GIS局放综合检测技术的引用

张荣伟　孙宝法　豆书亮

（宁波送变电建设有限公司，浙江　宁波　315016）



GIS局放综合检测技术的引用

张荣伟孙宝法豆书亮

（宁波送变电建设有限公司，浙江宁波315016）

摘要：随着科技的发展，技术的进步，特别是电子技术的进步，很多设备的检修监测都用到了相关的电子仪器。现在GIS系统在电力中的应用越来越广泛。基于此，主要介绍GIS局放用超高频和超声波局部放电监测技术的原理，并对这两种技术进行对比，通过这两种技术的综合利用对变电站GIS局部放电特性及诊断放电类型进行电源定位。

关键词：GIS；局放综合；检测技术

近年来，GIS设备系统受到电力用户的青睐，也在电力综合检测运用上越来越广泛。主要原因是GIS系统具有占地面积小，受到外界的干扰少，设备配置较灵活，使得GIS系统得到了广泛的运用。GIS采用气体绝缘的方法实现了开关的作用。随着当下电网建设速度不断加快，在变电站中使用的GIS数量也在不断增加，促进了GIS技术的不断提高，相应的性能也更加可靠。但在使用中仍然会出现很多的放电和故障问题，影响着电网的安全运行［1］。因此，本文采用超高频和超声波的检查方法对GIS局放进行检测。

1　两种局放检测原理

1.1超高频局放检测的原理

超高频局部放电检测宽度达到300～1 500MHz，接收特高频电磁脉冲。超高频在传播过程中衰减的速度非常快，所以在GIS以外的信号实际电子信号的频段都是非常短的，大部分都不在GIS的识别范围，主要原因是它们的频带要比GIS的频带要窄得多。随着频率的增加，传播的速度也会在陡然间减低，基于这些原因能够进入到GIS特高频的相对分量是非常少的，从而实现了对外界干扰信号的抗干扰能力。对于处在超高频局部放电检测频段的固定干扰，比如常见的移动通讯雷达等的信号干扰，无法在外界进行排除的只有通过调节自身的发射频率从而避开这些具有干扰性的频道，只有这样才能实现对局部放电信号的检测。上述已提及其在GIS设计上有很大的好处，其内部有盆式绝缘子，在制作过程中采用的是非铁磁材料，可将特高频的电磁信号投射出去。从外界接收到的电磁波随着金属轴传播时会有多余的信号产生，多余的信号会随着绝缘端把信号向外辐射，这些信号可以通过GIS内部的信号传感器检测到，GIS系统就是通过这种方法实现对超频的检测［2］。

1.2超声波局部放电检测的原理

在现实当中，局部的放电不仅会产生很强的电磁波，还能够产生很强的声波信号。超声频检测主要是通过设备的传感器来实现的，只能实现检测的目的而不能进行很好的定位。但是，超声波定位就是采取电气设备金属外壳上的发射器上的传感器，不仅可以实现对局部放电的检测，还可以对局部放电进行定位和识别。在工作过程中是不会受到外界信号干扰的，超声波设备越靠近有缺陷的部位，其灵敏度就会越高。超声波检测系统的实现原理和结构是：先进行声波和电信号的转换，然后将信号放大，再经过数值信号和模拟信号的转换，最终将接受到的信号进行科学的处理［3］。

在局部电源产生压力声波时，最开始传到GIS上时是以方波的形式，之后传到超声波的传感器上就变成了方波的形式，在接受到方波信号后传感器会通过A/D转换，然后将信号进行方法处理，可以通过显示器将整个过程先显示出来。对GIS进行超声波检测时，使用的检测频率10～100 KHz是相当低的，在检测中灵敏度是比较高的，所以在使用时会很大程度上受到噪声的影响，如果把信号频率调的太高，其信号的衰减速度会比较快。特别是在SF6的空气中超声波的信号传播衰减速度最快，基本上可以达到26 db/m。所以，整个设备在检测缺陷部位时越靠近就会越准确，直到最后贴近有缺陷设备的表面，检测的范围会越来越小，最后可以固定到相应的个体，所以非常适合定位测量。

2　两种局放检测技术对比

到目前为止，我国在对GIS局放检测中最长使用的方法是超高频和超声波法，它们在检测中都能起到很不错的效果，但检测原理有很大的区别。事实上，采用超高频时其抗干扰的能力是比较强的，并且在检测过程中检测的范围是比较大的，同时几乎对所有的放电设备都有很高的敏感度；利用超声波法也有相应的好处，可以对近距离目标进行检测，对自由移动颗粒比较敏感，最重要的是可以确定故障的具体位置。对于超高频检测和超声波检测两种检测方法，哪个更加灵敏一直是很多检测人员比较关心的事情。国外专业机构曾经做过调查发现，相对于超声波检测法，超高频的检测灵敏度是最高的［4］。

超高频法对噪声敏感度较高，而超声波法对电信号的敏感度则较低。利用自身特性，在实际的使用中可将这两种方法联合起来使用，取长补短，找到缺陷的具体来源，减少判断失误。在对GIS局部放电检测过程中，以上两种检测方法要按照不同的情况进行合理使用。在前期可以利用超高频的检测方法，首先确定局部放电的大致位置，然后再用超声波进行检测，由于超声波检测的范围比较小，可以很快确定GIS缺陷的具体位置。

