复杂，相互之间可能会出现融合问题而形成联合性干扰，针对此种复合型的干扰型号，则需要采取综合性的抵御方式。比如可以通过应用多种在线监测系统的方式来抑制上述联合性的干扰，通过此种方式还可以在实现在线监测的同时对干扰源的方向和干扰类型进行判断，判断被监测的目标信号和另外一些未能识别的干扰信号，表现出良好的抗干扰效果。

（二）GIS设备局部放电源的定位技术

针对GIS设备出现多处局部放电的问题，需要在应用上述在线监测系统时进行多个传感器的设置，同时收集多个信号并对不同时间的信号进行对比可以对局部放电源的位置进行确定。所采用的多点监测定位原理如图3.1所示。

从图3.1可以看出，在GIS设备内部出现多处局部放电问题时，在不同的缺陷点位置通过传感器对放电信号状况进行监测，针对图中的捕捉信号时间差，可以采用以下公式对传感器之间的时间差进行计算。，通过此公式则可以得出GIS设备中缺陷点的距离传感器位置为。

四、基于在线监测系统的GIS局部放电具体应用分析

文章以某110kV变电站为例，针对其中的GIS设备采用局部放电在线监测系统对其运行中的局部放电问题进行长期在线监测，在某日此系统发现此变电站的2号线位置发生了严重的局部放电故障，表现出加快的放电信号且放电率比较高，经过初步诊断，判断出现故障的位置是浮动式电极。结合此系统中所显示的局部放电峰值等数据可知，此局部放电问题比较严重，同时也引发了比较明显的耦合器幅值密度增加的问题。结合上述故障现状，通过此在线监测系统的应用对设备异常进行实时跟踪排查，对外界信号干扰和系统误报进行检查并确认无误之后，通过DMS局部放电诊断仪器和示波器的应用来检测其中耦合部分并对放电源进行定位。经过上述检测可知，放电源位置1号线路GIS电缆头位置，然后采取停机和开盖检查的方式，重点对其中的应力锥和绝缘件等部位是否出现空穴和污垢堆积问题进行检查，还采取X射线探伤方法来检查设备内锥绝缘子，发现此部位出现较大的裂缝和气泡。针对上述问题，采取更换1号线电缆头的方式，然后再次进行检测，没有发现异常。由此可以看出，通过此在线监测系统的应用，可以及时发现设备局部放电问题并快速诊断缺陷位置，防止GIS设备事故的发生。

五、结语

GIS设备是电网系统中的关键设备，但是由于此类设备在运行中容易出现局部放电故障而影响其正常运行，这就需要通过在线监测技术的应用来构件在线监测系统，及时预防和维护GIS设备，降低或避免局部放电故障。此外还可以實现局部放电监测系统现场应用操作性的提升，有助于提升变电站安全防护体系的建设效率。

参考文献：

[1] 张弄韬， 孙傲阳， 彭晶. GIS特高频局部放电在线监测系统现场测试[J]. 云南电力技术， 2019， 047（002）：105-107.