GIS局部放电联合检测技术的应用

朱述园　宁灯亮

摘要：科学技术的快速发展推动我国各行业发展迅速，使得我国快速进入现代化发展阶段。GIS设备作为我国电网设备中最常见的设备之一，其绝缘性故障常常会导致事故的发生。局部放电作为绝缘性故障中较为常见的一种故障，需要运用一系列诊断方法对其故障类型和位置进行判别。

关键词：GIS局部放电;联合检测技术应用

引言

时代的进步，科技的发展，使我国电力行业发展非常迅速，为我国基础建设贡献力量。在GIS制造、运输、安装和运行维护中可能存在GIS内部绝缘表面脏污、尖刺、自由颗粒、固体绝缘内部缺陷等。在高电压下造成内部电场畸变，畸形电场发展到一定程度，便形成GIS内的局部放电。

1超声波诊断法

声波和冲击振動波一般也会伴随着局部放电现象发生出现在设备中。用于检测超声波的传感器大都装在壳体的外部接收局放产生的信号。此方法的最大优点是用来接收信号的传感器与电力设备的任何回路都无关，所以没有所谓的电磁信号干扰，但会在现场使用时受到外界环境的影响。超声波信号在向远方传播的过程中强度有很多衰减，尤其在绝缘材料中更为明显。但是，超声波信号在故障定位方面却有着较高的准确度。结合此分析可以看出，超声法存在一定的局限性，检测范围较小，灵敏性较低。局部放电现象本质上看，实际上是间隙被高压击穿的一个过程，它的放电区域半径一般十分小，因此在某种程度上可以把一个局放的点看作是一个点声源。声波在不同形式的介质中的传播方式不同，如在气、液体中的传播方式与在固体介质中有较大区别。气液体中是以纵波向外传递信号，纵波主要依靠分子间的碰撞传递信号能量。在固体介质中，声波的传播形式会同时包含横波和纵波。横波与纵波的不同之处是传播时质点的振动方向与波的传播方向成垂直关系，而不是平行关系，那么这需要质点与质点之间有一个较大的力牵动其进行传播。因此，横波的传播介质一般会是密度较大的液体或者固体。一般来说，横波会在纵波完全透过气体介质或液体介质抵达外部固体壳体时出现，然后才会在壳体上持续传播。

2 GIS感应电流和电磁振动分布模型

目前，对GIS外壳中感应涡流的研究认识尚有偏差，认为GIS外壳中的涡流是横向电流，是由母线电流在外壳处感应出的横模电压产生的，对母线在外壳的做了正确的解析，但是未考虑集肤效应影响和GIS变电站中漏磁在外壳激发的涡流分布情况。对此，分析母线电流激发磁场和漏磁两种情况下在GIS外壳感应电流分布情况。GIS导电杆与外壳属于同轴放置，根据毕奥萨瓦尔定律，导电杆电流激发的磁场是遵循右手定则，磁路方向与外壳横截面平行。根据电磁感应原理，磁场穿过GIS金属外壳时，将产生感应电流抵消该磁场的变化，在集肤效应的作用下，感应的涡流集中于外壳的内外表面，方向与导电杆轴向相同，内外侧的电流相同，由于GIS外表面面积大于内表面，感应电流在外表面的电流密度稍小于内表面。GIS外部漏磁场也会在GIS外壳感应出电流。令外部漏磁的场强是大致均匀的，但是GIS的外壳是圆柱形的，轴线处的漏磁场强最大，两侧的漏磁场强缓慢减小。考虑到感应涡流的对称效应，轴线位置的感应电流为零，两侧的感应电流增大。外部漏磁在GIS外壳上的感应涡流也是与导电杆轴向方向一致的。

3脉冲信号

从周期分布上来看，放电呈现明显的间歇性：放电开始时脉冲的连续性较高，但在多次放电结束后，间隔近200个工频周期才出现下一次放电，其后放电又表现出一定的连续性，即该绝缘子的放电是集群出现的，而群落之间则存在较大的放电间歇。从信号幅值上来看，脉冲电流信号的幅值相对稳定，分布在1.7-4.3V的范围内;而光信号的幅值则分布在0.3-10V的范围内，波动幅度接近10V，且其幅值与脉冲电流幅值的相关系数仅为0.75，即放电脉冲的视在放电量越高并不意味着其产生的光脉冲的幅值就越大。造成上述现象的原因，可能是因为部分放电由绝缘内部缺陷引起，但也存在表面缺陷导致的光辐射不稳定的可能性。

4声电联合法的GIS局部放电检测

超声波检测法通过接收安装在GIS腔体外壁的超声波传感器来检测局放源发出的超声波信号，受外界噪声的影响小，抗干扰能力强，定位精度高。超声波法在实际应用存在以下问题：1.需要通过黏结剂将传感器贴在GIS壳体表面，粘贴的效果对测量结果影响很大;2.在电力设备介质中衰减较大，影响了检测的有效空间范围。超高频检测法（UHF）通过UHF传感器对GIS设备中发生局部放电时产生的超高频电磁波信号进行检测，从而获得局部放电的相关信息。UHF法由于检测频率高，能够有效避开现场电晕等干扰，检测灵敏度高，可实现绝缘缺陷类型识别。GIS局部放电的声电联合测试法，是将超高频测试法与超声波测试法相结合，如在检测过程中发现异常信号，两种方法可互相验证，还可以通过声电联合法实现对缺陷的精确定位。UHF法与超声法两种方法具有互补特性，采用声电联合法技术还可实现GIS局部放电在线检测。声电联合法既具有UHF法不受设备机械振动等环境影响、定位快速的特性，又具备了超声的抗电气干扰能力强、定位准确的优点。

5特高频诊断法

特高频法（UHF）一般是用来检测设备局放发出的电磁波信号，在GIS设备中的应用尤为广泛。但是，受GIS自身结构的一些影响，局部放电发出来的电磁信号经过GIS设备传到UHF检测传感器会出现一些变化，造成局放电源信号的评估难度更大。那么，需要对电磁波信号在GIS设备中传输过程中的一些特点和变化规律进行研究，这对于特高频法在GIS设备上的应用十分重要。GIS一般是同轴结构，如果是在工频条件下，在计算分析电磁波的传输特性时，一般可采用集总参数来表示。暂态的电磁波信号在传输时一般可以当作分布参数进行处理，对于微波来说应该看作是同轴波导。此外，GIS因为绝缘子的存在，它的特性阻抗与波阻抗在某种程度上会不连续的，会造成高频波在GIS内部进行多次折射或者反射。因此，局放的UHF信号变得非常复杂。在GIS设备内部发生局放现象时，发出来的特高频电磁波将会顺着设备的腔体进行传播。GIS与波导有着类似的结构，均为同轴结构。因此，特高频电磁波能够进行一段较长距离的接近无损的传播，那么只需要将接收天线布置在GIS盆式绝缘子附近，则由GIS内部传播出来的相应信号就能够被容易地采集。

6结语

使用脉冲电流法、特高频方法等多种局部放电检测手段，研究了绝缘子上的表面缺陷的放电特性，得到了其波形特征、频谱特性以及放电脉冲在工频周期上的分布规律。

参考文献：

[1]王思华.GlS结构分析及其存在问题的探讨[J].电气制造，2006，（2）：26-28.

[2]张欣，李高扬，黄荣辉，等.不同运行年限的GIS缺陷率统计分析与运维建议[J].高压电器，2016，52（3）：184-188.

（作者单位：新东北电气集团高压开关有限公司沈阳分公司）