3　基于相位同步的局放检测

相位同步是局放检测中的重要环节，根据局部放电相关标准可知，相位是判断局放放电类型的重要依据。目前带电局放设备一般采用50Hz工频信号作为相位同步信号，或通过相位同步引线实时采集相位信号。在进行GIS交流耐压试验并检测局放时，由于试验频率较高（一般在150Hz以上），局放检测设备与交流耐压设备的距离较远，所以相位同步功能不容易实现。该文应用了一种基于广播调频方式实现局放检测时相位同步的方法，将交流耐压设备中的频率和相位信号在分压电容器上进行采集，与高频载波信号进行合成后，由调频信号发射模块发出信号；调频信号接收模块接收到信号后经过释波、信号放大和信号处理，最终将频率和相位信号传输给局放检测设备。串谐信号采集器可支持频率范围为20～300Hz,电压范围为5～220V信号采集，相位偏移度可精确至3°以内（时间偏移度在40 μs以内）。

4　两种局放检测技术的综合应用

某110kV GIS变电站出现故障，110kV母线上出现差动保护，为了避免出现安全问题保证电网接下来的运行安全，检修人员对GIS设备进行了停电检测。

4.1交流耐压时的超高频局放测量

经过现场勘查，确定是交流耐压出了问题。但是，在进行交流耐压测试后，并不能直接确定GIS设备内部细小的缺陷，对于GIS内部的导电接触不良和内部固体绝缘材料出现的缺陷都是无法测量的。在交流耐压的条件基础上，同时再进行局部放电检测，这样就可以很好地对GIS较小部分进行检修，也是对交流耐压的具体补充。

由于不知道GIS设备出现故障的具体位置，只能进行大范围的检测，首先确定一个大致的位置。所以，开始利用超高频局部放电的检修方法，其灵敏度比较高，同时检测范围更大。研究采用的是DMS便携式系统，其内部是高频局部放电检测仪器，然后对整个GIS气室进行相应的检查。通过检查在母线气室的接地闸刀37113-03处放电出现异常，可能存在缺陷。需找来对电力比较专业的专家，对此处毛刺和空穴实际放电进行科学的分析。

4.2超声波局放测量及定位

在已经得出GIS设备出现问题的大致位置的基础上，再借助超声波局部放电测量的方法，可以进一步对出现故障的地方进行定位。在SF6的气体中超声波的传播信号会出现很大程度的衰减过程，在检测的时候如果没有发现局部放电信号，要尽可能小距离的检测，一般选择20cm为一个单位进行检测；当发现局部信号出现明显变化时，再次缩小检测的范围直到最后能够精确找到出现缺陷的位置。此次检测中发现在电源37113-03的接地闸刀西侧120cm处出现了放电现象。

根据在显示频上出现的图像可以看出，峰值、有效值频率1和2都接近了峰峰值25mV，在这个时候此处的超声波信号是最高且最强的。同时，对声音水平和飞行图谱的分析可以确定超声信号放大处。最终确定可能的首要原因是，GIS设备可能出现接触不良的问题，还可能出现悬浮电位有放电的可能。

5　GIS解体检查

根据以往的经验，通过超高频和超声波对GIS局部进行了局部的放电检测，并且基本上确定了局部出现放电的地点，通过超声波的诊断方法知道GIS设备出现局部放电的原因。然后，需要对GIS设备出现缺陷的位置进行维修。由于GIS内部比较复杂，再加上其内部可能有很强的瞬间电压释放。所以，需要对GIS设备进行解体检查。在解体前现根据超声波局放检测的地点开始进行拆解，即对GIS内部的37113-03接地刀闸旁边的120cm处的封闭母线进行解体检查。这样的检查可清楚地看到GIS内部存在的问题，在拆解的过程中发现C相母线在和另外母线接触过程中出现了缺陷，可判断此处就是出现放电的原因，同时也说明了这个GIS设备在出厂时质量存在问题，主要是加工工艺或者是在装配过程中疏忽大意引起的。可以看出初期这个位置的缺陷是非常小的，但是由于长期的使用而未进行及时的检测，导致母线出现的裂缝越来越大，最终出现相线间的放电现象，此时母线为了保护所有的电路，不得不做出自我保护的动作自动报警。从传回来的图片中可以清楚地看到母线上出现的裂纹，为了防治在维修后会引起其他的反应，工程人员只能对这段母线进行更换。

6　结语

通过综合比较应用，得到超高频局放检测法有着较高的灵敏度，而超声波局放检测法可缩小检测范围。因此，在局部放电检测现场中应联合应用这两种手法，确定局部放电位置，及时提出解决对策。

参考文献：

［1］王万宝，李永宁，周迎新，等.GIS超声波局部放电检测技术的应用分析［J］.电气技术，2012（2）：49-52.

［2］黄兴泉，张欲晓，付海金.运行GIS设备的局部放电检测技术及其应用［J］.河南电力，2006（3）：23-26.

［3］周义博.超高频法GIS局部放电在线检测与定位技术的现场应用［J］.华南理工大学，2010：71-72..

［4］王科.GIS中局部放电绝缘缺陷综合检测诊断技术分析及应用［J］.高压电器，2013（9）：55-62.

中图分类号：TM835

文献标识码：A

文章编号：1003-5168（2016）01-0043-03

收稿日期：2015-12-26

作者简介：张荣伟（1982-），男，工程师，研究方向：继电维护。

Integrated Detection Technology of GIS PD

Zhang RongweiSun BaofaDou Shuliang
（Ningbo Electric Power Transmission and Substation Construction Co.Ltd.,Ningbo Zhejiang 315016）

Abstract:With the development of science and technology,the progress of technology,especially the progress of electronic technology,maintenance monitoring equipment has been used in many electronic instruments related.Now GIS system is being used more and more widely in power.This paper mainly introduced the principle of GIS PD UHF and ultrasonic partial discharge monitoring technology.At the same time,to compare these two techniques,through the comprehensive utilization of both sides of the source location of PD characteristics and diagnosis of discharge type substation GIS.

Keywords:GIS;PD synthesis;detection technology