浅析GIS局部放电信号采集

牛

（华北电力大学 电气与电子工程学院，北京 100000）

在我国，GIS的绝缘状态主要通过定期进行预防性试验来诊断，以确定设备可否继续投运。但是，随着国民经济的发展，社会对供电可靠性的要求越来越高，电力系统也日益壮大，传统的定期停电进行预防性试验的做法不仅不能满足电网高可靠性的要求，而且需在测试期间断电，且不能真实反映设备在带电运行状态下的绝缘状态，不易发现设备在运对高压设备绝缘状况进行不接触、带电检测和故障诊断，能在不停电状态下及时了解设备运行状况，减少停电对国民经济的影响；能在运行电压下发现预防性试验无法发现的绝缘缺陷；可随时对运行设备进行绝缘监测，发现设备内部故障隐患；为设备状态检修提供可靠技术支持和理论依据；是变电站必备的监测工具；也是电力工业安全保障的需要。

传统非接触式带电绝缘状态检测方法是使用红外测温仪显示绝缘发热点以及使用化学测试管检测GIS内部气体成分。但是红外摄像仪或红外测温仪必须在夜晚才能使用，而且许多局部放电现象（如：电晕、火花放电等）并不一定产生大量热量，致使局部放电检测困难。GIS 内部闪络会导致SF6 气体分解，因此，SF6 电弧分解产物的存在是内部电弧放电的一个标志。化学测试管是现场检测SF6 分解产物生成情况的常用工具。化学测试管内装有灵敏指示剂，它们与SO2和HF互相作用就会改变颜色。采用化学测试管可以检测分解产物浓度达几百～几万ppmV 的电弧放电。此外，化学测试管还能鉴别出SO2和SOF2，从而可以判断GIS 内部闪络故障是发生在气体间隙中还是绝缘子附近，因为在绝缘子附近发生闪络时，通常SO2的浓度要高很多。

化学检测法对于小气室中的大电流电弧放电是一项很实用的方法，但是对于大气室小能量放电则灵敏度不够，因为小能量放电不一定能够产生足够的化学分解物。同时由于GIS内部有吸附剂和干燥剂，也可能严重影响化学检测结果。化学检测法可以判定SF6 的分解物浓度，但是行状态下绝缘缺陷。无法判定是否存在绝缘缺陷，因为GIS中的断路器动作所产生的电弧同样会引起气体的化学变化。

高压绝缘体发生劣化时会发生局部放电，会产生超声波以及电磁波等信号。因此可以肯定：使用超声波检测技术和超高频检测法能够检测到发出超声波和电磁波信号的故障绝缘体位置。

超声波检测法以及超高频检测法是现阶段监测GIS内部放电的研究重点。它以高灵敏度、非接触、带电检测的方式而广受重视。在欧美国家，近年来超声波和超高频检测技术在电力设备的监测中应用越来越多，例如：美国、加拿大利用超声波检测技术诊断电力电容器、GIS、互感器、变压器的绝缘缺陷，对电力传输线路的绝缘子、线路电晕、节点松懈振动的在线监测和定位，对变电站绝缘立柱表面放电，切换开关触电放电等的检测与定位等。并且这些发达国家的技术专家会同IEEE 的相关专家一起着手起草相关的标准，超声波和电磁波检测技术作为电力设备在线检测的重要手段越来越受到大家的重视，其在高压电气设备检测的应用领域越来越广泛。

研究利用超声波和电磁波检测技术，以非接触，远距离方式接收带电运行中高压设备局部放电超声波信号和电磁波信号，能清楚地采集到放电幅值、放电波形、放电频率等信息。确定高压设备局部放电位置、检测GIS内部放电、电缆头放电等。它可以由巡视人员直接对运行中的设备进行监测，迅速判断设备、线路有无异常。也可以作为GIS专用监测手段，将特制外接探头贴敷在GIS 表面进行带电探测，由检测结果来分析GIS 的运行状况。也可以将电磁波接收传感器贴覆在盘式绝缘子表面，检测局部放电所产生的电磁波信号。

GIS外部放电检测,当放电产生时，空气被电离，并伴随着明显的超声波噪音。通过研究外部放电过程、其所产生的声波信号以及传播、衰减方式，设计相应的信号获取、采样、数据处理等软硬件。实现了确定放电产生的位置、记录放电强度和频率等，准确地判断设备的健康程度。

GIS 内部放电监测,GIS 内部放电发生时，会产生超声波信号。声波在GIS中衰减很大，而且随着频率的增高而增大。声波在固体材料中的传播有横波和纵波两种方式，纵波速度快，衰减也快。横波速度慢，衰减也慢。声波往往是沿离金属材料最近的方向传到金属体后，再以横波的形式传播。通过研究GIS内部放电过程、其所产生的声波信号以及传播方式，通过将外接探头贴敷在GIS表面，有效探测到声波信号,设计相应的信号获取、采样、数据处理、显示等软硬件，实现：迅速判断放电位置、记录放电强度和频率等，准确地判断运行设备的健康程度。

当放电发生时，会产生频谱很广的电磁波信号，我们以谐振的方式采样400MHz 以上的电磁波信号，对信号量进行分析、处理为现场人员提供检测依据和手段。

采用超声波测量法、超高频测量法。两者结合、相辅相成，能够达到互相验证、检验的功能。