多手段定位技术在GIS局部放电带电检测中的应用

段肖力，吕玉宏，叶会生，谢耀恒，吴水锋

(1.国网湖南省电力公司电力科学研究院，湖南长沙410007；2.国网湖南省电力公司，湖南长沙410007)

多手段定位技术在GIS局部放电带电检测中的应用

段肖力1，吕玉宏2，叶会生1，谢耀恒1，吴水锋1

(1.国网湖南省电力公司电力科学研究院，湖南长沙410007；2.国网湖南省电力公司，湖南长沙410007)

介绍气体绝缘金属封闭开关设备局部放电带电检测中常用的定位技术。通过一起330 kV GIS内部尖端放电缺陷的典型案例，表明联合应用多种定位技术，可以提高局部放电源的定位准确度和精度。

局部放电；带电检测；超声波；特高频；定位

气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)具有占地面积小、运行可靠性高、检修维护成本低、受环境影响小等优点，在电力系统得到了广泛的应用〔1〕。但是GIS设备内部结构复杂、绝缘场强大、对制造能力要求高，随着电力系统GIS装用量的迅速提升，GIS设备故障频发，造成变电站全部停电或部分停电、电量损失、增加检修成本、影响电网供电可靠性，给电网安全运行造成很大的威胁。

虽然通过GIS设备停电试验能够发现部分缺陷，但停电试验电压较低，不能够反应设备运行状态下的真实状况；并且高压设备的绝缘劣化是一个累积和发展的过程，停电试验无法及时发现该类潜伏性缺陷〔2〕。据统计，GIS设备的各类缺陷中，绝缘缺陷占有很大比例，GIS设备内部的缺陷，极易发展为设备故障〔3〕。当GIS设备内部绝缘出现问题后，最先开始的是产生局部放电〔4〕，因此局部放电是反应GIS设备运行状态的重要参数之一〔56〕。

GIS设备带电检测能够在不停电的情况下，及早发现设备内部局部放电及其它缺陷信号，检测出GIS内部缺陷信息及其严重程度，实现缺陷的定位，对故障提出预警，从而可以实现有计划的检修，减少设备损坏和事故发生。因此开展GIS局部放电带电检测具有十分重要的意义〔7-8〕。目前，应用于GIS局部放电带电检测中较为成熟的技术有超声波(AE)局部放电检测技术及特高频(UHF)局部放电检测技术。

1 GIS局部放电带电检测定位技术

当检测到GIS内部存在局部放电信号后，需要对局部放电源进行定位，为判断缺陷严重程度提供指导，以做出准确的检修决策。GIS内部局部放电源定位根据检测方法，主要分为幅值定位和时差定位。

1.1 幅值定位技术

采用单传感器测量GIS多个测点的超声波信号或特高频信号，根据幅值分布情况，可以大致将局部放电源定位于放电幅值最大的测点附近。幅值定位主要包括特高频幅值定位法、超声波幅值定位法。超声波幅值定位精度比特高频法的精度高，特高频电磁波在GIS中传播时衰减较小，在较大范围内检测到的特高频信号幅值无明显变化，而超声波在GIS中传播时衰减很大，信号幅值随放电源距离迅速减小。

1.2 时差定位技术

时差定位法是根据不同信号在介质中传播的时延规律来进行定位的。根据基准信号的不同，时差定位法又可以分为电电联合定位法(基于特高频时域信号)、声声联合定位法(基于超声波时域信号)及声电联合定位法(基于特高频和超声波时域信号)，现场实际应用中根据能否检测到声或电信号使用一种或多种定位方式。

2 检测应用实例分析

在对某330 kV GIS型号为ZF8-363的进行带电局部放电检测时，应用超声波局部放电检测仪在母线C相314322H368盆子附近气室检测到异常超声波信号，如图1所示，借助检测仪器耳机能听到异常“嘶嘶”声。

图1 现场测试测点布置

2.1 缺陷类型分析

检测到的超声波信号图谱如图2所示。根据图2(a)连续图谱和图2(b)相位图谱可以看出，50Hz相关性明显，超声波信号在一个工频周期内只有1个聚集，具有尖端放电特征，可以初步判断该缺陷由内部尖端放电引起。

应用特高频局部放电带电检测，测试到的特高频信号检测信号如图3所示，背景干扰及正常相未检测到异常信号。根据图3中PRPS和PRPD图谱，一个工频周期内只有1簇放电信号，具有尖端放电特征，因此可以判断该缺陷由内部尖端放电引起，与超声波局部放电检测所判断的缺陷类型一致。

图2 超声波局部放电检测图谱

图3 特高频PRPD和PRPS图谱

2.2 放电源定位

2.2.1 超声波幅值定位

对分支母线有异常信号气室及相邻气室进行多点反复测试，检测位置示意如图1所示，检测结果如表1、图4所示。将超声波检测仪器从100 kHz调整到50 kHz，检测数据无明显变化。

表1 超声法连续模式检测数据mV

根据表1结果绘制的超声峰值分布图如图4所示。

图4 超声峰值分布图

综合分析超声波幅值定位数据，超声波信号最大点位于测点1，且在测点1—5均能检测到明显的异常信号，改变测试频率后，测试数据无明显变化，说明放电源位于测点1对应的中心导体上。

