一种GIS设备超声波局部放电检测系统

刘 钊，刘胜军，岳明明

（1.国网河北省电力有限公司保定供电分公司，河北 保定071000；2.石家庄华电供热集团有限公司，河北 石家庄050000）

为了准确获取GIS设备运行过程中的状态量，针对GIS设备开展的带电检测项目有5种[2]，其中超声波局放检测技术就是通过检测运行中GIS设备内部局部放电时，伴随产生的带宽在20～200kHz声波信号，来反映GIS内部局放量大小的带电检测手段。根据行业技术规程要求110kV及220kV等级每年至少进行1次超声波局放带电检测，363kV及以上电压等级每年进行2次[3]。

开展超声波局放检测时，应将超声波传感器紧贴在GIS设备腔体外壁上，测点选取一般遵循GIS壳体轴线方向每间隔0.5m左右选取一处的原则，并在断路器断口处、隔离开关、接地开关、电流互感器、电压互感器、避雷器、导体连接部件等重点部位处均应设置测点。应每次保持测量点的位置一致，以便于进行比较分析。简单来讲，站内GIS设备超声波局放测点数量与变电站规模以及电压等级有关，例如保定地区220kV变电站内GIS超声波局部放电测点最多的站高达1386个，最少的测点也有742个。

1 现阶段存在的问题

测试点位置选择不规范及遗漏测点。相关规程对测试点有明确规定，例如断路器断口必须设置测点、母线上的测点间隔不大于0.5m且测点宜选取在母线筒下侧等，由于专业培训欠缺或者培训不细致或者现场测点位置特殊不好开展测量等原因，测试点选择不规范、遗漏测点现象时有发生。

每次检测测点位置难保一致。为保持数据有效性，便于对每个测点进行纵向比较分析，须保持每个测点的位置固定。现场测试人员对超声波测点的选择受主观意识影响很大，在三维立体的GIS设备体上选择若干满足规程要求的测试点，每名测试人员都会有不一样的选择方法，况且每年开展测试时的工作人员不固定，这样基本不能保证每次测试测点的一致性，造成历年测试数据纵向对比的误差，从而导致对设备状态的误判断。即便测试人员固定，但时隔一个检测周期，也很难选出同样的测点。

测点命名复杂。每次测试完毕后，工作人员首先需要对测点进行命名，然后记录数据。目前测试点的命名方法是以测点所在位置命名的，例如“133间隔与134间隔间靠近133间隔第一通盆东侧”“212间隔A相断路器断口”等。这种命名方式复杂且笼统模糊，如举例中133间隔与134间隔靠近133间隔第一个通盆东侧有无数个测点；212间隔A相断路器断口横切面圆周上也可找出无数个测点，并且这种命名方式增加了后期纸上记录数据以及电子数据录入的工作量。

后期数据处理工作繁重。由于测试点繁多，工作人员每测完一个点都需要给该点命名，记录数据，并且要将纸上记录的数据转换成电子数据并上传到公司生产管理系统（PMS）里，如此导致了后期数据处理所须时间较长，降低了工作效率并且增加了错误率。

2 系统的设计与应用

为克服了现有技术的缺点，设计了一种GIS设备超声波局部放电检测系统，该系统小巧灵活、便于布置、操作方便，不影响GIS设备安全运行，能够避免测试点位置不合理、命名复杂及其造成的工作量大的问题。

如图1所示，该系统由超声波传感器、定位板、移动终端3部分组成。其中超声波传感器为接触式且须满足国家及行业相关标准。

如图2所示，定位板由主体、上耳板、下耳板及定位通孔组成。定位板主体为软磁板，能贴附于GIS设备外壁上且不影响设备的正常运行；上耳板外表面为编码区，该编码区内喷涂该定位板的唯一编码，编码采用变电站名加阿拉伯数字的方式；下耳板外表面为扫码区，该区域内喷涂有唯一的二维码或条形码。定位通孔处露出的GIS设备外壁为测点位置即放置超声波传感器的位置。需要对GIS设备的局部放电进行检测时，操作人员将超声波传感器放置在定位通孔位置并与GIS设备外壁接触从而进行测量，这样可以为超声波传感器检测提供统一的位置，每次检测时即使操作人员不同，也能够保证测点相同，方便同一测点历史数据的纵向比较。

移动终端为手机、平板电脑或者具有识别条形码和二维码功能的GIS超声波局部放电检测仪。移动终端中设置有信息输入单元、信息处理单元、信息存储单元、显示单元及报警单元。当移动终端扫描定位板下耳板上的二维码或条形码后，显示屏上会显示该测点所在位置的相关信息，位置信息以文字和立体图示的方式展现，还会显示该测点对应设备的生产厂家、出厂及投入运行的时间、历次检测数据（包括检测时间、温湿度、检测数据以及所用测试仪器型号等），显示屏还会弹出数据录入界面操作人员可以将超声波传感器的检测数据通过数据录入界面进行输入，数据包括空气背景、金属背景和检测数值，其中空气和金属背景是指测试环境里空气中和金属架构上存在的无法排除的固有干扰数值。移动终端中的信息处理单元将输入的检测数值与历史检测数据进行对比，无异常时，数据保存如果出现异常即超出相关标准要求时，报警单元的报警灯或者蜂鸣器会起到提示作用，数据保存。最终保存的数据通过无线通信网络传送至专用数据库生产管理系统中。

实际工作中GIS设备须在不同位置设置多个定位板，移动终端可以是一个，依次进行所有定位板的扫码工作并上传数据，也可以是多个，同时进行扫码工作并上传数据。首次使用该检测系统时，需要将定位板逐一定位、布置，定位板一经固定不得随意移动，之后每次进行GIS超声波局部放电测试时只须要按照定位板标定的测点逐一进行测试并将测试数据上传保存即可。

3 结束语

本GIS设备超声波局部放电检测系统借助小巧灵活、设置方便的定位板为超声波传感器提供精确的测点位置，即定位通孔位置，保证了每一次检测位置的一致，使得每一个测点的多次检测数据比较更具有参考价值，同时，定位板上的编码为测点提供了简单的命名并公开显示，可供操作人员进行比对参考，通过移动终端扫描定位板上的条形码或者二维码，能够为操作人员在线显示测点对应设备的信息和历史检测数据，操作人员通过移动终端录入检测数据并与历史数据进行对比，提示操作人员检测数据是否存在异常，有利于操作人员屏蔽错误信息，使得检测数据的利用更加准确有效，避免了异常数据对检测结果的干扰。此外，操作人员通过移动终端进行检测数据信息的录入和上传，简化了工作流程，使操作人员从繁重的数据整理上报工作中解放出来。本系统已经申请国家实用新型及发明型专利，其中实用新型专利ZL201721589267.4已于2018年06月01日获得授权。