GIS内部放电缺陷的综合诊断方法与实践

付文光 杨玥 韩 磊 燕宝峰

（内蒙古电力科学研究院，呼和浩特 010020）

电力工业中 SF6封闭式组合电器，将除变压器外的其他电气设备经优化设计有机的组合成一个整体，因其运行可靠性高、维护工作量少、检修周期长等优点而广泛应用于电力系统中，但GIS也有其固有的缺点，由于 SF6气体的泄漏、外部水分的渗入、导电杂质的存在、绝缘子老化等因素影响，都可能导致 GIS内部发生故障，SF6气体在电弧、放电和过热作用下分解。通过对GIS组合电器内部缺陷进行在线综合诊断，可尽早发现缺陷并进行准确定位，从而使检修工作能有计划地进行，缩短检修时间和节省检修费用，提高运行可靠性。

1 GIS内部局部放电检测的几种方法与原理

1）超高频局部放电检测

当 GIS内部存在局部放电现象时，所产生的UHF电磁波能够沿着GIS的管体向远处传播。GIS的同轴结构对于电磁波信号是良好的波导结构，信号在内部传播时衰减很小。当GIS内部的UHF信号传播到盘式绝缘子处时，部分信号会通过此绝缘缝隙辐射到GIS设备的体外。UHF信号流过GIS壳体时在缝隙处会产生二次辐射，且缝隙宽度不会对辐射强度产生决定性影响。在GIS体外的盘式绝缘子处安放天线传感器[1]，则可以传感到 GIS设备内部的UHF局部放电信号。

2）超声波局部放电检测

超声波检测法是当GIS内部产生局部放电时不仅会激发出超高频电磁波同时也会产生冲击的振动及声音，压力波形成超声信号，通过把超声波探测器吸附在GIS外壳上来探测超声波的形式来检测局部放电。

3）SF6分解物测试

当GIS内部存在局部的高能量放电或过热性故障时，SF6气体及绝缘材料将会分解产生SO2、SOF2、H2S、HF、CO等产物，通过检测得到分解产生的几种特征气体在单位设备内气体中的含量，以此来判断局放故障是否发生以及故障发生的大致部位（目前国内多家科研院所均进行了相关研究并给出气体组分的参考指标，同时也有国标的征求意见稿作参考）。

4）超高频检测和超声波检测原理图及各自的技术优势

超高频检测和超声波检测原理图如图1所示。

图1 超高频检测和超声波检测原理图

超高频传感器具有良好定向接收功能，检测时贴近那些易于辐射出局放超高频电磁波信号的部位，即可检测到信号，其技术性能为

（1）各类放电缺陷反应灵敏，利用体外传感的检测技术，检测效果比较理想。

（2）对电磁干扰抵抗能力较好，对振动噪声的影响不敏感。

（3）需要布置的测点少，检测的有效范围较大，在线巡检和在线监测可得到满意的效果。

（4）依据UHF信号的频谱和放电脉冲的波形特征进行故障诊断，使用两个传感器可实现定位功能。

超声波传感器可在电气设备接地的金属外壳上检测到局放信号，其技术性能为

（1）利用体外传感的检测技术，对电磁干扰不敏感，容易受到振动噪声信号的影响。

（2）根据局部放电产生的超声信号波形、频谱、传播衰减等特征进行故障诊断和定位。

（3）对悬浮电位、自由金属颗粒及金属尖端放电所产生的振动信号较为敏感[2]，对 GIS导体及盆式绝缘子上的缺陷，检测灵敏度有所降低。

（4）有效检测范围小，需要布置的测点较多，定位准确。

国际大电网会议CIGRE WG33/23-12工作组对GIS局部放电检测方法的研究，认为特高频法（UHF）的抗干扰能力最好，检测范围较大，且对所有放电类型都比较敏感；而超声波法则对测量近距离范围内的自由移动颗粒比较灵敏，且便于确定故障的位置[3]。

2 某现场测量系统接线图及示意图

测量系统接线图和实物图如图2和图3所示。

图2 测量系统接线图

图3 测量现场实物图

3 某现场设备的超高频局部放电与SF6分解物联合检测

1）超高频局部放电检测

（1）实时检测结果

使用超高频检测仪对变电站内部分具有盘式绝缘子的法兰盘进行了检测。在110kV母线PT附近法兰盘1和法兰盘2处都检测到了局部放电信号，检测到局部放电信号的法兰盘位置如图2所示，法兰盘1和法兰盘2实时检测图谱如图4、图5所示。未排除背景干扰的情况下，法兰盘1的最大放电幅值在 150mV左右，法兰盘 2的最大放电幅值在120mV左右，两个法兰盘均检测到局部放电现象。法兰盘1处检测到的局放量比法兰盘2处检测到的局放量偏大。

图4 法兰盘1超高频检测实时图谱

图5 法兰盘2超高频检测实时图谱

（2）固体绝缘内部间隙放电典型图谱和检测现场无局部放电现象的法兰盘检测实时图谱如图6、图7所示。

图6 GIS固体绝缘内部间隙放电典型图谱

该图谱波形特征为脉冲清晰、幅值较小、幅值分散；相位特征为电压峰值左右，相位分布较大；频谱特征为高频分量较弱。

图7 无局部放电气室法兰盘超高频检测实时图谱

该图谱幅值分布均匀，是在整个相位内存在的背景干扰脉冲。

2）SF6分解物测试

为了进一步确认被检气室的局部放电故障，对该气室进行 SF6分解物测试，测试结果表明SO2+SOF2、CO含量均超过了参考标准的要求，表明该气室存在局部放电故障，得到了与超高频检测相一致的结论。检测结果见表1。

3）存在局部放电气室放电源的分析

使用仪器的定位模式对局部放电点进行定位，确定局部放电点位于避雷器的上部。超高频检测图谱显示符合GIS固体绝缘内部间隙放电典型图谱的特征。由于分解物中检测到 SO2+SOF2和H2S气体组分，对于非灭弧气室来说，正常运行是不会产生的，可以说明内部存在局部放电现象，由于检测出的 CO含量很高，国内相关参考标准建议该组分含量一般在50～100μL/L以下，判断为内部存在固体绝缘材料的高温裂解。

表1

基于上述检测结果综合分析为避雷器上部气室的固体绝缘材料内存在局部放电导致固体绝缘材料的高温裂解及SF6气体分解。

4 结论与展望

GIS组合电器超高频、超声波局部放电检测可准确判断设备缺陷类型，确定故障性质，检测设备定位功能可实现故障源的准确查找，做到检修工作具有针对性和高效性。

SF6分解物测试可对已检出的局部放电故障进一步定性。将超高频、超声波局部放电检测和分解物测量有效地结合起来，对故障分析起到互相佐证的作用。

设备交流耐压试验时高电压作用下部分局部放电缺陷容易暴露，试验过程配合局放检测发现潜在缺陷具有很好的推广价值。

[1]王建生,邱毓昌.气体绝缘开关设备中局部放电的在线检测技术[J].电工电能新技术, 2000(4).

[2]李德军,沈威,郭志强.GIS局部放电常规检测和超声波检测方法的应用比较[J].高压电器, 2009(3).

[3]中国仪器之家.通用分析仪器类.http: //www.17baba.com.