500kVGIL特高频局部放电检测技术

王贺+牛晨光+程超

摘 要：500kV气体绝缘管道母线（以下简称“GIL”）运行过程中会因设备绝缘缺陷，引起电火花及电晕放电现象，导致运行中的GIL发生故障，通过特高频局部放电检测技术分析，总结特高频局部放电典型缺陷图谱特征，为特高频局部放电检测技术在后续500kV GIL现场检修工作提供有效的技术支持。

关键词：GIL；特高频；局部放电；检测技术

中图分类号：TM855 文献标识码：A

1.概述

500kV气体绝缘管道母线，简称“GIL”，在运行中会有超过一定长度的自由金属体或悬浮电位体放电、母线内设备绝缘缺陷也会引起电火花及电晕放电，这些问题都会使运行中的GIL发生故障。且故障发生前，都会出现局部放电（PD：partial discharge）现象，在某些情况下，局部放电现象能够存在数月甚至更长时间，每次局部放电都会对设备绝缘产生一定程度的损坏，而且这种损坏会逐渐积累，当其累计损坏量足够大时，就会击穿绝缘介质进而造成短路，使GIL设备彻底损坏。

局部放电是一种脉冲放电，是没有贯穿施加电压导体之间的部分区域放电，它会在电力设备内部和周围空间产生一系列的光、声、热、电气和机械的振动等物理现象和化学变化。研究表明，绝缘介质在发生击穿前都会产生局部放电，因此局部放电是设备绝缘缺陷的重要征兆和表现形式。特高频局部放电检测是通过特高频传感器对电力设备中局部放电时产生的特高频电磁（300MHz≤f≤3GHz）信号进行检测，获得局部放电相关信息，实现局部放电检测；由于现场电晕干扰主要集中在300MHz频段以下，因此特高频法能有效地避开现场电晕等干扰信号，具有较高的灵敏度、抗干扰能力强、实现局部放电在线定位、检测频段高等优点，采用特高频局部放电测量方法能够检测到GIL设备内部局部放电现象，并可通过分析波形确定缺陷种类，并对故障点进行定位，快速查找故障点，消除GIL隐患。

2.检测原理与检测方法

2.1 GIL局部放电检测检测原理

GIL内每一次局部放电发生时都会有正负电荷的中和，同时伴随一个持续时间极短的电流脉冲，波头时间一般不超过几个ns，同时由于GIL内SF6气体绝缘强度和击穿场强都很高，当在很小范围发生局部放电时，可以激发出高达300MHz～3GHz的电磁波信号，可沿由导体和外壳组成的同轴结构在GIL内传播，并可通过盆式绝缘子等非金属部件泄露至GIL外部空间。

特高频（Ultra High Frequency，UHF）法通过装设在GIL内部或外部的UHF传感器检测GIL内部局部放电激发的特高频电磁波，随后再使用测量仪器和计算机对信号进行分析。其基本检测原理如图1所示。

2.2 检测方法

特高频局部检测仪由特高频传感器、信号放大器（可选）、滤波器（可选）、检测仪主机、分析主机（笔记本电脑）组成。

2.2.1 检测条件

①被检设备是带电运行设备，绝缘盆子为非金属封闭或内置有UHF传感器。

②GIL设备为额定气体压力，在GIL设备上无其他外部作业。

③检测时应最大限度地保证测试周围信号干净，尽量减少人为制造的干扰信号，例如：手机信号、照明灯信号、照相机闪光灯信号等。

④传感器接口应与试验仪器接口紧密接触，防止因接触不良引起外部干扰。

2.2.2 操作流程

①设备连接

按照设备接线图连接测试仪各部件，将传感器固定在盆式绝缘子上，将检测仪主机及传感器正确接地，电脑、检测仪主机连接电源，开机。

②工况检查

开机后，运行检测软件，检查主机与电脑通信状况、同步状态、相位偏移等参数；进行系统自检，确认各检测通道工作正常。

③设置检测参数

设置变电站名称、检测位置并做好标注。根据现场噪声水平设定各通道信号检测阈值。

④信号检测

打开、连接传感器的检测通道，观察检测到的信号。若发现信号无异常，保存少量数据，退出并改变检测位置继续下一个检测点；若发现信号异常，则延长检测时间并记录多组数据，进入异常诊断流程，必要的情况下，可接入示波器检测原始波形。

