超声波与特高频方法下的GIS局部放电检测技术分析

徐飞+黄锋+张剑彪

摘要：文章对超声波与特高频联合诊断GIS缺陷的检测方面进行分析，通过在现场对该种方式的应用发现，有一定的放电缺陷存在于GIS的局部中，在时差法的采用下对放电源的具体位置进行了定位，最终消除了缺陷，杜绝了安全事故的发生。

关键词：超声波；特高频；GIS；局部放电检测技术；缺陷检测 文献标识码：A

中图分类号：TM855 文章编号：1009-2374（2016）34-0040-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.34.020

1 研究背景

在电力系统整个的运行稳定性中，GIS这一设备都发挥着不可或缺的重要作用，一旦有故障发生，极有可能引起大面积的停电事故。由于受到GIS设备自身特殊性的影响，其在停电检修的操作中需要有大量的人力物力投入，此外所耗费的维修时间也相对较长，因而所造成的经济损失较大。对于GIS这一设备而言，无论是在安装、制造，还是在运行和运输环节，均可能有一定的安全隐患产生，最终形成绝缘缺陷。笔者所掌握的缺陷主要有尖端放电、固体绝缘件的内部放电、自由微粒以及悬浮放电等。文章主要是以A市的某一个220kV的变电站为案例进行分析，将对超声波、特高频、GIS局部的放电缺陷以及定位和诊断的方式方法进行分析，并将相关的解决措施阐述出来。

2 关于局部放电检测的方式分析

2.1 超声波法

所谓超声波局部放电的检测方法是通过对压电式传感器的利用，接收到放电时所产生的脉冲波，此方法能够在超声波定位作用下将放电位置确定出来，并且极少遭受到周围电磁的干扰，然而超声波有着复杂的信号传播途径，因而容易遭受到其他振动信号的影响。

2.2 特高频法

所谓的特高频检测法，是指在有局部放电辐射所引起的特高频电磁波的接收影响下将局部放电有效性的检测结果实现的这样一个过程，一般检测的频段为300MHz～3GHz，由于在300MHz的频段下是主要的现场电晕集中地，因而在特高频法的采用下能够将现场电源类的干扰源有效避开。在时常使用的局部带电检测设备中，如变压器、GIS以及全封闭的罐式断路器等，由于它们自身的定位精确度不足，因而必须在其他方式的结合下，共同对局部放电发生的位置进行定位，才能够满足操作的需要。

2.3 声电联合的检测方式

声电联合法能够同时对超声信息和局部放电信号中的特高频信息进行提取，在分析对比两种信号以后，能够判断出在信号中是否具备一致性，同时有助于有效地将现场干扰的情况排除掉，进而将识别缺陷类型的准确度提高。在采取声电联合定位技术的情况下，能够有效地将超声法的精确定位和特高频法的快速定位等功能结合在一起，首先通过对特高频法的利用能够将定位放电的位置初步确定出来，随后在不同位置超声波测量的进行下，能够将传播时差计算出来，并在信号传播路径的结合下，能够将局部放电的发生位置计算出来，以此来将局部放电的定位准确性提高。

3 实际检测的案例分析

笔者在对某变电站的220kV GIS例行进行带电状态的检测操作时，通过特高频和超声波联合检测的方式发现，有严重的局部放电缺陷存在于110kV的GIS516的间隔C相之中的出线气室内部，并在声电联合的定位和诊断之下，能够将位于故障点C相的套管底座下部中的支撑绝缘子确定出来，并将其同导电杆相连接，此时的放电类型便属于悬浮放电。在检查其解体后，笔者发现有松动的等电位弹簧螺栓的情况在516C相的出现气室内的支撑绝缘子的屏蔽罩以及导电杆的连接处出现了，并且有较为明显的烧伤痕迹在屏蔽罩和导电杆中出现，也有放电粉尘分布在支撑的绝缘子上。在处理好现场的故障部位以后，复测的过程中没有信号异常的情况发生，有效地将电网设备的故障事故避免了（如图1为110kV的GIS516的间隔C相传感器和出线气室布置）。

在分别使用特高频和超声波两种方法的情况下，检测了516间隔中C相的出线气室（如图2、图3所检测到的特高频信号、超声波信号）。

从图中我们能够看出，超声波有着明显的连续图谱100Hz，有2簇波峰在相位图谱的1个工频的周期中出现，有2个簇幅值的等高信号在1个特高频图谱的工频周期中出现，显然这是同悬浮电位的典型放电特征相符合的，可见有悬浮电位放电型的缺陷存在于516间隔的C相出现气室当中。为了将内部放电的位置精确查找出来，需要在高速示波器的采用下进行，在联合特高频和超声波的定位功能之后，对该放电源的具体位置进行了定位分析。正如上图中所看到的超声波和高频等两大传感器所处的位置（如图4为信号检测的结果）。

