特高频法气体绝缘全封闭组合电器的局部放电在线监测技术的发展应用探讨

刘大永，藤桂法，陈志国

（1.河北农业大学信息科学与技术学院，071000；2.河北农业大学研究生学院，河北保定，071000）

特高频法气体绝缘全封闭组合电器的局部放电在线监测技术的发展应用探讨

刘大永1，藤桂法2，陈志国1

（1.河北农业大学信息科学与技术学院，071000；2.河北农业大学研究生学院，河北保定，071000）

为了对于气体绝缘全封闭组合电器设备的运行情况进行全方位的掌握，对于其绝缘状态进行在线监测是非常有必要的。本文就通过分析变电站典型局部放电类型，介绍基于特高频法气体绝缘全封闭组合电器局部放电的发展技术、系统的构成及应用探讨，分析中的隐患，并及时发现，以确保设备可以安全的运行。

特高频法；气体绝缘全封闭组合电器；局部放电；在线监测技术

气体绝缘全封闭组合电器具有构造紧凑、运行中的可靠性高及占用空间小的特点，所以被广泛运用到我国电压不同的电网中。但是气体绝缘全封闭组合电器中也存在着一些问题及缺陷，比如制造方面、装备方面及运输方面，这些问题可能会导致其在运行的过程中会影响设备的运行，甚至导致事故的发生。所以为了预防发生事故，要对于其设备的运行情况进行实时的在线监测。

1　气体绝缘全封闭组合电器局部放电检测的意义

气体绝缘全封闭组合电器和传统的高压输变电系统的配置来进行比较的话，明显前者有更大的优势，优势体现在其结构紧凑，并且气体绝缘全封闭组合电器的占地空间也比较小；外界的因素并不影响它的正常运行。现在其已在不同等级电压的电网中广泛应用，在变电站系统中也有着重要的作用。气体绝缘全封闭组合电器是否能够安全运行影响着整个电力系统，一旦在运行的过程中发生故障，那么会引起其变电站中所涉及的一些地区大面积的停电。所以，对于GIS中的安全检测任务是至关重要的。那么对于其安全检测有众多的方式，包括在其出厂前的测试、安装后的测试、运行中的测试等方法。虽然我国对于GIS设备运行中的检测技术还是比较成熟的，但是在其运行之后的检测技术并没有达到很成熟的状态，所以会致使在停电之后的维修工作中有很大的人力、物力、精力的投入，所以为了不使其在运行后造成一系列的损失，在其发生事故之前就要对于局部放电进行检测，判断它的内部故障是非常重要的。随着我国社会经济的不断发展，我们人类对于电的需求越来越高，其中的电力人员对于局部放电检测的方法也是十分紧缺的，所以气体绝缘全封闭组合电器局部放电的在线监测技术备受国内外技术人员的关注。

2　气体绝缘全封闭组合电器局部放电的缺陷分析

要想对于气体绝缘全封闭组合电器（GIS）局部放电的现状情况进行深入了解，那么就要对于其的内部缺陷进行研究，并了解缺陷的特征及程度，从不同方面着手，来分析GIS局部放电的现状。

2.1颗粒及异物造成的影响。在对GIS进行安装的时候，由于受到环境的影响，没有办法对于其中内部的微小颗粒及异物彻底的清除，就会导致一些会对GIS造成影响的异物与微小颗粒在启动过程中被漏检。也有可能在修理及安装的时候，在进行密封处理方面中造成失误，使一些工具和无用的异物遗漏在GIS中，这些颗粒及异物在平常过程中虽然不会造成什么影响，但是当其中的电压超过一定范围的时候，就会改变GIS内部的高压场强分布，而引发局部放电的产生；微小颗粒在收到外界的激发时可能会发生跳动，在六氟化硫气体中形成带电体，这些带电体在GIS内部由于受到电场力的作用不断地跳动、飞行，当达到场强极限时就会引发局部放电，局部放电将会破会内部绝缘材料的绝缘性能，甚至在操作过电压时造成设备突然击穿的严重事故。

2.2接触不良造成的影响。据统计，在GIS运行过程中所产生故障的原因，接触不良造成影响次数为多。接触不良主要表现在主触头和屏蔽罩之间。在GIS运行的时候，那些为改变电场的金属有时候并不是通过负荷电流的，也会使用铝制的物品来进行。但是由于这些铝制物品在运行中会因为时间过长老化使其接触不良。从而形成电位浮动电极，从而引起悬浮电位放电，这种情况就会使GIS连接触头弹簧造成侵蚀，并且还会产生一些杂质等，最终使GIS的内部绝缘造成伤害。

2.3绝缘子缺陷造成的影响。在气体绝缘全封闭组合电器中造成缺陷的问题上，由于绝缘子缺陷所带来的影响也是十分常见的。它主要包括绝缘子气泡、裂纹等现象。还有一方面就是绝缘子和导体中间所产生的缝隙，其中的场强非常的高，而缝隙本身的绝缘性能是非常的低的，所以会在缝隙的分界面发生局部放电，将会最终造成绝缘损坏。