3.試验数据初步分析

3.1 典型缺陷图谱分析

GIL特高频局放测量结束后，需对得到的PRPS图谱、PRPD图谱和峰值检测图谱进行分析判断。若存在放电现象、需进一步分析是否为GIL内部放电以及为何种放电现象。目前国内外常用的分析方法为对比分析法，即对比历史中已出现过放电现象对应的典型缺陷图谱，通过寻找相似性进行判断。

3.2 外部干扰典型图谱

当所得图谱存在放电现象时，首先需要判断该放电现象是否为外部干扰所致。现场最常见的干扰信号为荧光干扰、移动电话干扰、马达干扰以及雷达干扰。最常见的4种干扰信号图谱特征如下：

（1）荧光干扰信号幅值较为分散，一般情况下工频相关性弱。

（2）移动电话干扰信号工频相关性弱，有特定重复频率，幅值变化规律。

（3）马达干扰信号无工频相关性，幅值分布较分散，重复率低。

④雷达干扰信号有规律重复产生但无工频相关性，幅值变化有规律。

3.3 GIL内部放电典型图谱

GIL内部放电主要有4类：电晕放电、空穴放电、自由金属颗粒放电和悬浮电位放电，其对应的典型图谱如下：

（1）电晕放电典型图谱

电晕放电信号的极性效应非常明显，通常在工频相位的负半周或正半周出现，放电信号强度较弱且相位分布较宽，放电次数较多。在较高电压等级下另一个半周也会出现放电信号，幅值更高且相位分布较窄，放电次数较少。典型图谱如图1所示。

（2）空穴放电典型图谱

空穴放电信号通常在工频相位的正、负半周均会出现，且具有一定的对称性，放电幅值较分散，且放电次数较少。典型图谱如图2所示。

（3）自由金属颗粒放电典型图谱

自由金属颗粒放电信号极性效应不明显，任意相位上均有分布，放电次数少，放电幅值无明显规律，放电信号时间间隔不稳定。提高电压等级放电幅值增大但放电间隔降低。典型图谱如图3所示。

（4）悬浮电位放电典型图谱

悬浮电位放电信号通常在工频相位的正、负半周均会出现，且具有一定对称性，放电信号幅值很大且相邻放电信号时间间隔基本一致，放电次数少，放电重复率低，PRPS图谱具有“内八字”或“外八字”分布特征。典型图谱如图4所示。

3.4 异常信号诊断注意事项

GIL局部放电检测时，可利用下述原则进行异常情况的判断：

3.4.1 当在空气中也能检测到异常信号时，首先要观察分析环境中可能存在的干扰源，应先去除干扰后再进行检测、分析。

3.4.2 当传感器放置于盆式绝缘子后检测出异常信号，应拿开传感器再查看在空气中检测到的图谱是否与之一致。若一致，则基本可以断定为外部干扰，否则需进一步检测判断。

3.4.3 当某间隔检测出异常信号时，应进一步检测相邻间隔是否也存在类似异常信号。若无，则所测间隔的异常信号可能为内部信号。

3.4.4 检测出异常信号时，利用人工智能分析软件判断是否为放电，并查看检测出的三维图谱与典型缺陷图谱是否相似。

3.4.5 检测出异常信号时，必要时应用工具把传感器放置于盆式绝缘子处进行长时间检测（至少15分钟），并通过分析峰值监测图谱、放电重复率图谱等局放图谱进行判断。

结语

本文总结了特高频检测技术应用于GIL局部放電检测时常见的4种典型缺陷图谱，局部放电类型识别的准确程度取决于经验和数据的不断积累，检测结果和检修结果确定以后，应保留波形和谱图数据，作为今后局部放电类型识别的依据，对未来GIL局部放电检测技术的发展具有重要意义。

参考文献

[1]李德军. GIS局部放电常规检测和超声波检测方法[J].高压电气，2009（6）：99-103.

[2]刘汝峰.特高频局部放电检测的优点分析[J].科技前沿，2015（10）：187.

[3] Q/GDW 11059.2-2013.气体绝缘金属封闭开关设备局部放电带电测试技术现场应用导则[S].