GIS特高频局部放电检测定位方法

冯新岩，孟庆承，李凯，王凤超

（国网山东省电力公司检修公司，济南250118）

·班组创新·

GIS特高频局部放电检测定位方法

冯新岩，孟庆承，李凯，王凤超

（国网山东省电力公司检修公司，济南250118）

放电源定位是GIS局部放电检测过程中非常重要的一个步骤。通过定位信号源，可以准确判断信号是否来自GIS内部，并进一步确认故障元件位置，提高检修工作效率。介绍特高频法局部放电检测的几种定位方法，以及这几种方法的适用场合。现场检测表明，熟练掌握定位方法是现场有效开展特高频局部放电检测的关键环节。

特高频；局部放电；时差定位法；GIS

0 引言

特高频法局部放电检测技术已在GIS现场安全维护中广泛应用，为设备检修维护方案提供有效的支持手段［1-2］。与其他局部放电检测手段相比，特高频法具有灵敏度高、定位便捷的优点。放电源的精确定位，能够极大地方便查找缺陷元件及诊断放电类型，提高检修工作效率［3］。另外，现场检测中遇到的许多干扰，也需要通过定位才能排除。因此，放电源定位是特高频局部放电检测过程中的一个关键步骤。

特高频法的放电源定位分为幅值比较定位法及时差定位法两类［4-5］。前者使用仪器观察信号幅值变化，对放电源位置进行粗略定位；后者采用多个传感器采集信号，经过相同规格和长度的线缆分别接入高速示波器，通过比较信号起始点时间先后及时间差判断信号来源，并且能够精确计算位置。根据被定位信号源位置的不同，时差定位法又可进一步分为平分面法和时差法［6］。

1 幅值比较定位法

幅值比较法的基本思路是距离放电源最近的传感器检测到的信号最强［7-8］。当在多个点同时检测到放电信号时，信号强度最大的测试点可判断为最接近放电源的信号点。幅值比较法原理简单，适用于检测人员对放电源初步定位，但其准确性也容易受到其他因素的影响，如当放电信号很强时，在较小的距离范围内难以观察到明显的信号强度变化，使幅值比较精确定位面临困难。

另外，当GIS设备外部存在干扰源时，也会在不同位置产生强度类似的信号，难以有效定位。在发现有放电特征的信号后，应将传感器朝向外侧，对比两个信号特征及幅值，若空气中同样存在相位及变化规律相似的信号，且外部信号幅值大于内部信号，则初步识别信号来自外部。

2 时差定位法

时差定位法的基本思路是距离放电源最近的传感器检测到的时域信号最超前。定位步骤主要包括定位信号源是否来自GIS内部、时差计算法定位内部放电位置以及平分面法对空气中信号定位。

2.1 信号源是否来自GIS内部

通常采用两个传感器，首先将传感器A放置于

盆式绝缘子处，然后将传感器B接收面朝向外侧，以传感器A为中心，沿盆式绝缘子圆周方向不断移动，如图1所示。若传感器A的信号始终领先传感器B的信号，则可判断信号来自设备内部；反之，则信号来自外部，可进一步移动传感器B，根据时差变化情况，大致判断外部信号位置。

图1 信号源判断

2.2 内部放电位置定位

当确定异常信号为GIS内部放电产生时，可采用时差计算法定位内部放电位置，时差计算法原理如图2所示。在确定信号源位于位置A附近后，可在邻近两侧位置B1和B2分别放置传感器，测量两传感器之间轴向距离L，并通过示波器读取两传感器接收信号时差Δt，设内部放电放电源距较近的传感器距离为x，可按公式（1）计算局部放电放电源的具体位置。

式中：c为电磁波等效传播速度，取3×108m／s。

图2 时差定位法原理

2014年3月，对某500 kV变电站GIS进行带电检测时，发现4号主变压器220 kV侧204-3 C相开关气室存在明显的异常放电信号，采用特高频时差定位法，放电源定位于204-3 C相开关触头位置，如图3所示，放电类型为悬浮放电。解体检查后，发现204-3 C相开关气室内开关操作拨叉与动触头连接处等电位弹簧未安装，拨叉上有明显烧伤痕迹，传动的绝缘子上布满放电粉尘，如图4所示。随后对有烧蚀的拨叉进行了更换，对绝缘子及整个气室进行了清理后，恢复后复测异常信号消失。

图3 204-3开关定位示意

图4 GIS内部放电情况

2.3 外部放电源定位

当定位信号源位于GIS外部时，为找到并消除干扰信号，或为进一步判断信号是否为附近其他设备异常放电引起，可采用平分面法进行精确定位，如图5所示。

左右方向移动两个传感器，直至示波器两个通道信号重叠，确定放电源位于两传感器连线的垂直平分面P1上；前后移动两个传感器，直至示波器两个通道信号重叠，确定放电源位于两传感器连线的垂直平分面P2上，即P1、P2相交的垂直平分线M上；沿线M上下方向移动两个传感器，直至示波器两个通道信号重叠，则放电源位于两传感器连线的垂直平分面P3上，最终确定放电源位于P1、P2和P3的交点上。

