基于EC4000的局部放电测量

周俊+戴湘

【摘 要】基于特高频法的EC4000局部放电检测系统，常用于GIL SF6气体绝缘金属封闭高压输电线路的局部放电测量，对预防GIL设备故障，发现潜在绝缘薄弱部位，提高运行可靠性具有重要意义。本文对EC4000进行原理介绍和结构说明，以供人员参考学习。

【关键词】EC4000；局部放电；特高频；GIL

0 引言

GIL（High-votage，gas insulated transmission lines GB标准）全称：SF6气体绝缘金属封闭高压输电线路，由壳体、导体、接触子组件、盆式绝缘子、O型环等部件组成，内充高压SF6气体做为其绝缘介质。GIL相比于架空及电缆线路，节能效果好，无电磁干扰，辐射低，不影响无线通讯，防护性能好，防火性能优良，与周围环境友好相处，在某些特定使用环境和条件下，更具有技术和经济的优越性。因而在变电站、核电站、发电厂等领域都得到了广泛的应用。

随着GIL设备在各领域的应用日渐广泛，GIL设备的运行安全问题也显得越来越重要，进行GIL局部放电监测与评估工作对于保证设备安全运行具有十分重要的意义。EC4000作为一种测量GIL局部放电的软件系统，通过局部放电测量，可及时发现GIL的问题并安排设备检修，避免出现故障，造成损失。

1 特高频法（UHF法）介绍

12GIL的绝缘强度和击穿场强都很高，当局部放电在很小范围内发生时，击穿过程很快，将产生很陡的脉冲电流，其放电脉冲上升时间和持续时间都极短仅为几个ns，其相对应的频域十分宽广，该脉冲信号在GIL内部传播时会引起电谐振，激发出频率高达300MHz ∽ 3GHz的电磁波。电磁波传播时，不仅以横向电磁波（TEM）形式传播，而且还会建立高次横向电波（TE）和横向磁波（TM）。TEM为非色散波，可以以任何频率在GIL张传播，但衰减率与频率成反比，频率越高衰减越快。TE和TM则不同，它们具有各自的截止频率fc，只有当信号频率f高于截止频率fc（f>fc）时才能传播。GIL的内部结构为同轴谐振腔，使得特高频电磁波信号在传播中衰减较小，因此可用特高频传感器对电磁波信号进行接收。GIL上有很多盆式绝缘子置于法兰之间，使得连接法兰之间有几厘米的绝缘缝隙，这让电磁波信号可通过盆式绝缘子绝缘中隙辐射散出，特高频法通过测量此高频电磁波信号（>300MHz）达到对局部放电进行检测的目的。GIL盆式绝缘子一般为环氧树脂材料，电磁波信号在其中传播时衰减很小，这也保证了高频电磁波信号的精度。由于GIL外壳具有良好屏蔽作用，外部干扰信号很难进入GIL内部，现场电晕干扰主要集中在300MHz以下频段，因此特高频法的显著优点为抗外界干扰能力强。特高频法可带电测量，不用改变GIL的运行方式，并能实现在线连续监测。缺点是无法给出局部放电的放电量大小。

