电声示波联合定位法在GIS组合电器的应用及分析

黄继来，王学锦，蔡建辉

（国网浙江省电力有限公司温州供电公司，浙江 温州 325000）

SF6气体绝缘封闭组合电器因其占地面积少、运维少、检修周期长、结构紧凑、安装简捷、运行不受外部恶劣环境影响等众多优点，广泛应用110 和220 kV配电系统。但也受现场安装环境、施工人员技术水平、厂家制造工艺等因素影响，加上GⅠS 结构紧凑，空间小、内部设备众多等构造特点，在GⅠS 带电运行期间强电场作用下，一旦发生故障，势必将严重危及电网的安全稳定、供电可靠，导致设备损坏。大量研究表明GⅠS 内部放电是导致设备绝缘老化、劣化甚至损坏引发故障和事故的重要原因[1-10]。全封闭组合结构使得开仓检查难度大，常规性的检测技术涉及停电检修，因此运用特高频、超声波等带电检测技术对及时发现GⅠS 设备内部缺陷、隐患，避免事故发生具有重要意义。

1 带电测试技术

1.1 特高频（UHF）法

GⅠS 绝缘封闭组合电器带电运行时，如果在较小的范围内发生局部放电，将产生较陡的脉冲电流，其上升时间很短，激发频率高达GHz 级的电磁波。特高频法的工作特点是通过特高频传感器对运行中的电气设备局部放电时产生特高频电磁波信号进行采集，获得局部放电的检测数据。结合现场电气设备情况的特点和不同，采用内置式或外置式特高频传感器，实现局部放电的带电检测、定位和缺陷类型识别，具有较好的灵敏度和现场抗干扰能力等优点。

研究表明[11-16]，固体绝缘内部气隙放电的特高频信号具有放电次数较少、周期重复性较低和放电幅值较分散的显著的特点，但放电的相位比较稳定，没有明显的极性效应，固体绝缘的内部局部放电特高频典型图谱，如图1所示。

图1 GIS 固体绝缘内部局部放电特高频典型图谱

1.2 超声波AE法[17-19]

运行中的电气设备内部产生局部放电，会产生冲击性振动、声波，形成20～100 kHz 频率超声波信号传播。超声波AE 法通过在带电运行设备腔体外壁上安装接触式超声波传感器，或通过敞开式压敏传感器测量局部放电信号，能有效避开检测现场常见的音频干扰，运用超声波传感器检测、采集放电产生的异常超声信号，通过类型识别、放电定位，可实现对局部放电的有效检测，尽早发现和及时进行处理存在的绝缘缺陷，将故障隐患消除于萌芽状态。

2 实践应用

2.1 基本情况

某变电站220 kV GⅠS 设备型号为ZF-252，三相分体设计，2019 年6月出厂，为220 kV双母线带母联开关主接线方式，11月挂网运行，产品结构如图2所示。

图2 220 kV GIS组合电器产品结构图

2.2 带电测试数据

2019 年12 月18—22 日，采用外置传感器对某变电站内220 kV 型号为ZF-252的GⅠS设备进行特高频、超声波带电联合检测，检测异常情况如下：

220 kV某4P14线路C相正母闸刀气室检测到异常特高频及超声波信号，在气室外置特高频传感器检测到异常特高频信号，信号幅值最大为65 dB，如图3～5所示，每周期存在两簇信号，相位较宽，幅值较大。超声波信号最大值为133 mV，频率成分2大于频率成分1，每周期出现两簇脉冲波形，相位分布较宽。

图3 220 kV 4P14线路C相正母闸刀气室特高频PRPS&PRPD图谱

图4 220 kV 4P14线路C相正母闸刀气室AE幅值/波形图谱

针对出现的GⅠS 组合电器出现异常的特高频局放和超声波信号，对GⅠS所有的气室进行一一排除，测试的异常数据汇总如表1所示。

表1 GIS测试的异常特高频局放和超声波信号数据

图5 220 kV 4P14线路C相正母闸刀气室AE相位图谱/信号最大点位置图

3 数据分析

气室有异常的特高频局放信号幅值在63 dB 以上，能量较大，每周期存在两簇信号，相位宽，幅值较大，6个气室的PRPS&PRPD图、AE幅值/波形图都较为相似，对照图1 固体绝缘内部局部放电特高频典型图谱，可初步判断GⅠS 内部存在一定程度的局部放电。

结合表1 测试数据表明，异常的超声波信号幅值在100 mV 以上，最大幅值达到354 mV，且每个周期出现两簇脉冲波形，相位分布宽，放电间隔时间较均匀、放电次数较多、能量较大等明显特征，可以判断为金属性悬浮放电。

用声电联合定位放电位置。我们以1#变压器220 kV B相正母闸刀气室为例，进行声电联合定位。应用工业示波器对特高频及超声波传感器信号进行采样，如图6所示。

图6 1#变压器220 kVB相正母闸刀气室示波器10 ms波形图

由图6示波器10 ms波形图可知，特高频最大幅值1.22 V，超声波最大幅值2.84 V；特高频图谱每周期存在两簇脉冲信号，示波器声电图谱部分脉冲对应，有局部放电存在且为金属性悬浮放电并伴有绝缘放电，与我们分析的数据结论基本一致。

传感器位置分别按图7和图8布置，利用多通道信号时延比较对局放源部位精确定位。即黄色超声波传感器保持位置不变，通过多方位移动红色及绿色超声波传感器，黄色超声波传感器信号始终超前红色及绿色超声波传感器信号，且与特高频信号时差最小为3 μs，超声波在环氧树脂中的传播速度大2540 m/s，计算出局放源距离绿色超声波传感器0.76 cm 处，局放源位置如图9 所示，系1#变压器220 kV B 相正母闸刀靠正母侧盆式绝缘子区域。对其他异常的气室也逐一排查，系同一原因问题，不再一一描述。

图7 传感器横排布置图/示波器图谱

图8 传感器竖排布置图/示波器图谱

图9 局放源位置

X射线成像检测复核[20]，对1#变压器220 kV B相正母闸刀靠正母侧盆式绝缘子区域X 射线成像透视检测显示，如图10所示。部分盆式绝缘子漏装均压环接地螺丝或接地螺丝未按照安装要求紧固出现松动虚接地，导致盆式绝缘子的均压环未有效、可靠接地。在设备带电运行时产生悬浮电位，对虚地的金属法兰游离放电，产生能量较大的异常的局部放电。

图10 X射线成像透视检测

4 缺陷处理

结合GⅠS 电器盆式绝缘子区域特高频局放及超声波异常及X 射线成像透视检测复核情况，对各气室的绝缘子均压环接地情况全面排查，发现部分均压环接地螺丝漏装和均压环接地螺丝，与金属法兰接触面上有一层涂覆防水胶导致接地不良，经现场打磨处理和加装均压环接地螺丝。重新对各气室进行特高频局放及超声波测试无异常后，投入运行。

5 结束语

实践证明，运用特高频及超声波带电检测技术，一方面在不停电的情况下能有效测试评估设备的健康状况，另一方面又能联合诊断及精准定位局放源，特别是金属铠装全封闭式电器，具有非凡意义，也为设备状态检修策略提供可靠依据。