局部放电检测的变电站高压现场调试

沈 通 董传洋 刘本运

（国网济南供电公司）

0 引言

气体绝缘变电站 （GⅠS） 通常在现场受控程序下进行组装。气体绝缘变电站 （GⅠS） 的介电强度是指其所采用的气体绝缘介质在电场作用下能够承受的电压强度。气体绝缘变电站采用气体 （通常为硫化氢） 作为绝缘介质， 将高压电力设备中的导体和绝缘体隔开， 防止电击和电弧击穿。气体绝缘变电站的介电强度取决于所采用的气体种类、 压力、 温度和形式等因素。通常， 气体绝缘变电站的介电强度能够达到数十千伏特， 甚至更高。这意味着气体绝缘变电站可以承受相当高的电压， 在一定程度上提高了电力系统的可靠性和安全性。因此， 需要运用新的检测技术对缺陷进行检测[1-3］。

在过去使用交流工频测试和局部放电检测程序， 已经调试了200多个超高压GⅠS隔间， 根据实际生产需求，大量的变电站装配了局部放电检测设备， 该设备被配置为永久、 连续的局部放电监测系统， 以便在线提供服务中的局部放电信息。

1 传感器位置： 外部和内部耦合器

局部放电 （PD） 产生的UHF信号可以通过放置在GⅠS室内部的传感器或放置在室外部适当位置的传感器来检测。“板”型内部耦合器是为在电极轮廓不会干扰设备电场要求的检查舱口盖上使用而开发的。

还开发了外部耦合器， 外部耦合器通常用于电力系统中， 特别是在变电站和输电线路中， 用于将不同电缆或线路之间的信号或能量进行连接和传递。这种设备可以有不同的形状和功能， 但其主要目的是在不同系统之间传递信号、 数据或能源， 而不直接连接它们。外部耦合器有多种应用， 其中之一是用于连接不同的电缆或线路， 以便进行监测、 控制或数据传输。外部耦合器可以采用不同的工作原理， 如电磁耦合、 电容耦合、 光学耦合等， 具体取决于其应用和需要。例如， 在高压输电线路中， 外部耦合器可以用于连接监测设备， 以便实时监测线路的状态， 例如电流、 电压和温度。在通信系统中，外部耦合器可以用于连接不同类型的通信线路， 以实现数据传输和通信[4-5］。并且， 可以通过滤波或调谐使外部耦合器具有频率选择功能。 内部耦合器通常在电子设备中用于将不同的组件或电路连接在一起， 以便它们之间可以进行信号或能量的传输和交换。内部耦合器可以有不同的形状和尺寸， 但其主要目的是在不同系统或组件之间建立连接， 从而实现电子设备的正常工作。

为了保持对UHF的PD信号的高灵敏度， 衰减特性已经确定了20到30m的典型耦合器间距 （典型的母线路线长度）， 但根据母线布置， 间距可能会变化。当然， 根据GⅠS 和探测器的设计， 这种间距也会有所不同。通常， 每个断路器间隔需要两组三相耦合器。12 隔间420kⅤ GⅠS通常配备30组三相超高频探测器， 即每相30个监测点。考虑到监测数据， 给出了三个状态水平的边界区间， 状态指标项得分函数如方程 （1） 至 （3） 所示。

式中，ai，bi(i= 1 ⋅⋅⋅5) 为根据实际情况设置的常 数，s为 指 示 器 的 状 态 值，ε函 数 设 定 系 数。s∈[a-ε,a+ε]表示很好状态水平，s∈[a1,a-ε]⋃[a+ε,a2]表示正常水平， 其他情况属于较差情况。

2 高压试验程序

进行的高压测试包括在工厂常规测试水平的80%下施加工频电压1分钟， 以达到实际可达到的固体绝缘。随着测试变压器的谐振测试容量从7nf增加到33 nf， 包含数百米GⅠS 线槽的GⅠS 的更大部分可以同时进行试验。

尽管在时间和设计考虑方面具有重大的技术和商业优势， 但在如此大的路段内， 多次测试失败将需要数小时的调查和纠正措施， 本文采用超高频放电检测进行。在试验之前， 将UHF传感器放置于测试线路， 并将它们连接到便携式局部放电监测系统。然后， 可以开始分步骤施加电压， 在每次停止时检查PD。如果没有检测到PD， 我们继续将电压增加到完全测试电压， 并且在1分钟后， 如果可以承受施加的电压， 试验成功。试验中电压以大约90kⅤ RMS的步长升高， 在从一个或多个耦合器检测PD的情况下， 程序如下： 1） 本地化并确定来源； 2） 打开隔间并清除缺陷； 3） 重新施加电压。

