GIS局放在线监测装置校验辅助支撑工具的研制

朱跃胜 曾 莉 陈文鸿 邱时严

（广东电网有限责任公司江门供电局，广东 江门 529000）

0 引言

气体绝缘金属封闭开关设备（Gas Insulated Switchgear，GIS）采用SF6气体作为绝缘和灭弧介质，将断路器、隔离开关、接地开关、互感器、套管、避雷器、母线等元件封装在一密闭接地金属壳体中[1]。GIS局放在线监测技术的普及稳定应用，实现了对GIS一次设备状态的持续在线监测，能及时有效地发现GIS一次设备绝缘缺陷，目前已安装GIS局放在线监测系统的站点可取消高压试验常规周期测试，切实体现出了在线监测技术的替代性效果。为确保GIS局放在线监测装置的可用性，按现行GIS局放在线监测装置运维要求，安装于500 kV的GIS局放在线监测装置需按周期每年开展一次校验，安装于220 kV及以下的GIS局放在线监测装置需按周期每两年开展一次校验。

1 外置式GIS特高频局放在线监测原理及校验原理

1.1 监测原理

特高频局部放电监测法具有灵敏度高、抗干扰能力强的优点，随着技术的日趋成熟，已成为电力设备在线监测的重要手段[2]。其监测原理是由于GIS内部的局部放电能激发穿透性极强的特高频（UHF）电磁波信号，该信号能够从盆式绝缘子和GIS外壳的接缝处泄漏到外部，因此将测试传感器放置在非屏蔽盆式绝缘子处，在UHF频段（300 MHz以上）接收及耦合GIS内部信号，既能避开一般的电磁干扰，又能准确测量GIS内部的放电信号，同时配置实时信息采集装置，可实现GIS特高频局放信号的在线监测。

1.2 校验原理

GIS局部放电产生的特高频电磁波信号在非金属材料中具有穿透性强的特点，在盆式绝缘子或绝缘衬垫处会发生辐射现象。根据GIS局部放电特高频信号的传播特征和GIS在线监测装置的监测原理，进行GIS局部放电特高频在线监测装置运行中校验时，在某处盆式绝缘子或绝缘衬垫处注入特高频电磁波信号，安装在其他位置盆式绝缘子处的在线监测传感器可接收到辐射出的注入信号，通过与标准传感器对比验证待校验传感器的性能[3]。

2 校验方法选择及存在问题

依据校验原理，可采用两种方法对GIS特高频局放在线监测传感器的可用性进行校验。

第一种方法是模拟局部放电的形式，固定在GIS设备某个位置注入辐射信号，然后根据现场传感器安装位置，利用时差定位法计算每个传感器接收到的信号数据，最后与后台数据进行比对，从而判定装置的可用性（图1）。然而，采用该方法存在两个问题：其一是计算量比较大，尤其是传感器越多计算量越大，需要工作人员花费大量时间在计算上；其二是GIS的二维等效将带来无法消除的误差。

图1 模拟局部放电方式进行校验

第二种方法则是采用移动校验的方式，在每一个传感器旁边注入辐射信号，尽量贴近被测传感器，从而对单个传感器进行数据校验并判定其可用性。该方法存在三个问题：其一是工作具有重复性特征，需要对每个传感器进行信号注入；其二是工作所需人员增加，设备安装现场与后台屏柜必须同步开展工作，所需人员与方法一比较，需增加一名；其三是现行开展GIS局放在线监测系统校验使用的信号发射源与传感器由软通信线连接，总长度约40 cm，但由于现场GIS局放在线监测传感器安装高度不一，目前在定检过程中要么通过爬梯的方式由人员手持给被校验传感器注入信号，要么临时采用塑料管或绝缘棒对信号发射源与传感器进行固定绑扎再去使用，存在多次登高爬梯增加安全风险及工作效率较低下等问题，且使用现有支撑棒绑扎使得信号注入传感器方向单一，在测试过程中需要人手多次调整角度才能取得准确信号，每次工作前后都需要重复绑扎拆卸，工作效率低下。

