自助式GIS设备超声波局部放电在线检测方式探讨

曹力力，吴潇潇，王 炜

（国网浙江省电力公司湖州供电公司，浙江 湖州 313000）

自助式GIS设备超声波局部放电在线检测方式探讨

曹力力，吴潇潇，王 炜

（国网浙江省电力公司湖州供电公司，浙江 湖州 313000）

通过对比超声波局放带电测试和特高频局放在线监测这2种现行常用的GIS（气体绝缘金属封闭开关设备）设备检测方式，分析两者在测试时间和测试位置上的不足，有针对性地研究一种新型的自助式GIS设备超声局放在线检测方式，获得了更好的测试效果，也弥补了常规检测方式的不足。

GIS；超声波局放；自助；检测

GIS（气体绝缘金属封闭开关设备）具有占地面积少 、受外界环境影响小、运行安全可靠、维护工作量小等优点。近年来在电力系统得到越来越广泛的运用，电力系统中GIS设备迅速增加。

由于GIS设备封闭性的特点，停电检修时所能进行的试验项目非常有限，目前较有效反映运行中GIS设备状态的检测手段主要有超声波局部放电（简称局放）带电测试和特高频局部放电在线监测，然而这2种测试手段各有其优缺点、定位和使用差异较大，亟需一种细分功能检测方式来填补当前这二者检测手段间的空白。

1 局放带电测试和特高频局放在线监测的比较

图1 局放带电测试3种模式图谱

1.1 局放带电测试的特点

局放带电测试利用超声波技术，通过接收局部放电时声波微小的间断压力信号，判断局部放电点位置和局部放电性质，具有取点灵活、测试方便的特点，但在测试中受周围环境低频干扰信号的影响较大，主要包括周围设备和建筑的机械振动及声音等。局放带电测试有3种测试模式（见图1）。

（1）连续模式，反映被测GIS设备中局部放电信号的瞬时有效值、峰值和指定频率成分放电值，可完整反映GIS设备在某一瞬间的状态。

（2）原始波形，是从时域角度连续测量被测GIS设备的局部放电信号，通过绘制连续几个周期的全电压放电波形观察放电信号的时域特性，找出放电波形的周期性特点。

（3）相位模式，是从频域角度反映被测GIS设备的局部放电信号，通过收集单位时间内1 000个瞬时全电压值采样点的打点图，分析放电信号的频域分布。

通过对3种模式图谱的综合，可以从瞬时、时域、频域3个方面综合分析被测GIS设备内部的超声波局部放电信号，基本可反映测试时GIS设备的短时运行状态。

1.2 特高频局放在线监测的特点

当GIS设备局部放电发生时，快速的气体击穿过程产生很陡的脉冲电流信号（上升沿<1 ns），并在GIS设备腔体内激发高频电磁波，特高频局放测试就是通过检测这种特高频电磁波（300 MHz≤f≤3 GHz）信号，获得局部放电的相关信息。特高频局放测试的测试频率较高决定了其具有较高的抗干扰能力，周围的空间电磁波也可以通过屏蔽去除，然而特高频局放信号只能通过非金属材质传输，因此特高频局放测试只能在裸露的盆式绝缘子和观察窗上进行。

基于特高频局放测试技术发展而成的在线监测系统包括UHF（特高频无线电波）传感器、信号传输检测单元和中央处理单元。UHF传感器与GIS设备外壳连接，采集GIS设备内部的特高频局放信号，并通过信号传输检测单元将采集到的特高频局放信号传输到中央处理单元。其特点是能够避开现场普遍存在的电晕干扰和其他各种频率的干扰，实现连续监测GIS设备状态的目的。缺点是监测位置依赖预装探头而相对固定，并且只能在裸露的盆式绝缘子和观察窗上进行，给测试带来了一定的局限性。

GIS特高频局放在线监测依赖专家数据库判断设备存在疑似缺陷时，按预设测试周期进行图谱记录，所记录的图谱信息主要有3种（见图2）。

图2 GIS特高频局放在线监测的3种图谱

综合分析以上3种图谱，可以从时域和频域角度分析GIS设备内部的局部放电信号，当遇到存在缺陷时，测试数据不够全面。

1.3 局放带电测试和特高频局放在线监测的不足

局放带电测试存在受周围环境干扰（低频干扰）大、只能反映测试短时内GIS设备状态等不足，GIS设备内部很多故障信号可能受负荷和设备状态等因素影响，短时测试未必能较好地反映设备缺陷情况。

GIS特高频局放在线监测存在测试数据较少、测试位置相对较为局限等不足，现场在线监测点的分布一般不太多，当GIS设备内部故障点位置离在线监测点较远时，虽然能反映故障的存在，但对故障的具体位置和具体性质无法做出充分的判断。部分GIS设备的盘式绝缘子带有金属屏蔽圈而无法进行特高频局放测试，限制了在线监测的开展。

同时以上2种测试方式的位置均相对较为固定，以测试仪器预设为主，而现场的GIS设备缺陷却是种类繁多、位置不定，导致了部分特殊缺陷无法得到全面的诊断。

2 自助式GIS设备超声波局放在线检测

2.1 新的检测方式

针对局放带电测试和特高频局放在线监测的不足，需要找到一种可以克服以上测试方式局限的检测方式。考虑到特高频局放在线监测的软件和硬件改动的空间较小，新检测方式以超声波局放带电测试为基础改进。

