基于声电联合法的GIS局部放电检测分析

赵廷志，陈仁刚，冯新岩，王凤超

（国网山东省电力公司检修公司，济南250021）

基于声电联合法的GIS局部放电检测分析

赵廷志，陈仁刚，冯新岩，王凤超

（国网山东省电力公司检修公司，济南250021）

声电联合检测法是GIS局部放电检测的重要手段。采用特高频法、超声波法以及声电联合定位法准确判断一起隔离开关悬浮放电的故障，解体检查后验证了检测结果。给出了声电联合定位的基本方法，能够有效地定位放电源。同时，发现隔离开关绝缘拉杆结构件加工尺寸误差过大、接触不良都会造成悬浮放电。

声电联合法；悬浮放电；接触不良

0 引言

气体绝缘金属封闭开关设备（gas insulated switchgear，GIS）由于占地面积少、受外界环境影响小、运行安全可靠等优点，一直广泛应用于高压输变电领域［1］。GIS内部元件的精准制造与标准装配是GIS安全稳定运行的前提。加工工艺、装配技术以及安装环境不满足要求时，会在GIS内部留下隐患，如金属微粒、尖端和绝缘气隙等。部分微小缺陷放电能量较小、比较隐蔽，在GIS耐压试验过程中不足以直接引起绝缘击穿，不易检测和发现；但随着GIS的长期运行，这些微小的缺陷会逐渐发展，放电通道变长、放电能量剧增，导致GIS绝缘下降，并最终造成GIS绝缘击穿［2-4］。对正常运行中的GIS开展局部放电监测是发现GIS绝缘隐患、保障电力系统稳定运行的重要手段。

超声波局放检测法是目前GIS局部放电检测应用最成熟的声学检测法。超声波检测法接收局放源发出的超声波信号，受外界噪声的影响小，抗干扰能力强。超声波检测法可以对放电源进行精确定位，但由于超声波信号在固体盆式绝缘子内部传播时衰减较大，超声波检测法对于绝缘子内部以及表面放电灵敏度不够。脉冲电流法和特高频测试法是局部放电的电气检测法［6］。脉冲电流法是目前国际上唯一有标准的局部放电检测方法，但脉冲电流法并不适于GIS的现场局放检测［5］。特高频检测法通过检测局部放电过程中所产生的电磁波信号（300～3 000 MHz），实现局部放电的检测和定位，具有很强的抗干扰性能［7-8］。特高频法是接收局放源的电磁信号，因此对于GIS罐体中的自由金属颗粒缺陷不灵敏。

GIS局部放电的声电联合测试法是特高频测试法与超声波测试法的结合。在特高频法、超声波普测过程中，如若发现异常信号，两种方法可互相验证且通过声电联合实现精确定位。在放电源定位后，对相应GIS气室SF6气体组成进行检测分析，是对GIS局部放电源的辅助诊断验证方法。上述3种方式相结

合的检测模式是一种非常有效的GIS局放检测模式。

1 现场设备异常状况

试验人员在某500 kV变电站带电检测过程中发现某220 kV出线隔离开关A相气室超声波检测信号异常。使用AIA超声波局放检测仪测量，A相气室某点的连续检测模式下，信号峰值为304 mV，信号的频率成分相关性中100 Hz频率成分明显大于50 Hz频率成分。该隔离开关B相以及C相超声波信号无异常，信号峰值为0.6 mV，频率成分相关性为0，近似背景噪声信号。

2 现场检测与分析

2.1 现场检测

特高频局部放电检测。为了进一步确认A相隔离开关的异常放电信号，采用特高频T90局放检测仪在A相隔离开关气室的两端盆式绝缘子上测量。在PRPD图谱中放电信号在正负半周均出现，呈现出比较明显的对称两簇信号；在PRPS图谱中，信号峰值最大可达到61 dB，远远超过该处的背景值，且信号脉冲出现的较少。

SF6气体组分检测。采用SF6气体组分测试仪对隔离开关气室气体进行分析，检测结果为A相隔离开关气室气体中SO2体积分数为0.2 μL／L、H2S体积分数为0.3 μL／L。又分别测量了A相隔离开关相邻气室以及B相、C相隔离开关气室的气体组分，SO2和H2S气体体积分数均为0。

对检查结果进行分析，发现超声波信号图谱中，信号峰值远远超过背景值，100 Hz成分相关性较强；特高频图谱中信号峰值大，放电信号在正负半周均出现，呈现出比较明显的对称两簇信号，放电信号脉冲少。结合两种检测方式可知：该处异常信号具有典型的悬浮放电特征，且放电信号幅值较高、危害较大。SF6气体组分检测，气室中含有微量的SO2、H2S，根据研究，这两种气体是气体间隙放电的特征气体。

2.2声电联合定位

声电联合定位法需要1路特高频信号和2路超声波信号。以特高频信号出现的时刻为起始点，沿GIS罐体轴向方向移动两个超声波传感器，当两个超声波传感器的信号与特高频信号之间的时间差相同时，则局放点在两个超声波传感器的垂直平分面上。如图1所示，A、B两点为超声波传感器的位置，A、B两点连线的垂直平分面与GIS罐体的截面为S1，局放源在面S1上。沿着截面S1的边线放置两个超声波传感器，寻找到C、D两点使得两个超声信号与特高频信号时间差相等，则放电点位于C、D连线的中垂线E、F上。在E、F两点放置超声波传感器再次测量即可精确定位放电源的位置。