图5 平分面定位示意

若受检测条件限制无法进行上下方向定位，可采用三角形法进行定位，如图6所示。确定放电源所在的垂直平分线M后，将传感器1置于地面与此线的交点上，传感器2置于附近地面，放电源、传感器1、传感器2形成一个直角三角形。设放电源到达传感器1的距离为X，到达传感器2的距离为Y，测量两个传感器的距离L，通过示波器读取时差Δt，则

2015年6月，在对某变电站220 kV GIS带电检测过程中，发现某间隔附近存在幅值很大的特高频信号，信号波形呈悬浮放电特征，采用平分面法定位，确定放电源位于A相出线套管所在的垂直平分线上。采用三角形法计算高度，判断缺陷位于A相出线套管内部上端。返厂解体检查，发现导电杆法兰与套管法兰连接面涂胶过量，接触不良，螺栓孔处产生悬浮放电，如图7所示。

图7 存在异常放电的套管

由此可见，确定为GIS外部的特高频信号，也应进行定位，以便查找是否为其他套管或其他设备放电引起。

3 减小定位误差法

为减少测量设备硬件采样率低造成信号初始峰衰减畸变，导致初始峰辨别误差增大，应使用带宽不低于1 GHz，采样率不低于4 GHz的高速示波器。

对同一信号，应进行多次测量，取多次读取的时间差平均值。

检测时应保持传感器与盆式绝缘子紧密接触且保持稳定，避免传感器摩擦引起干扰信号；传感器应放置于两根禁锢盆式绝缘子螺栓的中间，以减少螺栓对内部电磁波的屏蔽。

特高频传感器及同轴电缆规格参数应相同，以减小延时误差；在精确定位时，传感器应保持方向一致，避免示波器波形反向，造成误差。

另外，当存在多个放电源时，不能只对幅值大的信号定位，应逐个进行，避免遗漏内部较小放电信号。

4 结语

特高频法局部放电检测可采用幅值法进行简单初步定位，利用时差法进行精确定位。当幅值法与时差法定位结果不一致时，应以时差法定位结果为准。

时差定位法虽然操作复杂，对人员要求高，但可以准确判断信号源位置，从而根据位置判断是否干扰以及可能的缺陷类型，相对检波波形分析法而言判断更准确。

除本文提到的几种方法外，特高频局部放电检测定位方法还包括声电联合定位法，其定位精度更高，但必须能够同时检测到同一信号源的超声波信号和特高频信号，实际应用中存在较大的局限性。

［1］姚勇，岳彦峰，黄兴泉.GIS超高频/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.

［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］刘君华，姚明，王江，等.基于GIS中电磁波传播路径特性的局放源定位方法［J］.电力系统自动化，2008，32（21）：77-81.

［4］司文荣，李军浩，袁鹏，等.气体绝缘组合电器多局部放电源的检测与识别［J］.中国电机工程学报，2009，29（16）：119-126.

［5］钱勇，黄成军，江秀臣，等.GIS中局部放电在线监测现状及发展［J］.高压电器，2004，40（6）：453-456.

［6］SI Y，JIA X，GUO Z，et al.Research on Gas Insulated Switchgear Internal Fault Diagnostic Methods［C］//International Conference on Advances in Mechanical Engineering and Industrial Informatics.Atlantis Press，2015.

［7］金立军，张明锐，刘卫东.GIS局部放电故障诊断试验研究［J］.电工技术学报，2005，20（11）：88-92.

［8］律方成，金虎，王子建，等.基于组合核多特征融合的GIS局部放电检测与识别［J］.电工技术学报，2014，29（10）：334-340.

Discussion on Fault Location in the Partial Discharge Detection of GIS with the UHF Method

FENG Xinyan，MENG Qingchen，LI Kai，WANG Fengchao
（State Grid Shandong Electric Power Maintenance Company，Jinan 250118，China）

Recognition and location of the partial discharge（PD）source is the key point of the PD detection of GIS.By locating the PD source，it can be diagnosed accurately that whether the PD signal come from inside of GIS and the location of the fault elements. Several location methods using ultra high frequency（UHF）and their applications are introduced in the paper.Field test experience shows that proficiency in location method of the key link of the partial discharge detection of GIS with the UHF method.

UHF；partial discharge；time different location；GIS

TM835

B

1007－9904（2016）10－0072－03

2016-04-29

冯新岩（1980），男，工程师，从事电气试验工作。