特高频及超声波法在GIS设备带电检测中的运用分析

2021-01-16易祺国网四川省电力公司检修公司

环球市场 2021年29期

易祺国网四川省电力公司检修公司

作为一种高压电器设备，GIS 设备的检修周期较长，且维护工作量比较少，运行安全性较高，与常规设备相比，故障率只有30%左右。但由于国内厂家对于基础工艺及组装技术把关较差、各供电公司施工单位现场作业管控要求参差不齐，使得近几年国网系统内在运的GIS 设备故障率居高不下。

由于GIS 设备属于全密封结构，常规手段发现及定位故障较为困难，加之大部分GIS 内部的故障往往是由于内部运行环境的改变或设备本体运行工况持续恶化导致，而非短期内单一条件突变所致，因此如何及早、及时的发现潜在故障及隐患对电网安全稳定运行起着至关重要的作用。

受限于常规典型设计与变电站集约化设计的限制，变电站内单间隔GIS 设备解体难度极大，检修过程非常复杂。若采取站端全停检修的方式，还会引起较长时间电量无法供应的情况，不仅停电范围较广，也会干扰到其他非故障元件的运行[1]。

此外GIS 内部绝缘损坏时，还会发生局部放电现象，产生氧化氮、臭氧、热量以及电等，进一步的对绝缘材料造成腐蚀，受到电场的影响，带电质点会与绝缘材料不断发生撞击，最终引起绝缘击穿。所以局部放电危害性非常大，一旦GIS 设备出现局部放电时，不仅表示其内部绝缘开始老化，GIS 整体安全得不到保障，也表示设备存在一些隐藏的故障，如果这些隐藏故障得不到及时处理，将会导致更为严重的安全事件发生。

通过对设备内部局部放电现象进行检测，可以有效提前发现GIS 设备部各种绝缘问题，从而针对性制定应对和处置措施。将设备故障造成的损失降至最低。因此无论是GIS 设备的制造、安装还是在运行检修过程中，都要应当尽早安排局部放电检测，对设备各阶段工况进行全面监督。经验表明，利用超声波和特高频来检测GIS 局部放电，可以明显提升抗干扰性能，并且具有较高的检测灵敏度，在检测GIS 设备局部放电时较为适用。下面将对两种测试方法进行简单介绍。

一、检测方法概述

（一）特高频法

特高频法又称为UHF 法，由于电设备绝缘体拥有较强的击穿场强以及较高的绝缘强度，如果发生局部放电时，仅会在小区域内进行，整个击穿过程非常迅速，击穿时会产生脉冲电流，整体上升时间在1ns 以下，而激发出来的电磁破频率超过GHz，特高频法检测局部放电的原理是信号检测，其中特高频电磁波的频率在300MHz 至3GHz 之间，当发生局部放电时，利用特高频传感器可以检测到放电的信号，从而有效监测局部放电现象。对于不同的监测设备来说，可以采用不同的频率传感器，比如外置式和内置式传感器[2]。现场电晕干扰基本都是低于300MHz，利用特高频法可以避免受到电晕影响，其抗干扰能力较高，同时具备较强的灵敏度，在局部放电检测中有着较好的应用，同时对于故障定位以及识别分析各类缺陷也有较多好处。

在现场局部放电检测中，特高频法的应用较为广泛，行业内也有很多成功检测的案例存在。比如李军浩等人通过对特高频法的利用，成功检测到PT 气室螺栓松动的问题，此问题会导致悬浮电位放电现象的发生；李秀广等人则通过特高频法成功的检测到绝缘子位置的绝缘问题；此外还有杨春娟等人利用特高频检测中的在线监测功能，了解到断路器底座和导体之间有放电现象出现。

（二）超声波法

超声波法又称为AE 法或声发射法，如果电力设备内部存在局部放电情况，则会释放出放电的信号，继而出现冲击声音与振动，这也是通过传感器接受超声波来检测放电信号的，可以将超声波传感器放置在设备腔体外部检测，也可以利用敞开式传感器来检测。超声波法的一个典型特征就是传感器和电气回路之间并不会互相影响，电气不会干扰到传感器接收信号，但是如果在现场检测放电信号时，周围有噪声或者振动出现，则会在一定程度上影响检测的准确率。另外，在电力设备中，由于绝缘材料超声波信号传播时会发生较大程度的衰减，所以整个检测受到的限制较大，但其故障定位准确率比较高。

当GIS 设备内部发生局部放电现象时，产生的超声波信号频率会超过20kHz，这个层级的信号能够有效避免低频段的音频干扰，此时可以通过超声波传感器来对不正常的超声波信号进行接收与检测，识别各种类型的信号并进行放电定位，可以有效检测出局部放电情况，这对及时发现GIS 设备内部绝缘问题有着重要作用，让检修人员可以在第一时间内排除掉故障。

