带电检测技术在GIS 缺陷检测中的应用

（河南天通电力有限公司，河南 平顶山 467000）

气体绝缘金属封闭开关设备(以下简称 GIS)由于其占地面积小，灭弧能力强，运行可靠、检修周期长且不受环境污染和高海拔影响等优点，在电力系统中得到了广泛的应用。然而 GIS 设备由于在设计、装配、安装、长期运行等原因，可能出现各种缺陷，其缺陷性质大致有放电、过热以及振动等。如任由这些缺陷发展，可能会影响 GIS 设备的运行安全，严重时造成设备损坏。GIS 设备停电试验虽然能够发现部分缺陷，但停电试验电压较低，难以反应设备运行状态下的真实状况；并且高压设备的绝缘劣化是一个长期累积和发展的过程，停电试验难以及时发现该类潜伏性缺陷。GIS 设备带电检测技术能够在不停电的情况下，及早发现设备内部局部放电及其它缺陷信号，判断 GIS 内部缺陷信息及其严重程度，实现缺陷的精确定位，对故障提出预警，从而可以实现有计划的安排检修，减少设备损坏和事故发生。

一、概述

（一）带电检测技术

顾名思义，带电检测技术就是能够在不停电的情况下对 GIS 的设备进行检查，精准定位缺陷存在的位置，之后确定其损坏的程度，及时发出预警，帮助工作人员及时展开检修，实现电力系统的正常运转。带电检测技术的种类较多，能够依照不同的缺陷进行精准的检测，提高工作效率。

（二）GIS 缺陷检测

GIS 设备是一种运用于电力系统中的电力设备，其在处理高压以及特高压方面相较于其他设备展现出占地面积小、配置相对灵活、安全性能高以及维修力度低，等优点，因此被广泛运用。然而由于其在安装过程中以及使用过程中存在一定的缺陷或者因为气体介质泄露、外部水分进入和其它原因引起的绝缘强度降低现象的出现，如果没有得到及时维修就会造成电力系统的故障，因此及时对该设备进行缺陷检测是十分有必要的。

二、GIS 设备缺陷带电检测技术

（一）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S02 F2。根据这两种分解物的浓度差异，可以直接准确地判断GSI 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。

（二）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，检测精度可靠性比较低。

（三）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。

（四）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200 MHz 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。实践经验表明，特高频检测具有检测灵敏高和抗干扰能力强的特点，适用于发电厂和变电站现场条件下的GIS 局部放电测量。在GIS 设备缺陷带电检测技术中，特高频检测方式优势突出，但也存在一定的缺陷和技术性问题：国外常会在GIS 出厂之前将特高频传感器放置在设备内部，检测效果比较理想，可以应用在长期检测项目中，但国内大多数厂家都不具备此条件，一般会将特高频传感器放在盆式绝缘子上进行缺陷检测，在不具备良好屏蔽措施的条件下，检测结果会受到外界影响，同时也不利于长期性、固定性的检测；缺陷存在的位置不同，放电类型和放电量也存在差异，是否可以通过特高频方式实现对内部放电形式的准确判断是关键的问题；有许多研究发现，特高频方式当前并不能明确GIS 设备内部的放电量情况，而放电量是设备绝缘损坏程度是否严重的主要标准，该问题有待解决。

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。