GIS在线监测系统分析探究

吴建明

摘要：GIS设备对于电力系统的稳定性至关重要，介绍了GIS设备的局部放电检测方法进行介绍，并简要说明在线监测系统的整个工作步骤和工作原理，利用实际的案例对在线监测系統的有效性进行了验证，结果表明在线监测系统可以有效达到预期要求。

关键词：在线监测;GIS;局部放电

一、引言

气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）对于电力系统的作用十分重要，如果GIS在运行中出现故障，可能会引发比较严重的问题，甚至会引发大面积的停电情况。按照GIS的结构分析，其可以分为隔离开关、隔离器、接地系统、互感器和避雷系统等组成，GIS从其制造、运输、安装及使用过程中均存在一些风险，影响着电力系统的稳定运行。

二、GIS局放AE/UHF在线监测原理

局部放电过程是一个相对复杂的物理过程，在此过程中还伴随着电荷的转移和电能的损耗，同时还伴随着产生电磁辐射、光、热等能量。在绝缘中如果存在气泡，高频电压施加在绝缘体的两端，如果作用在气泡上的电压低于其击穿电压，此时气泡上的压力随着外加电压的变化而变化，如果气泡上的电压高于击穿电压，气泡则会发生放电，放电过程中使得中性气体分子发生电离，产生大量的带有相反电荷的气体分子，并在外加电压的作用下发生相对移动，迁移到气泡壁上，形成与外加电场相反方向的内部电压，此时的电压则是内部电压和外部施加电压的叠加结果，当气泡上的实际电压低于其击穿电压时，此时放电暂停，气泡上的电压随着外加电压的升高而升高，直至增加至击穿电压时，此时则会发生第二次放电过程，周而复始，则会出现多次放电。局部放电的监测方法主要由AE法和UHF法。

UHF法即特高频检测方法，在进行局部放电检测过程中，会伴随产生高频电波现象。特高频检测技术就是通过检测局部放电过程中产生的高频电波信号，对设备内部的缺陷进行检测。超声波的测试声波频率处于300-3000MHz区间。利用特高频检测手段进行局部缺陷的定位检测，近几年应用比较广泛，该方法的优点是敏感度高、对低频电晕的干扰屏蔽效果好，能够有效的识别缺陷的类型和位置，该技术在应用过程中容易受到环境中的相同频率的电波影响。采用该方法进行缺陷检测不能准确做到量化描述。

AE法即超声波检测方法，在进行局部放电检测过程中，会伴随产生声波发射现象。超声波检测技术就是通过检测局部放电过程中产生的超声波信号，对设备内部的缺陷进行检测。超声波的测试声波频率处于20-200KHz区间。利用超声波检测技术具有明显的优势，可以对电磁干扰造成的干扰进行屏蔽、具有定位准和操作简便的特点。因为超声波在设备的内部的产生和传递比较复杂，存在超声波的反射和折射作用，会随着折射和反射的进行，超声波的能量会出现衰减，对测试结果造成影响。因此，利用超声波检测对于前期缺陷比较严重的设备进行检测具有可行性，而对于缺陷比较少的设备进行检测时，可能会出现检测结果不准的情况出现。

根据AE法和UHF法的优劣势，形成了一种联合检测方法，即结合AE法和UHF法的各自优势，采用超声波检测和特高频检测手段对GIS运行状态进行确认，对其整体设备情况的具体情况进行检测，是具有重要可行性。两种方式均可在不影响GIS设备运转的前提下完成对设备的检测。两种检测手段各有优劣势，超声波检测方法可以比较精准地定位缺陷发生的部位，而特高频检测手段抗干扰能力较强，对设备内部的缺陷更加敏感，充分利用超声波检测和特高频检测的优势进行联合检测，可以更好地确认和保证GIS设备安全运转。此方法的具体操作方式如下：

