220 kV GIS 局部放电带电检测技术分析与现场应用

谢 勇

（国网四川省电力公司广元供电公司，四川广元 628000）

0 引言

220kV气体绝缘金属封闭开关（GIS）设备以其可靠性强，占地面积小，维护便捷以及外界环境影响小等特点，在电力系统得到广泛的应用。GIS 设备的结构比较复杂，在设计、制造以及安装的过程中，会存在尖刺、表面污垢或者固体绝缘等方面的缺陷，如果不及时对这些缺陷进行弥补，极可能造成严重的供电事故。同时GIS 本身的封闭性结构，在出现故障后需要花费大量的人力、物力和财力。GIS 局部放电带电检测是对GIS 状态评估的主要方式和手段，有利于对GIS 内部潜在缺陷的发现，保证GIS 的正常运行。

1 220 kVGIS 局部放电带电检测技术

1.1 超声波局部放电带电检测技术

对于GIS 设备绝缘体来说超声波信号的衰减程度比较大，同时信号覆盖面有限，在传播的过程中能量集中、方向性强，在带电检测中有利于定向波束的集中收集，从而更精准的定位信号源，如果检测时出现超声波信号异常情况，要先确定信号来源外部干扰引起还是源于腔体内的情况。如果排除外部干扰因素后，信号显示仍然异常，则可以判断问题是由信号源内部情况引起的，需要对缺陷位置定位。在具体应用中，GIS 设备在超声波局部放电定位技术的应用中需要定位的情况包括幅值、时差以及频率等。

（1）从幅值定位来看，主要是根据超声波信号的衰减情况，信号的有效值或峰值大小定位，在超声波检测过程中，信号的强弱与局部放射源的距离存在正比例关系，信号随着放源距离的靠近变强。因此根据GIS 信号强弱和幅值进行判断就可以确定放电位置。

（2）时差定位也是局部放电带点检测中的重要指标。是利用超声波信号的时差进行检测，在时差测定数据出来后，通过双曲面方程以及联立球面方程对局部放源的位置进行定位。在GIS 管线结构测试过程中，可以通过结合两个或者多个管道的超声波检测，在放射源位置的确定中需要结合信号时差、传播速度以及距离进行三维或者二维定位。

（3）频率定位。利用SF6气体吸收超声波的性质进行检测，同时根据超声波的吸收程度与信号频率具有正比例关系进行定位，利用频率定位，需要分析超声波的吸收情况。利用超声波50 Hz～100 kHz 的高频部分对局部放电源在GIS 在壳体或者中心导体位置进行确定[1]。如果放射源在GIS 中心导体的位置，则信号为低频信号，如果局部放点源在GIS 的壳体位置，超声信号则可以在低频和高频部分都监测到。

1.2 特高频局部放电定位技术

该技术在局部放源的检测中发现特殊信号后同样需要先做好信号源的判断工作，在排除非外界干扰后再进行后续检测，利用检测到的图谱与典型干扰信号图谱进行对比，也可以利用滤波器、屏蔽带等方法监测特殊信号，监测GIS 内部是否存在异常放电问题。如果发现GIS 盆式绝缘子存在特高频异常信号，需要采用传感器朝外的方向进行检测，检测的信号图谱如果符合喷施绝缘子信号图谱，同时信号源非常强，说明为外部干扰[2]。

特高频定位技术应用的过程中技术方式比较多，其中比较常用的为幅值比较、时差以及平分面等方法。其中幅值比较定位法指的是，如果在带电检测过程中发现多个特高频局部放电信号，而且信号最强的位置距离放射源最近。幅值比较法虽然检测的结果最准确，但是受到的限制条件也比较多，如果检测的信号特别强，小距离范围信号的强弱变化情况不明显导致定位的难度会加大。

时差定位法局部放射源发出的电磁波信号速度快，可以与光速比肩，而且不同传感器的传播时间和距离本身具有一定的关联性，对放射源的确定可以通过特高频电磁波信号到达的时间和方向进行，或者通过信号与气室两侧传感器达到的时间差等对传感器间的距离和位置进行确定，进而对缺陷进行定位。一般高速数字示波器的带电检测需要通过时差定位进行。

将传感器置于GIS 紧邻的2 个检测点，根据信号时差，利用公式对放射源的位置进行计算和确定。设局部放电源距离前侧传感器的距离为x，传感器间的距离设置为L，电磁波速度为C，传感器时域信号起始沿时差为Δt，计算公式为x=1/2（L-cΔt）。

平分面定位法主要应用于信号在没有明确区分在内部或者外部的情况下，而且本身信号比较强，同时进行外部干扰排除和局部放射源定位。具体方式（图1）：先将2 个特高频的传感器向相同的朝向位置放置，对传感器的位置进行移动，使高速示波器的时域信号叠加，并将2 个传感器的信号源出现在面P1 上。再利用相同的方式设置平分面P2 和P3，P1、P2 和P3 的交叉点即为信号源。

图1 平分面定位法示意

1.3 声电联合定位技术

声电联合定位技术比前两种技术优势更强，能够对局部放电的超声波信号以及特高频信号同时进行检测，然后利用声电信号的联系性对局部放电源的位置进行确定，排除现场外部干扰，保证定位的精确性。通过超声波或者特高频定位对局部放射源的大概范围和位置进行确定，然后在最近监测点放置高频传感器，GIS 壳体放置超声波传感器，对超声波和特高频时域信号的关系进行检测，如果二者间存在对应关系，则属于同一个信号源[3]。

2 GIS 局部放电定位技术现场应用

2.1 超声波局部放电定位

利用T90 测试仪进行超声波局部放电定位。测量结果见表1。比较超生局部放电检测仪信号幅度值可知，隔离开关由下向上与放射信号越近幅度值越大，同时100 Hz 相关性越强。通过数据以及绘制相应的图谱可知24267 隔离开关A 项的超声波信号幅度值最大，所以可以确定放射源在A 项隔离开关机构顶部。

表1 超声波测量结果

2.2 特高频局部放射定位

利用时差定位过程中，需要在24267 隔离开关的A 的位置两侧的盆式绝缘子浇筑孔位置设置固定的传感器（图2），3 个特高频传感器在时域信号监测时，信号脉冲相同，表明三路信号源相同。同时传感器B 检测的信号比A 检测超前，时差为2.8 ns，距离84 cm，因此可以确定信号源在传感器的左侧位置。通过对传感器B、C 的信号检测可知，B 传感器的信号比C 超前，可以确定信号源在2 个传感器之间，时差为1.4 ns，并可以通过计算得知C 在B 的左侧46.5 cm 位置。

图2 固定传感器设置

2.3 声电联合定位法的应用

该定位法中，对超声波时域信号以及特高频信号（图3）采集中，上面显示的为特高频信号，下面显示的为超声波信号，两种信号一致且相关，表面信号源的来源相同。

随着测试点距离隔离开关越来越近，超横波信号会发生变化，时延逐渐减小，信号幅度提升，靠近信号源的位置与超声波定位相同，因此可以确定局部放射源的位置为隔离开关机构顶部。同时结合图谱可以确定放射源为悬浮电位放电缺陷[4]。

图3 超声波以及特高频信号采集图谱

3 结语

综上所述，GIS 设备局部放电带电检测技术已经比较先进，在实际的应用过程中需要结合具体的情况，选择合理的检测技术，总体来说声电联合定位法更准确，所以需要尽可能采用声电联合定位方式。