局部放电带电检测技术在GIS设备缺陷诊断中的应用

(国网重庆市电力公司 检修分公司，重庆 400015)

在电力设备的绝缘系统中，只有部分区域发生放电，而没有贯穿施加电压的导体之间，即尚未击穿，这种现象称之为局部放电(以下简称“局放”)。它是由局部电场畸变、局部场强集中引起绝缘介质局部范围内的气体放电或击穿所造成的。它可能发生在导体边缘，也可能发生在绝缘体的表面或内部。在绝缘体中的局部放电甚至会腐蚀绝缘材料，并最终导致绝缘击穿[1]。

因此，进行局部放电检测，预防绝缘事故的发生，对于维护设备安全和电力系统稳定运行有着十分重要的意义。

局部放电是一种脉冲放电，它会在设备内部和周围产生一系列的光、声、电气和机械振动等物理现象和化学变化。这些伴随局部放电而产生的各种物理和化学变化可以检测并反映设备内部的绝缘状态。

目前在GIS局部放电检测工作中应用较为广泛的是特高频局部放电检测、超声波局部放电检测、SF6气体分解产物分析等方法，实际检测分析时常采用多种手段联合的方式进行[2]。

1 局放检测技术原理

1.1 特高频局放检测原理

GIS的局放电流脉冲具有极陡的上升沿，其上升时间为纳秒级，激发起高达数百兆赫的电磁波，在GIS腔体构成的同轴结构中传播，透过环氧材料等非金属部件传播出来，便可通过外置式特高频传感器进行检测。同理，若采用内置式传感器，则可直接从设备内部检测局放产生的电磁波信号[3]。

特高频法检测的对象是局放产生的电磁波信号。由于受GIS结构的影响，局放激励的电磁波信号在GIS中传播到特高频传感器时信号的波形与幅值等参数会发生变化，从而增加了局放评估工作的复杂性。

1.2 超声波局放检测原理

GIS内部产生局放信号时，会产生冲击的振动和声音。超声波法是在设备腔体外壁上安装超声波传感器，通过对获取的局放信号进行采集、处理和分析来获取设备运行状态的一种状态检测技术[3]。

超声波检测方法的优点是抗电磁干扰能力强，应用范围广，便于实现放电定位。同时，超声波局放检测技术也存在一定不足，如对于内部缺陷不敏感，受环境噪声或设备机械振动干扰较大，进行放电类型模式识别难度大。由于超声信号在电力设备常用的绝缘材料中衰减较大，超声波检测法的检测范围有限。

2 GIS局放检测典型案例应用

2.1 检测异常概况

在对某220 kV GIS变电站开展射频局放巡检工作过程中，发现212#母联间隔附近间隔信号异常，异常图谱如图1所示(上方线条为环境基线，下方线条为异常特征线)。

图1 运维人员检测到的射频信号图谱

通过故障诊断分析和精确定位，局放信号实际在220 kV 264#间隔处最强，随着位置变化向周围逐渐减弱。运用声-电联合定位技术，确认在#2646隔离开关处存在明显局部放电缺陷。

2.2 检测数据分析

对264#间隔进行诊断性检测，检测项目包括射频信号复测、特高频局放检测、超声波局放检测、SF6气体组分检测、声—电联合故障定位，其间隔现场布置如图2所示。

1)射频信号复测

与相邻间隔比较，264#间隔附近射频局放信号异常特征明显，如图3所示(上方线条为环境基线，下方线条为异常特征线)。

(a)264#间隔射频局放信号(b)邻近间隔射频局放信号图3 264#间隔射频局放复测信号图谱

由检测图谱可初步判断缺陷位置就在264#间隔，且排除周围间隔存在其它局放干扰源的可能性。

2)特高频局放检测

选取图2所示现场间隔位置中的盆式绝缘子作为特高频传感器信号采集点，依次测取PRPS和PRPD图谱。检测发现，2646#隔离开关两端盆式绝缘子处放电信号特征最明显。检测时2646#隔离开关位置特高频局放信号如图4所示。