首先利用超声波检测进行初始判断检测，通过对得到的幅值图谱进行观察判断，是否存在异常。如果发现异常对相位和飞行图谱进行对比分析，定位缺陷的位置。

GIS设备内容易出现缺陷的部位防止特高频传感器，该部位包括接地端子、出线端、绝缘盆子及浇注孔。通过对该部位检测的图谱与局部放电图谱进行比较判断，确定该部位是否存在放电及具体放电类型，如果检测到存在局部放电，根据检测结果判断缺陷发生部位。

进行检测时，如果检测到同时存在电和声信号，通过比较这两者的放电图谱，即可判断放电类型，然后对比幅值利用超声波方式确定缺陷发生部位，也可采用声电联合检测手段对缺陷部位进行定位。

检测时，如果只检测到超声波信号而没有特高频信号，需要对使用分析对比幅值判断信号发生的最强位置，判断分析该信号是否为设备的振动或机械元件松动造成的振动。

三、系统采集处理单元及后台监测软件系统

整个系统主要由传感器、数据处理通讯单元，后台监测系统三个部分组成，传感器将对监测设备进行数据测量，将测量数据信息传送到数据处理单元中，进而进行集中处理分析，将信息进行显示或进行相应的警示，并在后台机上进行全面的监视和分析。

整个系统的监测原理利用联合方法，具体的工作步骤如下：

1）使用超声波法进行普测，通过对幅值图谱的观察判断是否存在异常，若存在异常可通过相位图谱及飞行图谱进行进一步分析判断并通过幅值比较的方法进行定位。

2）在 GIS 的非金属屏蔽绝缘盆子、金属屏蔽绝缘盆子的浇注孔、观察窗、GIS电缆终端、接地端子、电缆出线端等位置放置特高频传感器，通过对PRPS 图谱与典型放电图谱的比较，判断是否存在放电以及确定放电的类型。若存在放电可根据放电类型选择相应方法进行缺陷定位。

3）如果同时测到了电信号和声信号，可以比较两者的放电图谱，判断出是否为同一放电源的信号并确定放电类型;之后可以用幅值比较的方式用超声波 法找到放电的位置。在检测设备功能允许的情况下，可采用声电联合定位的方法找到放电位置。

4）如果只测到了特高频信号而没有超声波信号，则应通过改变特高频传感器的位置摆放和传感器的方向性及信号的频率分布排除外部干扰，并通过与典型放电图谱的比较确定放电类型，此时应重点考虑是否放电为绝缘内部放电。之后在附近能放置特高频传感器的位置摆放传感器，通过定位仪器比较各传感器接收信号的触发沿，大致定出放电点

5）如果只测到了超声波信号而没有特高频信号，则使用幅值比较法找到超声波信号最大的位置。通过具体的位置及设备结构的分析判断是否为设备的振动或是设备内部元件松动导致的机械振动

四、GIS在线监测系统应用实例分析

2019年8月，在对某220 kV变电站GIS设备进行特高频局放带电检测至220 kV合正甲线2751A相电压互感器气室时，在母线电压互感器气室隔离盆式绝缘子检测到放电信号，特高频信号幅值约51 dB，超声波局放检测未检测到异常信号，经定位分析，判断放电类型为气隔盆式绝缘子内部气隙放电，放电位置处于母线电压互感器气室隔离盆式绝缘子

五、结语

对于运行中的GIS而言，超声波检测技术和特高频检测技术无疑是最理想的检测方法，两者都可以实现带电检测，其检测方法都比较简便实用，且不必改 变设备的运行方式。比较两者的优缺点可以发现，特高频法抗干扰能力强，对电信号比较敏感且较超声波法而言对绝缘内部缺陷更敏感。

参考文献：

[1] 张斌斌， 刘晓洲. 变电站GIS设备SF6在线监测系统分析及应用[J]. 技术与市场， 2019（12）.

[2] 皮天满. GIS在线监测装置故障分析及检修策略研究[J]. 电工文摘， 2018， 000（002）：4-6.