2.4内部尖端缺陷。GIS在加工生产过程中，由于内部表面的加工缺陷而产生金属尖端，这些尖端在高压场强下极易发生放电，将会引起绝缘损坏，在操作过电压或者发生雷电时极有可能造成突然击穿的恶性事故。

以上所述的这四种问题都有可能发生，了解GIS的缺陷，并且及时的发现缺陷并检修，这对GIS在以后的运行中有着重大的意义。

3　气体绝缘全封闭组合电器局部放电的在线监测方法

在GIS发生局部放电时，会使外壳中产生高频电流的，使高频电流通过地线上穿过形成回路，GIS局部放电还会使其通道中的气压发生变化，在GIS中及其他外壳中产生超声波，同时还会产生高频电磁波在GIS腔体内传播，频率可达GHz。GIS发生局部放电会造成重大的影响，对于局部放电的检测也是刻不容缓的。目前，我国及国外对于GIS局部放电的在线监测有以下几种方法。

3.1化学法检测。在GIS局部放电的时候，有一部分的六氟化硫气体会产生分解物，这种监测分解物的含量就可以对于GIS局部放电进行在线监测，可以判断其严重性，也可以不受外界因素所干扰。但是化学法中还存在这些问题，据实验表明，在化学法进行检测的时候，一些颗粒物体会对其进行测量的时候造成一系列的影响，使其测量的结果导致偏差；还有一些在GIS内部的干燥剂等也会对化学测量过程中造成一定程度的影响。

3.2超声波检测。上文有说道，在GIS发生局部放电时候会产生超声波，所以对于局部放电发生时所产生的机械波可以利用超声波传感器来进行检测，用于判断GIS内局部放电的存在和强弱。因为局部放电发生的时候也会产生声波和超声波，它所产生的声波会通过金属外壳传导到GIS外部，所以，可以在GIS运行状态下用超声传感器在壳体外部直接检测内部局部放电的情况，超声波检测的优点是不受外界电气的影响，其缺点是在超声波检测的过程中，会受到金属外壳震动所带来的影响，所以也会影响检测准确度。

3.3电气法检测。电气法检测可分为外复电极法和内部电极法。其中外复电极法是由日本在20世纪80年代所研发出来的，主要是在GIS外壳结构上建立一层绝缘的保护膜，所以外壳中的保护膜就会阻碍高频电流任意形成接地回路，只能在确定的外复电极上产生回路，所以可以通过该电极检测局部放电信号。另一种解释是GIS内部的放电中产生的电波会在外壳上，也只能在外壳上流动，所以电波不会泄漏到外面。通过此来对于局部放电来进行检测，简单又实用，缺点就是容易被外界所干扰，使检测精度降低。

内部电极法GIS局放监测技术进行稍微的修改，在内部安装一些金属和外壳进而形成电容，来通过电容接受局部放电的信号，从而检测出来局部放电。这种方法的优点也是简单实用，但是缺点也极易受到外界的干扰，从而使检测的精准度降低。另外一种，1983年由日本研制出了一种盆式的绝缘电极，从而对于局部放电进行检测，其优点是对于外界的影响可以做到一定的预防，也可提升灵敏度，其缺点是这种检测方法往往在安装现场是不容易进行的，只能够在厂家生产的时候利用。

3.4UHF法检测。UHF方法就是今天我们所讲的特高频法，此方法是通过天线来进行进行接收局部放电中的特高频电磁波，对于GIS局部放电进行检测。在20世纪80年代中，就有人开始用这种方法对局部放电进行检测，也就是从这个时候开始，UHF法开始流行应用。特高频法的特点就是：对于外界的干扰可以有效的避开，其检测频率高，在检测中对于局部放电的精准度也高，并且还可以对于故障进行识别并且定位故障。UHF检测和超声波检测相对比，UHF检测比超声波检测的范围要更大，对于其他检测方式来说有许多其他方式没有的优点。在我国社会经济技术进步的过程中，特高频法检测方式也取得了进步和发展，并且也受到了广大的热爱，充分的发挥其作用并使广泛应用。

4　特高频法气体绝缘全封闭组合电器局部放电在线监测技术的发展现状

特高频法检测方式是利用GIS设备中释放出的电磁波来进行检测的，特高频法在检测中具有超高的灵敏性和抗干扰能力，目前特高频法在一些设备的在线监测中也受到了广泛的支持和应用。

在国外，不少的大学研究者对于特高频法的发展和完善都提出了大量的方案和实验。其中苏格兰的核电站在1986年就安装了第一批的特高频法GIS检测技术。荷兰理工大学在特高频法的缺陷上也进行了实验和研究。在进入20世纪以来，英国最近投入的GIS设备中配有特高频法检测设备，DMS公司对于这种设备的检测技术也大力推广，就目前的状况分析，全球大约有近50个国家中的GIS设备局都配有特高频法在线监测技术，同时也为这些国家的设备预防故障中尽了力，避免了国家中的经济损失。