自助式GIS设备局放在线检测是在超声波局放测试技术的基础上，针对缺陷性质确定在线检测的参数，根据发现缺陷的位置设置在线检测点，同时可以通过软件预设所需的测试持续时间和时间间隔，通过自带电池可以获得数小时或数天的持续测试时间。

2.2 硬件部分

自助式GIS设备超声波局放在线检测模式的硬件实现：

（1）局放测试探头通过特制固定扎带固定在GIS设备上，可灵活选取在线检测的位置（见图3）。

图3 自助式局放在线检测探头的安装位置

图4 自助式局放在线检测的软件界面

（2）局放的测试终端实现小型化集成，有专用电池供电可获得数小时或数天的持续测试时间，测试数据通过无线传输至现场采集终端；改进后可通过特制交流电源箱供电，延长持续测试时间。

自助式GIS设备局放在线检测的关键部件是就地RTU（数据采集单元）。RTU远程测控单元包括超声传感器、电池、通信天线和数据处理单元，由双系统构成，其中电源管理模块（MSP430超低功耗单片机）一直处于工作状态，不采集数据时，功耗比较大的DSP（数据信号处理）数据采集系统处于断电状态。根据上位机无线通信指令，MSP430单片控制DSP数据采集系统的供电，当数据采集完成或上位机结束数据采集时，MSP430会切断DSP数据采集系统的供电。根据上位机数据传输指令，MSP430单片机将存储在指定区域的数据上传到上位机，完成数据的传输。

2.3 软件部分

自助式GIS设备局放在线检测模式的软件功能：

（1）按照预设参数同时连续对多个测试通道超声信号的3种测试图谱进行测试，预设参数包括时间间隔、持续时间、测试频率、原始波形周期数等。

（2）将生成的数据文件通过无线传输至采集终端，实现数据共享。

（3）在多终端通信中运用策略模式，避免程序中使用多重条件转移语句，使系统更灵活、易于扩展，遵守大部分GRASP原则和常用设计原则，高内聚、低偶合。

图4为采集终端的数据管理软件界面，图中数字代表以下几个功能区块：

（1）按照现场实际建立的树状目录，可以将在线检测所得图谱定向输出给相应设备，同时可以按树状目录导入导出，观察到在线检测过程中所收集到的实时图片情况。

（2）在测试参数设置区可以针对GIS设备状况和缺陷，更多地对在线检测频率、放大倍数、检测持续时间、检测间隔时间、检测原始波形数量、测试通道和频率成分选择等进行自助选择，使局放的在线检测更适应故障类型，从而能更好地反映故障性质，只有提高测试的针对性才能提高测验结果的有效性。

（3）通过图片监视窗口可以看到最近采集的各类型图片信息。3种模式图谱可以从瞬时、时域、频域3个方面，综合被测GIS设备内部的超声波局部放电信号，可为分析GIS设备内部缺陷提供足够多的信息量。

3 结语

通过现场使用情况，证实了自助式GIS设备超声局放在线检测方式的各项设计功能均能在现场实现。由于测试参数能根据缺陷的基本情况设定，使采集到的图谱信息有助于更好地诊断缺陷性质，较长时间的持续测试可以避开偶发干扰，更全面地跟踪缺陷发展。特别是间隔时间较长或偶发的放电信号，通过自助式GIS设备超声局放在线检测模式可以得到有效检测。完整的图谱记录模式可以为GIS设备内部缺陷分析提供足够的信息量，保证了测试数据的立体性。通过扎带捆绑的探头和便携式电池供电保证了自助式GIS设备局放在线检测的灵活性，可以根据带电测试得到的缺陷位置信息，更精确地设置测试点，保证测试的有效性。

自助式GIS设备超声局放在线检测方式克服了局放带电测试和特高频局放在线监测的缺点和不足，有效地填补了这2种模式间的定位空白，对提高GIS设备状态检修水平可起到重要作用。

[1]刘丰文，曹力力，姚建锋，等.GIS设备超声波局部放电带电测试研究[J].湖州师范学院学报，2011（33）∶203-205.

[2]肖燕，郁惟镛.GIS中局部放电在线监测研究的现状与展望[J].高电压技术，2005，31（1）∶47-49.

[3]姚勇，岳彦峰，黄兴泉.GIS特高频/超声波局放检测方法的现场应用[J].高电压技术，2008，34（2）∶422-424.

（本文编辑：陆 莹）

A Self-service Scheme of Ultrasonic-based on-line Partial Discharge Monitoring for GIS Equipment

CAO Lili，WU Xiaoxiao，WANG Wei
（State Grid Huzhou Power Supply Company，Huzhou Zhejiang 313000，China）

By comparing ultrasonic-based on-line partial-discharge detection method and the ultra-high frequency on-line partial discharge monitoring system for GIS（gas insulated switchgear）equipment，the paper analyzes their shortcomings in test time and location.A self-service scheme of ultrasonic-based on-line partial discharge monitoring for GIS equipment is investigated，which owns better test effect and can make up the shortcomings of conventional test schemes.

gas insulated switchgear；ultrasonic-based partial discharge；self-service；test

TM866

B

1007-1881（2015）07-0033-04

2015-06-07

曹力力（1982），男，工程师，从事电气试验专业工作。