二、特高频与超声波法在GIS设备带电检测中的运用优化措施

（一）将检测人员素质提升

作为一种新型的检测方法，特高频法与超声波法在GIS 设备带电检测中的应用有着明确的要求，无论是检测人员的选用还是检测步骤的安排都要根据作业标准进行，而检测人员需要具备较高的综合素质。采取外聘或公司自组专业人员的方式，应当做好检测人员的多方面考察，综合考虑其各项专业素质是否达标，是否熟悉特高频法与超声波法的检测应用知识，以及检测经验是否丰富等，确保GIS 设备带电检测数据准确性满足相关要求[3]。另外，还要定期组织检测人员参与GIS 设备带电检测的专业知识与技能培训，将一些全球先进的检测方法与运行过程讲解给检测人员了解。随着GIS 设备的发展，GIS 设备带电检测的方法也会不断更新，所以检测人员应当不断学习新的检测知识，从而满足不断更新的检测需求。此外，如果具备条件，国网系统内公司可结合迎峰度夏及迎峰度冬检修空窗期间，抽取专业团队对公司范围内在运或前期出现过故障隐患的GIS 开展专项带电检测，培养人员同时进一步摸清在运设备底细。

（二）做好检测准备

工欲善其事必先利其器，在正式检测之前，为了保证后续检测的准确性，应当对检测现场实施全方位勘察清理，避免存在一些影响检测准确性的事物，并及时找出检测区域内影响GIS 设备运行安全的隐患，防止发生安全事故。在选择合适的检测机构后，还要对检测时间进行明确，这是因为天气也是影响检测准确性的因素之一，可能会导致检测数据不准确，并影响设备故障定位的准确性。另外，在检测之前还要检测仪器的状态，避免使用存在问题的检测仪器，确保后续检测工作能够正常开展。零购储备与融资租赁发面，各供电企业还应提前做好需求储备及上报，明确仪器仪表参数选择，特别是采用租赁方式配置的仪器，应尽可能选取进口的、采样精度高的设备，确保检测取得实效。

（三）制定安全检测方案及计划

安全是GIS 设备带电检测中的重点问题之一，也是整个检测工作开展的基础。部分检测人员过于粗心，在检测过程中没有按照标准作业，很容易导致安全事故的发生，所以必须要制定安全带电检测方案。方案内容中应当明确列出两种检测方法的相关技术指标，以及不同方法具体的作业步骤，以提升GIS 设备带电检测的规范性[4]。针对不遵从作业标准操作的员工，应当给予严厉处罚，从而提升其安全意识，避免安全事故的发生。在具体检测中，应当安排两名检测人员进行检测，以起到相互监督和帮助的作用，在确保自身安全的情况下，使得电力故障得到有效的解决。另外，还要安排现场监管人员对现场检测情况进行密切关注与安全提醒。系统内单位以竞赛名义组织开展的带电检测，可结合自身工作实际安排经验丰富的管理人员进行检测现场作业把关。同步引进实时在线监管等数字化手段（例如国网公司推行的风控平台或小成本采购的实时执法记录仪等）强化安全监管，切实做到安全生产的“四个管住”。

三、案例分析

（一）基本情况

以某变电站为例，对其GIS 设备进行带电检测时，发现其GIS 室内某处线路存在放电情况。经过相关人员分析后将空气中的影响因素排除掉，并在三个气室位置（以下用A、B、C 表示）分别测得异常的超声波信号，而出线气室与相近的开关并没有异常的超声波信号出现，其中C 位置信号幅值明显高于A、B 两处。工作人员通过对附近盆式绝缘子特高频放电信号进行检测时，也发现有较为明显的放电信号存在，且图谱也满足局部放电的典型特征。因为避雷器气室与线路PT 之间距离较近，所以检测的两处盆式绝缘子特高频信号幅值没有太大差异，通过定位功能了解到，第二出盆子特高频信号比第一处超前，所以可以确定此线路A 相避雷器气室友局部放电情况。

（二）检测分析

在以超声波检测法对其A 相间隔开关进行检测时发现，A、B、C 气室位置均有异常信号存在，其中A、B 两处超声信号比较小，C 处超声信号比较大，同时在其上部分出线气室位置并没有发现异常的超声信号，通过观察C 气室时域波形，再将背景噪声因素排除后，可以认为C 气室超声信号在同一个周期内有两簇峰值存在，并存在对称性，考虑属于内部放电信号。根据GIS中超声波传播理论研究知识可以知道，放电源头位置可以用幅值定位的方式进行大概定位，此次研究中考虑存在局部放电可能，还需要采用特高频法进行准确判断。

在以特高频检测法进行局部放电检测时，发现开关气室盆式绝缘子并没有异常信号出现，但是在第一处与第二处盆子处均发现了相同的放电信号，且有着较大的放电幅值，并呈现出对称性。根据实验室模型以往的测试数据可以知道，当出现悬浮放电时，其时域特征主要表现为幅值分散性小，且不同放电时间间隔相近，放电次数较多，放电时能量和幅值比较大等特点，通过对比分析两处PRPS 图谱了解到，两处的信号幅值几乎误差，但是第二处盆子放电频率和重复率更高，且次数也多余第一处盆子，所以认为第二处盆子附近气室存在局部放电情况。

为了进一步确定检测的精确性，可以采用时差定位法来进一步的确定放电源的位置，结果发现第二处盆子位置信号比第一处盆子信号更快，两者之间相差2.4ns，整个传播路径差异为0.72m，而两组探头距离0.7m 左右，由此可知，在第二处盆子避雷器气室位置存在局部放电信号。综上所述，此线路A 相避雷器气室位置有局放情况，且表现为明显的悬浮放电。最后运维人员为了进一步的验证分析结果，对避雷器进行相关检查和试验后，发现避雷器内受污严重，有放电痕迹存在，这表明上述分析论证较为准确。