综合两种方法优缺点，当前的校验工作主要采用方法二，方法一更多用于故障定位工作。

3 设计思路及装置结构

针对移动校验存在的问题，主要可从工具入手，研制一种多功能GIS局放在线监测装置校验辅助支撑工具，从而提高工作效率。该工具应具有以下特点：

（1）材质轻便且长度可拼接。该辅助支撑工具应采用较为轻便的绝缘杆作为主体支撑棒，方便工作人员校验使用，同时可根据现场工作环境需要拼接支撑棒长度，贴合工作实际。

（2）固定牢靠且拆接方便。该辅助支撑工具顶部设有传感器固定槽，中部设有可移动的信号发生器固定槽，分别将传感器和信号发生器固定在支撑杆上，不易脱落，同时传感器和信号发生器应可拆卸。

（3）传感器固定槽位置可调。该辅助支撑工具顶部传感器固定槽应使用特殊材料制作，使得传感器在使用过程中可以调节位置，尽可能贴近被测传感器，使校验工作更加准确。

通过对多功能GIS局放在线监测装置校验辅助支撑工具的定位分析，研制出了第一代支撑工具（图2），并对其进行了实战性检验。

图2 第一代GIS局放在线监测装置校验辅助支撑工具

在实际校验过程中发现，该工具并不能很好地为校验工作带来实质效果，主要存在以下三个问题：一是传感器调节方向单一，而且当螺丝松动后无法支撑传感器的重量；二是信号发生器位置固定在支撑杆上，传感器因软通信线牵制导致调节受限；三是信号发生器拆卸不方便，导致信号发生器存在充电困难的问题。

针对上述问题，对支撑工具进行了改进（图3、图4）：1）采用羊角螺母、手柄螺丝以及大号螺纹螺丝将传感器固定槽和信号发生器固定槽固定在支撑杆上，工作人员可徒手操作安装，无须使用手工具，同时增加了传感器的调节范围。2）通过十字架模型实现前后左右旋转，具备多角度贴合功能，有利于将信号输送到被测试设备上，使测试工作方便快捷。3）在传感器旋转过程中信号发生器槽位可滑动调节，确保了信号线不受牵扯。

图3 多功能GIS局放在线监测装置校验辅助支撑工具设计图

图4 辅助支撑杆

4 应用情况及应用前景

该辅助支撑工具已在变电站GIS局放在线监测系统校验中进行了测试使用，验证了该工具的预期设计效果。对于并行排列的三相GIS设备，在对较高以及中间相设备传感器进行测试时效果尤为明显，解决了人工手持测量难以贴合到位的问题（图5）。随着当前城市化进程的不断深入发展，GIS站点比例逐年攀升，GIS局放在线监测装置安装数量也随之攀升，其相应的维护校验工作量也在逐年增长。对于GIS局放在线监测装置校验这一项新兴业务工作，本次研制出的多功能校验辅助支撑工具非常切合运维班组工作需要，具有适用性广、实用性强的特点，在提高安全生产水平的同时，亦可提高工作的开展效率，有效减轻了运维人员的工作负担。

图5 GIS局放在线监测系统校验应用场景

5 创新点

（1）多功能GIS局放在线监测装置校验辅助支撑工具材质轻便，可根据需要拼接不同长度，适用于多种不同高度的GIS设备场地，减少了人员登高操作，提升了操作安全水平。

（2）增加了可旋转角度传感器支架框接头，对于安装于不同方位的被校验传感器操作起来更加便捷高效。

6 结束语

随着GIS局放在线监测装置校验工作的常态化开展，多功能GIS局放在线监测装置校验辅助支撑工具的投入使用，将提高校验工作效率，降低操作安全风险，有效减轻运维人员工作压力，并解决部分空间局限人工手持方法难以校验的难题。同时，该辅助支撑工具具备伸缩拼接功能，在查找局放信号源的定位测试工作中可作为移动传感器的接收定位支撑点，适用性非常广，是一套非常有利于运维班组使用的实用性工器具。在后续使用中，可对该辅助支撑工具进行持续改进，使其更加适应工作需求。