2.2.2 声电联合定位

采用1个特高频传感器和2个超声传感器(特高频传感器放置在图1中1号盆子浇注开口处，2个超声传感器分别放置在图1中测点1和测点4)进行声电联合定位，借助示波器检测到的时域信号波形如图5所示(其中，通道1-测点1超声信号，通道2-特高频信号，通道3-测点4超声信号)。

图5 展开后的时域波形

从图5可以看出，通道1的超声信号上升沿比较陡，与特高频信号时延差Δt约为1 200 μs，其接收到的超声信号应为从放电源直接通过SF6介质传播过来的，超声波在SF6介质中传播速度C约为140 m/s，考虑到特高频信号传播速度很快(光速)，可认为Δt等于放电源到1号测点超声传感器的超声波传播时间，两者相距约为L＝Δt×C＝16.8 cm。

2.2.3 声声联合定位

采用2个超声传感器(2个超声传感器放置在超声信号最大的1号测点径向对称两侧)进行声声联合定位，定位结果如图6所示(其中，通道1对应1号传感器，通道3对应2号传感器)。

图6 声-声定位时域波形图

从图6可以看出，2路超声信号几乎同时到达，说明放电源位于两个传感器中垂面上。

2.2.4 定位结果分析

现场通过测量分支母线周长约为126 cm，半径即为20 cm，又分支母线载流导体半径为5 cm，则导体外表面到GIS外壳内表面距离为15 cm。根据表1测量结果，超声信号在较大范围内均能检测到；结合声-电和声-声定位结果，放电源位于测点1对应位置的GIS导体处，现场测量到测点1距1号绝缘盆子约为16 cm，如图7所示。

图7 放电源位置现场测量图

综合分析根据定位结果，可以初步判断缺陷可能在分支母线C相内部对应的中心导体或屏蔽罩处。

2.3 缺陷原因分析

母线内部结构示意图如图8所示。根据图8，缺陷可能在图中红色框标记的屏蔽罩或中心导体上。可以判断该分支母线内部存在尖端放电的原因为屏蔽罩或中心导体上有毛刺，造成局部电场畸变，在电压作用下导致局部放电。

图8 分支母线内部结构示意图

2.4 解体验证情况

对局部放电带电检测存在异常信号的母线C相气室进行解体检查。在气室下部发现一黑色异物，异物位置与局部放电带电检测定位结果轴向位置一致(与盆式绝缘子中心距160 mm)，位置示意图如图9所示，异物大小约2 mm×3 mm。异物来源为设备安装时工艺控制不良造成异物吸附在盆式绝缘子与屏蔽罩连接处。现场对缺陷气室进行了清洁处理，对盆式绝缘子开展了局部放电试验和X射线探伤检测，经检测两项试验结果均合格，表明异常局放信号来自于GIS解体过程中所发现的疑似放电源，而与盆式绝缘子无关。分支母线复电后带电检测结果正常，未发现局部放电信号。

图9 位置示意图

3 结论及建议

本次缺陷的原因为设备安装时工艺控制不良造成异物吸附在盆式绝缘子与屏蔽罩连接处，造成局部电场畸变，引起尖端放电。

本次带电检测结果及解体情况说明，通过局部放电带电检测能够有效发现GIS设备内部此类微小的局部突起产生的异常放电信号。

GIS设备安装过程中应严格控制安装工艺，防止粉尘及异物侵入GIS本体内部。

〔1〕朱毅，吴建军，刘旭，等.GIS设备超声波局部放电带电测试方法及故障分析〔J〕.东北电力技术，2015，36(1):33-36.〔2〕王璐，王鹏.电气设备在线监测与状态检修技术〔J〕.现代电力，2002，19(5):40-45.

〔3〕G.C.Stone，V.Warren.Effect of manufacturer，winding age and insulation type on stator winding partial discharge levels.IEEE Electrical Insulation Magazine〔J〕.2004，20(5):13-17.

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〔5〕张仁豫，陈昌渔，王昌长.高电压试验技术〔M〕.北京:清华大学出版社，2009.

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〔7〕刘卫东，金立军，黄家旗，等.日本SF6电器局部放电监测技术研究近况〔J〕.高电压技术，2001，27(2):76-77.

〔8〕黎大健，梁基重，步科伟，等.GIS中典型缺陷局部放电的超声波检测〔J〕.高压电器，2009，45(1):72-75.

Application of multi-means location technology on GIS partial discharge on-line detection

DUAN Xiaoli1，LYU Yuhong2，YE Huisheng1，XIE Yaoheng1，WU Shuifeng1
(1.State Grid Hunan Electric Power Corporation Research Institute，Changsha 410007，China；2.State Grid Hunan Electric Power Corporation，Changsha 410007，China)

The paper introduces common techniques of gas insulated switchgear(GIS)partial discharge on-line detection.A typical case of 330 kV GIS inner point discharge indicates that combined application of multi-means location technology can improve the accuracy and precision of point discharge source locating.

partial discharge(PD)；on-line detection；acoustic emission(AE)；ultra high frequency(UHF)；location

TM855.1

B

1008-0198(2016)02-0043-03

10.3969/j.issn.1008-0198.2016.02.010

2016-02-25