带电检测技术在缺陷检测中的应用

胡卫新

摘要：随着经济和科技水平的快速发展，电力行业发展也十分快速。GIS因运行可靠、占地面积小、不易受外界环境影响以及检修周期长等优势被广泛应用，对GIS进行缺陷带电检测，可以实现故障预警。为此，文章介绍了几种带电检测技术在GIS缺陷检测中的应用。

关键词：GIS;设备缺陷;带电检测技术

引言

当前电力行业正处于快速发展阶段，为了更好地保障电力系统运行的可靠性与稳定性，对电力设备安全性的要求也越来越高。GIS（SF6作为绝缘介质的气体绝缘金属封闭式开关设备），将变电站中除了变压器之外的电气设备进行一体化融合，和常规的变电站相比结构更紧凑，占地面积小，同时也减轻了对外界环境的负面影响，可实现更高性能、更长检修周期以及更高经济效益的运行。对于GIS设备，安全性检测至关重要。为此，本文探讨带电检测技术在GIS缺陷检测中的应用。

1 GIS设备

GIS是将以往变电站中除了变压器以外的设备，如隔离开关、接地开关、断路器、电流互感器、电压互感器、避雷器、母线以及出线套管等全部封装到接地的金属外壳当中，壳内主要以0.3-0.4MPa的SF6气体作为绝缘与灭弧的介质，GIS在城市电网中的应用比较广泛，目前国外建设的GIS与常规变电站之比约为1：6。GIS的安全运行对整个电力系统的稳定性有着决定性影响，发生任何故障都有可能导致局部甚至整个地区停电。GIS为大型封闭性结构，停电检修不仅需要投入大量的人力资源、物力资源，还需要较高的维修成本与较长的维修时间。因此，在GIS发生故障之前准确地发现其内部的缺陷并及时处理非常重要。当前对于GIS的检测与试验方式非常多，例如出厂之前的检验、安装之后的试验以及运行之后的检验、气体实验等。GIS投入运行之前的检验方式比较成熟，但是投入使用之后的检验技术并不成熟，仍然存在改进空间。缺陷属于GIS内部绝缘遭受损害的主要预先性因素，发生的原因主要有：浇筑的绝缘内部存在杂质或空洞;绝缘表面或金属表面存在突起或尖端;安装不规范或开关分合效果较差导致颗粒状或丝状的金属微粒存在，附着在绝缘表面，金属微粒在电力影响下不断跳跃从而造成缺陷;金属屏蔽的固定位置接触不良;触头接触不良导致缺陷。缺陷对于GIS设备而言属于高度危险因素，一旦发生轻微的放电，如果不及时排查问题会导致严重的绝缘问题，从而引发严重后果。因此，GIS设备缺陷带电检测技术的应用非常重要。

2GIS设备缺陷带电检测技术

带电检测技术可以在不停电的情况下实现对GIS设备的检测，并可对缺陷精确定位，在明确损坏程度的同时，及时发出预警，帮助工作人员及时进行检修，以维持电力系统的正常运行。带电检测技术的种类很多，可根据不同的缺陷选择，针对性地进行精准定位。GIS具有占地面积小、设备配置灵活、维修度相对较低以及安全性较高等优势。但是安装期间或使用过程中可能会存在的一定缺陷或出现气体介质泄漏问题，导致绝缘强度下降，从而造成安全事故。GIS设备缺陷，会在外壳形成一定的电流，从而使接地线上存在高频放电脉冲。局部放电还会导致气体压力快速上升，在GIS设备中形成纵波与超声波。从近年来国内外的研究来看，GIS设备的缺陷检测主要有以下几种方式。

2.1化学法

在GIS设备中，在电弧放电影响下，部分SF6气体会出现分解现象，主要的降解物是SOF2与SO2F2。根据这两种分解物的浓度差异，可以直接准确地判断GIS设备内部是否放电以及严重程度。这种方法的优势在于检测结果不会受外界电磁影响。虽然化学法可以实现对局部放电情况的检测，但也存在一定的不足之处，例如短脉冲放电无法形成足够的分解物，导致判断结果不准确，SF6气体泄

漏会影响检测的结果。

2.2超声波法

GIS设备内部缺陷会造成一定的声波，主要是横波、纵波及表面波。在腔体外壁传播的声波除了纵波外，还包括横波，利用超声波传感器接收缺陷所形成的振动信号，也可实现对GIS设备内部缺陷的检测，因为缺陷的声波与金属撞击会呈现出不同的机械频率。超声波法的优势是检测结果不会受电气因素的影响，但是不足之处在于现场存在许多其他声源，檢测精度可靠性比较低。

2.3红外成像检测技术

任何物体因为自身的分子运动表现，会持续性地向外界辐射红外热能，在物体表面会形成带有一定温度的场环境，即热像。红外检测技术的原理是对设备表面的红外辐射能量进行检测分析，以实现对设备故障的判断，并可以准确判断出哪一个设备发生了故障。

2.4特高频检测法

GIS设备运行过程中内部充满高压SF6气体，其绝缘强度与击穿强度都比较高，在缺陷存在小范围内时，气体击穿的过程会相当快，从而形成比较陡的脉冲电流。在对信号频谱进行分析时，会发现频率可以高达吉赫兹级，同时脉冲会向四周辐射出特高频率的电磁波，通过GIS设备腔体结构同轴结构进行传播，利用同轴波导原理可以实现特高频信号的检测。GIS设备中波导壁属于非理想性的导体，电磁波在GIS设备传播过程中会出现功率衰减，电磁波的振幅会随着传播方向逐渐减小，从而形成波的衰减。此衰减量相对于信号在绝缘子位置因反射所导致的能量损耗更低，有研究发现，1GHz电磁波在直径0.5m的GIS设备中传播衰竭只有5db/km，所以在波导理论中可以不考虑衰减问题。GIS特高频检测中主要存在以下干扰形式：移动通信和雷达等无线电;变电站架空线上尖端放电;变电站高电压环境中存在的浮电位体放电;照明、风机等电气设备中存在的电气接触不良产生的放电;开关操作产生的短时放电。干扰的抑制方法主要有：滤波，对于变电站中常见的电晕放电干扰（主要是200MHz以下频段）和移动通信等确定频段的干扰信号，可以通过滤波的方法进行有效抑制;屏蔽，干扰信号主要来自于GIS外部，对盘式绝缘子法兰进行屏蔽可减轻对内置传感器的干扰，对于外置式传感器也需要增加盆式绝缘子非耦合区域的屏蔽，以减小外部干扰的影响。

2.5缺陷定位技术

缺陷定位技术分为两种类型，一种是幅值定位，另一种就是时延定位。一般来说，幅值定位需用到特高频，再加上超声波信号可产生衰减作用，传感器与放电源相距越近的话，可检测到较强的信号。然而，腔体中的特高频信号只能发生缓慢的衰减，可见特高频幅值达不到较高的定位精度，进行缺陷定位时，只能针对某一个气室或间隔。时延定位技术需用到所测信号之间形成的时间差，再乘以被测信号的实际传播速度，以此对放电源、传感器之间的距离进行计算。

结语

在GIS设备运行过程中，必须高度重视带电检测系统的应用，及时识别放电类型以及可能导致的故障问题，准确判断故障部位，以及时进行预防，从而提高GIS设备的可靠性。

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