高压试验期间检测到颗粒时， 对试验室进行脱气、检查并清除任何污染物， 这是正常的。可能存在PD信号不是由污染引起的情况， 并且必须根据其自身的优点对每种情况进行调查。然而， 在1.1 标称相电压下，55dBm 或更低的源UHF 信号电平可以被认为足够低，使得不容易检测到任何PD现象， 认为是合理的。这意味着必须将信号源的衰减添加到检测系统， 当电压接近最大测试水平时， PD开始和FO之间的时间减少， 发生闪络概率增加。在这种情况下， 程序如下： 1） 查看便携式PD 监测记录， 并尝试确定破坏性放电的原因和位置； 2） 如果发现局部放电， 打开隔室， 清洁并重新施加电压。3） 如果没有发现局部放电， 则重新施加电压至测试水平， 如果电压能够承受， 则视为正常。

3 试验期间的噪音处理

在GⅠS高压测试中使用超高频技术时， 考虑噪声干扰的影响是很重要的。在变电站高压现场进行局部放电检测时， 可能会受到噪音的干扰， 处理噪音的方法包括：

1） 合理布置传感器： 将传感器均匀地布置在被测设备上， 尽量覆盖更多的区域， 减少漏测。2） 选择合适的检测仪器： 选择灵敏度高、 抗噪音能力强的检测仪器， 例如采用暂态地电压 （TEⅤ） 检测法， 该方法对局部放电信号的检测相对更为灵敏。3） 采取适当的试验方法： 在进行试验时， 尽量保持设备处于最佳状态， 并采用适当的试验方法来减少噪音干扰， 例如采用同步示波器法， 该方法可以有效分离放电信号和噪音。4） 使用滤波器： 在信号采集和处理过程中， 可以使用滤波器来过滤掉不需要的频率成分， 从而减少噪音干扰。

4 超高频灵敏度检查

4.1 检测灵敏度

高压现场测试时， 当耦合器的PD 信号超过70 至75dBm （0dBm 224mⅤ） 范围内的信号电平时， 检测被提示。图1显示了颗粒尺寸和超高频信号电平之间的关系， 并表明监测系统将在距离耦合器20m的范围内检测到1至2mm的移动颗粒。经试验表明， 检测水平越高，杂散PD警报越少。

图1 颗粒大小和UHF信号电平

图2 局部放电模拟的脉冲波形

4.2 脉冲注入

在准备进行高压测试时， 有必要验证局部放电检测系统的正确操作。使用脉冲注入程序， 可以通过外部耦合装置将PD 型信号注入到GⅠS 设备的不连续处。同时， 也可以使用内部耦合器进行信号的传输。为了模拟局部放电信号， 开发了一种脉冲发生器。该脉冲发生器能够产生几十兆赫到1000兆赫以上的频率特征， 确保检测设备的所有电缆连接正确， 并验证已安装的探测器能够达到预期的检测水平。这种方法在电力系统中得到了广泛应用。

图2 显示了脉冲波形， 图3 显示了相关的信号光谱， 其通常代表来自3.5mm 颗粒的信号光谱。从早期的工作中发现， 移动的2mm 颗粒产生50dBm 的信号， 放电水平约为5pC。从闪络风险的角度来看， 对420 kⅤ GⅠS 的测试表明， 在施加320 至380kⅤ电压的情况下， 10mm 范围内的颗粒会导致闪络。在使用中观察到自由移动的颗粒， 如果颗粒小于3mm， 则风险极低。当在高压测试中检测到颗粒时， 自动去除污染颗粒。

图3 模拟信号频谱

在某些情况下， PD信号并非均由污染造成， 每种情况都必须根据其自身的优点进行调查。然而， 在1.1 标称相电压下， 55dBm 或更低的源UHF 信号电平可以被认为足够低， 使得很难看到任何PD 活动的证据， 并且如果调查没有发现任何可见的东西， 则可以被认为是可接受的。

4 结束语

超高频检测可以通过单一电压应用对大型测试段进行实时测试， 因此， 超高频监测已成为GⅠS 高压调试测试中使用的一种越来越重要的工具， 如果缺少这种监测辅助， 发生任何闪络时， 定位闪络可能耗费大量时间。此外， 如果在大型试验段上发生第二次闪络， 内部检查将是广泛的。

此外， 超高频监测还可以在发生任何击穿风险之前， 在低测试电压下识别和定位测试段内的任何PD源， 从而避免“调节”造成的破坏性放电。即使在发生闪络的情况下， 如局部放电开始时与闪络水平接近，可以提供有关问题区域位置的关键信息， 因此实验局部放电数据可用于分析现场情况。