图1定位原理

图2为A相隔离开关局放点定位测试布置图。定位时将特高频传感器放置在特高频信号幅值较高的气室一端盆式绝缘子上，将两个超声波传感器放置在隔离开关上下两端。

图2 A相隔离开关局放定位布置

经过反复移动超声波传感器，寻找两路超声信号与特高频信号时间差相等的位置。首先沿隔离开关导体筒方向移动2个超声波传感器，发现2个超声波传感器位于隔离开关操作杆筒体两侧时，两路超声信号重合，由此确定局放源所在的平面S1为2个超声传感器所在位置中垂面与GIS罐体的截面。截面S1主要位于A相隔离开关操作机构筒上面。在S1边线上继续移动超声传感器，进而得到E、F两点时的波形如图3所示。图中黄色信号为超声传感器1所测得的信号，紫色信号为超声传感器2的信号。

超声传感器1信号与特高频信号存在约100 μs的时间差，超声传感器2信号与特高频信号存在约200 μs的时间差。根据定位原理，超声传感器1即为E点，且此时传感器1贴近A相隔离开关顶部。根据SF6中超声波信号传播速度约140 m／s，放电源与超声传感器1之间的距离约为14 mm。2个超声信号之间时间差近80 μs，则局放源超声信号传递到2个超声传感器的路程差约为12 mm，考虑到机构筒的实际尺寸，局放源应位于隔离开关气室上部隔离开关传动机构附近。

图3 声电联合检测波形

2.3 解体检查

停电后，检修人员对A相隔离开关气室进行解体，解体后发现隔离开关传动杆凹槽中有大量粉末，如图4中红色框所示。在长期运行或者操作隔离开关过程中金属粉末有可能散落到隔离开关部件表面或壳体底部，极易造成导电杆对GIS外壳闪络击穿等绝缘故障。

图4 解体后的A相隔离开关气室

3 故障原因分析

隔离开关绝缘操作杆处的装配结构如图5所示。从图中可以看出，绝缘拉杆通过前端铝合金接头卡槽与齿轮轴顶端扁口位置装配到一起，通过齿轮轴带动绝缘拉杆转动进行分合闸操作。绝缘拉杆铝合金接头外围安装四氟乙烯垫片、衬套。

图5 绝缘拉杆与齿轮轴连接

根据隔离开关厂家设计图纸上的公差要求可知，绝缘拉杆接头卡槽处尺寸最大为12.15 mm。现场拆解的绝缘拉杆，经过测量接头卡槽处尺寸为12.36 mm，超出图纸要求0.21 mm，加工误差过大。该接头与齿轮轴装配后的实际效果如图6所示。

图6 绝缘拉杆卡槽处实际装配

因为接头卡槽加工过大，使齿轮轴与接头之间最大可能产生0.41 mm的气体间隙，铝合金接头与齿轮轴之间可能出现接触不良的情况；设备运行时卡槽存在悬浮电位，在两个元件之间发生局部放电，长时间局部放电会产生金属粉末。

此次A相隔离开关局部放电产生的原因为：在加工隔离开关操作杆时，未达到设计图纸要求、误差过大，装配后使接头与齿轮轴两个元件之间存在气体间隙、接触不良，导致悬浮电位。

4 结语

结合特高频局放检测技术、超声波局放检测技术以及声电联合定位等技术准确地诊断出一起隔离开关气室悬浮放电的故障，并将放电源定位到隔离

开关气室上部隔离开关传动机构附近；解体隔离开关气室后发现的放电痕迹进一步验证了本次局放检测的准确性。

由于绝缘拉杆结构件加工尺寸误差过大，造成绝缘拉杆处装配不合格，存在放电隐患。已要求厂家加强GIS元件加工过程中的管理，进一步改进该类型隔离开关绝缘栏杆处的结构设计，增加等电位连接措施。根据带电检测计划重点监测同一型号隔离开关气室，并且缩短该型号隔离开关的带电检测周期。

采用的特高频法、超声波法以及声电联合检测法是GIS局放检测的有效手段；发现异常信号后，结合多种检测技术，综合分析判断。本次通过局部放电检测工作成功避免了一起GIS内部潜在绝缘故障，保证了电网设备的安全运行。

［1］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．

［2］邱毓昌．GIS装置及其绝缘技术［M］．北京：水利电力出版社，1994：34-89．

［3］刘卫东，黄瑜珑，王剑锋，等．GIS局部放电特高频在线检测和定位［J］．高压电器，1999，35（1）：11-15．

［4］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．

［5］赵晓辉，杨景刚，路秀丽，等．油中局部放电检测脉冲电流法与超高频法比较［J］．高电压技术，2008，34（7）：1 401-1 404．

［6］杨春娟，李兴旺，吕鸿．一起局部放电特高频在线监测系统发现的GIS缺陷分析［J］．广东电力，2013，26（4）：47-50．

［7］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．

［8］齐波，李成榕，骆立实，等．GIS中局部放电与气体分解产物关系的试验［J］.高电压技术，2010，36（4）：957-963．

Detection Analysis of GIS Partial Discharge Based on Acoustic-electric Method

ZHAO Tingzhi，CHEN Rengang，FENG Xinyan，WANG Fengchao
（State Grid Shandong Electric Power Maintenance Company，Jinan 250021，China）

The acoustic-electric method is widely used in partial discharge（PD）detection of the gas insulation switchgear.A suspended discharge fault of the isolating switch was successfully diagnosed by using the ultrasonic method，UHF method and acoustic-electric method，and it was verified sufficiently by strip inspection.The discharge source location based on acousticelectric method which the partial discharge location could be located effectively was described.Simultaneously，it was found that both the large error of size of insulated tension pole of the isolating switch and poor contact can cause suspended discharge.

acoustic-electric method；suspended discharge；poor contact

TM595

A

1007－9904（2016）09－0035－04

2016-04-21

赵廷志（1989），男，工程师，从事电网设备状态检测工作。