由图4可知，局部放电的信号在超声和特高频中均被检测到了，并且它们能够相互对应，这便说明两种方式所检测到的信号是相同的。并且放电现象每隔10ms会出现一次，此时脉冲幅值、特高频的信号间隔等宽之间基本是相一致的，这便意味着信号是典型悬浮的放电信号，在分析原始的时域波形后，还对其先前检测的结果进行了验证。

在声电联合的定位功能运用下，能够将放电起始点的作为特高频的信号，在超声波和特高频信号之间时延差的计算下，将放电源的位置确定出来，可见能够将相关的放电源定位在套管的附近位置确定出来。由于在516间隔的C相中出线气室没带有盆式的绝缘子，因而进一步的精确定位只有在两个超声波传感器的同时采用下进行。在多次超声移动传感器的利用之下，通过对两个超声波传感器的时延差的定位分析，发现有异常信号点的情况在超声传感器的附近区域出现，这便是支撑绝缘子的屏蔽罩同导电杆之间的连接处。

4 检测设备解体的具体情况分析

在解体检查516出现的间隔以后，笔者在超声波定位的结果进行分析以后，将516间隔的出线气室中C相的侧面盖板打开了，随后检查了GIS内发现有大量的粉尘在516C相的管侧水平导线杆以及支撑绝缘子的连接处存在，并且在拆除C相水平的导电杆后发现，屏蔽罩和水平导电杆等电位的瘫痪螺栓已经被烧蚀了。

5 缺陷的产生原因及其处理方式分析

在GIS带电检测同定位结果的参照下，将解体的实际情况结合了起来，对相关的缺陷产生原因进行了分析：支撑绝缘子的屏蔽罩和导电杆在螺栓弹簧连接的作用下对等电位进行了连接，由于516中的CISC相的水平导电杆同支撑绝缘子的屏蔽罩之间有错位发生，使得屏蔽罩和导电杆的等电位螺栓弹簧之间发生了不良接触，随后有悬浮放电的情况产生；螺栓弹簧会因为受到放电的影响而被烧蚀，此时的屏蔽罩属于完全悬浮的状态，随后有其他的悬浮放电出现在紧挨着导电杆与屏蔽罩之间的位置或附近，显然会有大量的金属粉尘在放电的过程中产生。处理方式主要是：将被损坏的螺栓更换掉，处理导电杆的表面，将由于放电原因所形成的粉尘彻底清理掉，在抽真空处理气室的氮气以后需要将合格的SF6注入其中，待静止24小时以后，需要微水处理气体以及将剩余的产物分解掉，随后再进行回路电阻的试验，耐压交流，直到试验合格后才能够允许投入使用，待使用运行后需要对该间隔再次进行GIS的超高频和超声波的局部放电检测操作，直到没有任何异常为止。

6 结语

综上所述，在联合超声波和特高频两种带电检测技术进行检测操作时，能够有效地将潜伏在GIS内部的缺陷发现，从而将诊断缺陷的效率提高，并在相关超声波和特高频的遵循下能够将缺陷定位的准确度提高，以便于为GIS的检修提供重要的参考依据。针对于故障诊断的操作，需要在停电试验、带电检测以及在线检测的充分结合下进行，必要的时候能够在解体检查的利用下对故障的位置进行参照，对故障产生的原因进行分析，尽可能地将故障没有被检查到情况避免掉。

在本质上悬浮电位的缺陷有着较小的故障发生率，但是从文章案例中所发现的缺陷来看，有较大的悬浮电位的放电强度存在，这就可能存在金属粉尘的产生将闪络击穿的情况，类似于屏蔽罩一类的金属部件就可能有接触不良的情况发生，此时金属部件就容易脱落，随后便有事故出现的风险。在GIS交接或者出厂的试验中不一定能够将设备所有隐藏的缺陷发现，在正式投入运营设备以后，可能会有较大设备状态的情况存在，因而需要在设备投入运营之后做好相关的带电检测工作。

参考文献

[1] 刘山.基于超声波、特高频方法的GIS局部放电检测技术研究[D].华北电力大学，2015.

[2] 王伟平，何炳锋.基于特高频法GIS局部放电在线检测技术的分析与应用[J].高压电器，2015，（4）.

作者简介：徐飞（1987-），男，山西五台人，国网太原供电公司助理工程师，研究方向：电气工程及其自动化。

（责任编辑：黄银芳）