(a)A相特高频信号(b)B相特高频信号(c)C相特高频信号图4 2646#隔离开关特高频局放信号图谱

从图4可以很明显地看出，在2646#隔离开关C相气室附近盆式绝缘子特高频信号明显，幅值较其他两相高，且有双簇现象，表现为悬浮放电。

更换检测设备对2646#隔离开关C相气室进行验证，获得如图5所示的特高频局放信号。

图5 2646#隔离开关C相特高频局放验证图谱

从图5可以看出，特高频局放信号稳定，特征明显。

3)超声波局放检测

进行超声波局放检测，各检测位置数据如表1所示。

表1 264#间隔C相气室超声波局放数据对照表

从表1可见，超声波信号在2646#隔离开关C相气室中间位置最强，向两侧有明显降低趋势，且信号最强位置100 Hz相关性明显。

改变测量频率范围，检测结果基本无变化，判断该异常信号源应位于GIS内部中心导体上。

4)SF6气体组分检测

随后对2646#隔离开关C相气室进行SF6气体组分检测，H2S为0.7 μL/L，SO2为19 μL/L，SO2含量远超标准规定的注意值。

5)精确定位

①垂直方向定位

采用两路特高频传感器，浅灰色置于2646#隔离开关C相气室出线侧盆式绝缘子处，深灰色置于上方空气中，此时检测图谱如图6所示。

图6 垂直方向定位检测图谱

信号同源，且一个工频周期出现两次，与前述特高频信号“双簇”特征相对应，浅灰色信号超前于深灰色信号。将深灰色传感器移动至下方空气中，此时浅灰色信号仍超前于深灰色信号。说明局放源在近2646#隔离开关设备侧。

②水平横向定位

采用两路特高频传感器，浅灰色置于2646#隔离开关C相气室出线侧盆式绝缘子处，深灰色置于与黄色传感器同高度的空气中并作圆周移动，此时检测图谱如图7所示。同理可判断局放源在近2646#隔离开关设备侧。

图7 水平横向定位检测图谱

③水平轴向定位

同样的两路传感器，浅灰色置于2646#隔离开关C相气室出线侧盆式绝缘子处，深灰色置于母线侧盆式绝缘子处，检测图谱如图8所示。

图8 水平轴向整体定位检测图谱

从表8可以看出，浅灰色传感器信号仍然超前。将深灰色传感器移动至2646#隔离开关C相气室靠母线侧盆式绝缘子处，检测图谱如图9所示。

图9 水平设备方向局部定位检测图谱

从图9可知，两组起始沿较为接近，几乎同时到达信号采集器，说明局放源位于两个传感器中间。从现场布置情况看，两个传感器中间刚好为2646#隔离开关C相本体，因此认定2646#隔离开关C相存在局部放电缺陷。

2.3 检测结论

2646#隔离开关C相气室特高频局放检测信号幅值超出背景值较大范围，且信号呈明显“双簇”状，PRPS和PRPD图谱均表现为典型悬浮电位放电特征；超声波检测时异常点幅值最大，100 Hz相关性大于50 Hz相关性，与悬浮放电特征相符。改变频率范围测试结果不变，说明局放点位于内部导体上；该气室内SO2含量为19 μL/L，超标。经精确定位，确认局放缺陷位于2646#隔离开关本体。

2.4 检修处理

对264#间隔进行停电检查发现，2646#隔离开关C相传动拐臂拨叉弹簧位置接触不良，导致拐臂与导电杆间产生悬浮电位放电，下方连接导体内有大量的燃烧后粉尘状物质。局放源位置如图10所示。

图10 2646#隔离开关局放源位置示意图

检修人员与厂方人员随即对该气室进行吸尘清理工作并更换了内部绝缘子及相关部件。检修完成后，进行耐压和局放试验，未再发现异常。

3 结论

随着状态检修应用研究的逐步深化，GIS设备全寿命周期管理已在系统内广泛开展，预防性停电试验工作有所减少，而且目前的预防性试验项目多为低电压，试验结果不能完全反映设备实际运行电压下的状态，带电检测则恰好弥补了这些不足。

随着带电检测技术的日渐成熟，用带电检测及在线监测手段来替代预防性停电试验，使为设备状态评价提供更加准确、全面的信息变得逐渐可行。利用特高频与超声波局放检测技术相结合的方式，能够及时、有效地发现GIS内部潜伏性局放缺陷，并进行精确定位，为检修人员提供可靠的检修依据和数据支撑。