目前我国对于特高频GIS的研究相比较国外来说稍微晚一步，在2000年初主要是有一些高校来进行了大量的技术研究，并带领了整个国内市场的应用和发展。西交大的一些研究者对于GIS的传播进行了一系列的分析与研究，得出了一些结果，这些结果表明在GIS进行局部放电的时候，其强度的变化与气压和电压是有关的。重庆大学的研究者也对此做出了研究，还有清华大学的研究者，他们都对此做了详细的研究，并研制出了GIS局部放电的在线检测技术系统，在此事业上取得了良好的结果。 在2006年以后，在国内就已经有多家公司研发出了具有高灵敏度的UHF传感器。其中，保定天威新域科技发展有限公司自主研发的UHF传感器检测灵敏度可达到小于1个皮库的水平，北京盛泰公司已退出了高灵敏度的UHF传感器。最近几年又有一些公司推出了能够对局部放电信号进行诊断、分析UHF检测仪器。例如：上海华晨推出的手持式具有诊断分析功能的检测仪器，能够直接自动判断放电故障类型。近几年，一些国外特高频检测设备也开始进入国内市场，如：PDM公司推出的UHF检测仪，能够以柱图方式快速显示放电幅度，并能够利用放电特性分离算法分离不同的放电类型。

5　特高频法气体绝缘全封闭组合电器局部放电在线监测技术的应用分析

5.1特高频法检测中遇到的技术问题。虽然特高频法检测技术有众多的优点，但也不妨有一些的缺点，其中包括：其一，国外在特高频法技术的实施主要是在GIS设备出厂之前就进行了安装，但是目前国内并不具备这样的条件，所以在没有使用良好的屏蔽措施进行检测的条件下，对于检测结果存在这一些不可避免的影响的，对于检测也不易进行长期；其二，据调查，目前的特高频法检测还没有办法对GIS内部设备的放电量值进行确定，所以对于局部放电检测来说，这也是一项重要的问题。如果研究人员可以把这几项问题解决的话，那么特高频法在GIS局部放电在线技术检测中会显得更加重要。

5.2特高频法在线监测的应用。在2010年12月份，我国某变电站中对于GIS设备全面安装使用了局部放电在线监测，检测人员在后台中发现，在用此技术的两年后，该变电站中的耦合器检测出了一系列的局部放电电波信号，该变电站中的专家分析，此信号很有可能为浮动的电极信号，这种信号的发展非常迅速，其中造成的频率次数也非常明显，其频率幅度也超过了设置的最大量程。为了使检测更加准确，工作人员排除了外界的影响，对于其进行测试，也排除了其自身的问题，说明GIS正在局部放电，其位置也通过特高频技术来进行了定位，其位置和其他仪器所定的位置是一样的。

5.3结论与分析。目前，对于局部放电在线监测技术可谓是多种，其也会受到多种因素的影响，导致监测的精准度降低。上文通过特高频法结合其他的一些监测技术来对其进行检测，一方面提高了检测结果的精准度，也对于局部放电的位置进行了精确的定位。

通过上述事件分析可得知，构成GIS局部放电的因素有许多，比如在装配过程中造成的等等，并且和这几年发生的案件相结合，由于这些问题的发生造成的事故已经有不少，为了避免对厂家和人员造成损失，这务必要引起重视，在装备的过程中要严格按照组装工艺来进行，减少这类事情的发生，并且加强监管制度，对于没有安装此技术的电局要进行定期的放电检查。

6　结束语

由于我国社会经济发展的飞快，我国的电力工业也在不断的进步和发展。通过以上对于GIS的解析及特高频法的简述，说明了特高频法在GIS局部放电检测技术方面也是有重要的作用的，事先排除了故障，避免一些事故发生所造成的损失，有效的对可靠供电中节约了人力、物力及精力，实现了我国社会经济的发展价值。

［1］李峰. 基于特高频法气体绝缘全封闭组合电器局部放电在线监测技术应用分析［J］. 广东电力， 2012， 25（12）：95-99.

［2］王伟平， 何炳锋. 基于特高频法GIS局部放电在线检测技术的分析与应用［J］. 高压电器， 2015（4）.

［3］林立锋. GIS特高频局部放电在线监测与诊断系统研究与应用［D］. 电子科技大学， 2012.

［4］李月芹， 蒋体浩， 朱洪明. 基于GIS设备局部放电在线监测研究与应用［J］. 电子世界， 2015（16）：136-137.

［5］陈杰华. 超高频外部天线法GIS局部放电检测的研究［D］. 西安交通大学， 2003.

Development and application of partial discharge on-line monitoring technology for gas insulated switchgear with extra high frequency method

Liu Dayong1，Teng Guifa2，Chen Zhiguo1
（1.College of information science and technology， Agricultural University of Hebei，071000；2.Graduate School of Agricultural University of Hebei，Baoding，Hebei，071000）

In order to fully grasp the operation condition of gas insulated switchgear，it is very necessary to carry out the on-line monitoring of insulation condition.In this paper，through the analysis of a transformer substation are examples of partial discharge （PD），based on the introduction of totally enclosed combined electrical partial discharge development technology，system composition and application of UHF method for gas insulation，analysis of the hidden dangers，and promptly found.To ensure the safe operation of equipment.

high frequency method；gas insulated switchgear；partial discharge；on-line monitoring technology