2 基于EC4000的局部放电测量

2.1 GIL局部放电形式

GIL中局部放电的形式主要分为四种：

1）尖端电极（Protrusion Electrode），由于生产时的误操作导致树突状的导电粒子保留在导体和外壳内表面上形成的一种电晕放电；

2）悬浮电极（Floating Electrode），GIL的金属连接处发生了松动；

3）绝缘缺陷（Defective Insulator），绝缘件在生产或组装过程中形成的一种比较常见的放电类型；

4）自由颗粒（Free Moving Particle），大量粉尘或金属粒子被保留在气室内部形成的一种放电。

2.2 EC4000 GIL局部放电检测系统测量原理

EC4000 GIL局部放电检测系统采用的局部放电检测方法属于特高频法，其测量原理为在GIL腔体内安装特高频内置传感器，当GIL因某种缺陷发生局部放电时，产生很陡的脉冲电流，其上升时间小于1ns，并激发特高频电磁波，特高频电磁波信号经辐射、传播、反射、衰减，被特高频内置传感器检测到，经同轴电缆传输，将信号送至RTU数据处理单元，此时噪声传感器也检测环境信号，一并送至RTU，所有信号经计算后传至后台PDMS分析软件，通过诊断系统进行诊断分析，因不同类型绝缘缺陷的局部放电所产生的特高频信号具有不同频谱特征，因此可实现对局部放电类型的识别，实现绝缘缺陷类型诊断。

2.3 EC4000 GIL局部放电检测系统结构说明

EC4000 GIL局部放电检测系统主要由特高频内置式传感器、噪音传感器、同轴电缆、便携式数据采集单元、区域网络电缆、PDM软件等组成。

1）特高频内置式传感器：局部放电引起的特高频电磁波接收始端，在GIL生产制造时预先安装于GIL腔体内，灵敏度高，抗外界干扰能力强，能接收300∽2000MHz特高频频段信号，传感器的信号连接线是一个衰减较少的N型连接器，通过同轴电缆连接至便携式数据采集单元，GIL安装时，采用统一类型的传感器，以减少不同传感器造成的灵敏度差异。

2）噪音传感器：用于检测GIL外部环境干扰信号，一般安置于GIL上方，噪音传感器接收的信号通过同轴电缆接入便携式数据采集单元，参与算法处理，以分析环境因素对局部放电产生的影响，在最终诊断图谱中，以噪音干扰百分比显示。

3）同轴电缆：用于特高频内置式传感器及噪音传感器与便携式数据采集单元之间信号传输用，具有辐射损耗小，受外界干扰影响小等优点。

4）便携式数据采集单元（RTU）：通过硬件滤波电路，混频放大，高速采样及小波阈值滤波等多种抗干扰技术，提取传感器传输的有效局部放电信号，经过PRPS和PRPD算法处理后通过TCP/IP上传至PDM处理单元。

5）区域网络电缆：遵循TCP/IP协议，将便携式数据采集单元计算处理后的局部放电信号传至后台PDM软件。

6）PDM软件：EC4000 GIL局部放电检测系统的中央处理单元，由Engine和Client两部分组成，Engine主要控制数据的接入和系统的运行，Client主要用于客户端的接入及显示。

PDM软件功能包括：①用户登录；②主图功能：GIL布置图、传感器位置及报警信息；③配置功能：设备配置、通道配置、用户配置、报警配置合实时配置；④通讯功能：每个RTU的通讯状态和每个通道的通讯状态；⑤实时功能：给每个通道配备有实时显示窗口，提供二维/三维图及神经网络分析；⑥周期功能：回放已保存的周期数据，提供二维/三维展示；⑦事件功能：提供最后一次事件显示窗口，包含背景降噪、干扰屏蔽、数据保存设置等信息，分析和诊断保存的事件数据；⑧趋势功能：保存的趋势数据窗口，按设定时间（如日、月、年）保存；⑨程序库功能：典型局部放电图文说明；⑩报告功能：以小时、日、周、月等为单位出具检测报告。

3 结论

本文着重介绍了基于特高频法开发的EC4000 GIL局部放电检测系统，测量GIL局部放电对预防GIL设备故障，发现潜在绝缘薄弱部位，提高运行可靠性具有重要意义。

【参考文献】

[1]潘雄峰.基于UHF法的三相共筒式GIS局部放电检测研究[D].湖南：湖南大学，2013.

[2]刘君华，杨建平，徐敏骅.GIS局部放电在线监测系统在现场检测中的应用[C].中国电机工程学会第十二届青年学术会议论文集，2014.

[3]姚成果，周电波，陈攀，等.采用超高频法监测变电站设备局放水平及其早期预警[J].高电压技术，2011，37（7）：1670-1676.

[责任编辑：田吉捷]