GIS设备现场交流耐压试验闪络定位技术研究

董伟

摘 要：文章介绍了GIS设备现场交流耐压试验闪络时超声波定位检测技术，并以500 kV GIS交流耐压试验时的多处放電故障为定位实例，重点介绍了放电故障超声波定位的流程和分析方法，并确定故障的原因是盆式绝缘子沿面闪络。

关键词：现场交流耐压试验；超声波；闪络定位

中图分类号：TM595 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）03-0154-01

1 GIS设备现场交流耐压试验闪络定位技术介绍

GIS设备以其具有的良好的密封性能、不易受到环境影响、占地面积较小、检修和维护简单、运行费用低的特点，在各国的变电站中都有着广泛的应用。但是GIS设备在实际运行过程中容易受到因恶劣气候环境、电力系统故障、设备自身制造工艺缺陷的影响而发生沿面闪络，导致发生绝缘击穿，严重危害电力系统的运行安全。本文通过超声波技术对GIS设备的绝缘缺陷进行了检测，并且实现了对因绝缘缺陷产生的闪络和绝缘击穿故障点的精确定位。

2 超声波定位监测系统

超声波定位检测系统主要由超声波传感器阵列、信号处理模块、无线传输模块、无线接收模块和数据分析模块等几部分构成。超声波传感器的安装位置为断路器和母线，每个断路器上都会安放一个，而母线上按照每隔15m放置的标准来布置，系统总的传感器数量为16个。信号处理模块的作用是将传感器采集到的超声波信号进行滤波放大处理，并且进行A/D转换，之后通过无线传输模块将转换后的数字信号传输至无线接收模块，并应用单片机进行超声波信号的同步和传输。无线接收模块的作用是接收数字超声波信号，采用射频接收天线进行接收。数据分析模块的作用是对所有传感器上的数据进行提取、实时显示、存储和分析。超声波阵列信号的监测会和耐压试验同步开启，在耐压试验结束之后，可以回放试验数据，从而能够对试验过程中各阶段的超声波信号进行详细的分析，从而能够对GIS设备是否存在安全隐患做出准确的判断。另外，由于GIS设备不仅会在局放时会产生声波，还存在电磁振动、机械振动等发出的声波，因此需要进行排除，这些声波一般在10kHz以下，并且因为高频信号的衰减较快，检测得到的声波含低频分量较多，为了有效检测出超声波信号，本定位监测系统的频段在20～200kHz左右，本系统的灵敏度在0.01mV左右。

3 现场交流耐压试验闪络定位装置

本装置针对500kVGIS进行交流耐压试验过程时进行闪络定位，加压程序按照规程进行，具体为318kV（老练15min）-666kV（740kV×90%，1min）-349kV（测量断路器处局放），在上述过程中如果没有出现放电击穿，则表示此GIS设备成功通过了耐压试验。试验区域的电压频率为77Hz。

在进行II母B相、电压升至666kV持续5s后发生了放电击穿故障。通过超声波获得的数据如图1所示：

从图1中可以看出，监测点2处采集的超声波信号幅值最大，而监测点1、3超声波信号较小，监测点5、6、7三个监测点均检测到了超声信号，并且在监测点6、7采集到的信号很强，但是信号脉冲持续时间比较短。

从接收到的超声波数据和超声波信号传播衰减规律分析从以上情况得出以下观点：放电击穿点最可能在号脉冲最强且持续时间最长的监测点处，而监测点5、6、7处信号脉冲持续时间比较短，并且监测点8并没有接收到超声波信号，可以判断信号并不是通过GIS内部传播的，因此认为监测点5、6、7接收到的信号是由于超声波向环境空间传输。对现场监测点布置进行进一步分析发现，监测点2离监测点5、6、7的直线空间距离最近，并且无遮挡，从而空间声波容易传播至监测点5、6、7处。得到上述分析结果之后，为了更准确的对故障气室进行定位，在增加II母B相怀疑放电击穿故障处附近的超声波传感器布置密度后，又一次进行试验。

在第二次试验中，当电压升至289kV时，又一次出现了放电击穿故障，各监测点的超声波监测信号如图2所示。

从图2中可以看出，监测点1传感器信号幅值最大，这和第一次试验监测点2传感器信号幅值最大的结果有所不同，两个检测点之间距离约18m，可以认为这次故障是传感器1附近的另一放电故障所引起的。因此为了为进一步确认放电故障气室，在超声波传感器布置不变的情况下再次进行耐压试验，放电击穿电压与第二次电压相近，超声波监测信号也和图2相近。

根据上述试验情况，为了确定故障原因，对以上两个怀疑放电故障气室进行解体，得到一下信息：在监测点2所在的气室内发现高压导体对外壳腔体放电，并且在高压导体上发现了明显的放电撞击的凹痕。通过分析认为可能是腔体内金属颗粒物在外电场作用下在腔体内跳动，当金属颗粒物离高压导体或腔体外壳较近时，在其两侧产生微弱的局放，随着电压继续升高，导致局部放电变成了流注或先导放电，最终造成了放电击穿故障的发生。对检测点进行解体分析之后，在靠近盆式绝缘子的高压导体屏蔽罩上发现一明显放电撞击留下的凹痕，同时在其周边发现了圆形黑色的放电烧蚀痕迹，该盆式绝缘子也因多次重复的耐压而留下闪络通道。通过分析认为第一次耐压试验异物所引起的场强畸变没有达到放电击穿所需的标准，并且在第二次试验中异物在电场力的作用下发生了位移，并在电压达到一定程度后引发了放电击穿，并且在高压屏蔽罩和盆式绝缘子表面延伸发展，导致盆式绝缘子同时发生表面闪络。

4 结语

文章通过GIS设备现场交流耐压试验闪络时使用超声波定位检测技术成功定位了多次GIS交流耐压时放电击穿故障，并且确定故障原因是盆式绝缘子沿面闪络，分析认为是绝缘子表面异物易于改变表面电阻分布、畸变电场、积聚电荷，易于放电通道的发展贯穿。通过试验研究证明，本文提出的超声波闪络定位检测装置，能够有效的对GIS设备现场交流耐压试验中的闪络问题进行准确的定位，能够及时发现故障并解决，对保证GIS设备的正常运行具有重要的作用。

参考文献

[1]邵先军，何文林，徐华，等.550kVGIS现场交流耐压试验下放电故障的定位与分析研究[J].高压电器，2014（11）：30-37.