110 kV GIS盆式绝缘子局部放电检测技术研究

摘要：气体绝缘金属封闭组合电器因优势较多，如占地面积小、可靠程度高、安装便捷、操作简单等，在我国电力工程中得到广泛应用。但由于GIS结构紧凑，内部空间狭小且电场较为集中，在安装过程中，因工艺问题可能会出现毛刺与金属颗粒，引发局部放电现象，造成设备安全事故。针对110kVGIS盆式绝缘子局部放电情况，以某检测案例为基础，分析信号幅值、信号先后对比及时差计算的局部放电定位方式，并阐述标准雷电、振荡雷电冲击及光学检验的局部放电检测技术。

关键词：110kVGIS盆式绝缘子局部放电电力工程

中图分类号：TM63

ResearchonPartialDischargeDetectionTechnologyfor110kVGISBasinInsulators

QIGuozheng

QufuPowerSupplyCompanyofStateGridShandongElectricPowerCompany，Ji’ning，ShandongProvince，272000China

Abstract：GasinsulatedmetalenclosedcompositeelectricalapplianceshavebeenwidelyusedinChina’spowerengineeringduetotheiradvantagessuch assmallfootprint，highreliability，convenientinstallation，andsimpleoperation.However，duetothecompactstructure，narrowinternalspace，andconcentratedelectricfieldofGIS，processissuesduringinstallationmaycauseburrsandmetalparticles，leadingtopartialdischargeandequipmentsafetyaccidents.Regardingthepartialdischargesituationof110kVGISbowlinsulators，basedonacertaindetectioncase，thispaperanalyzesthepartialdischargepositioningmethodfor110kVGISbasininsulators，includingsignalamplitude，signalsequencecomparison，andtimedifferencecalculation.Italsoelaboratesonpartialdischargedetectiontechniquesofstandardlightning，oscillatinglightningimpulse，andopticalinspectiontechnology.

KeyWords：110kVGIS;Basininsulator;Partialdischarge;Powerengineering

GIS主要由断路器、互感器、避雷器、母线、刀闸等组成，各类构件均密封在内部含有SF6绝缘气体的金属接地外壳中，因此又称之为SF6全封闭组合电器。由于GIS占地面积较小，且受到外界因素的影响较少，日常维修工作量小，人员安装和维护较为便捷，对成本管控具有重要作用，因此在我国电力工程中得到广泛的应用。但是该设备内部电场相对较为集中，在长时间运行过程中，一旦发生接触不良等问题，极易出现局部放电现象。虽然微弱的局部放电并不会造成绝缘物质击穿，但长时间运行，会降低绝缘性能，进而影响设备运行。因此，开展局部放电检测工作，及时发现设备故障问题，并采取有效的处理措施，能够保障系统的安全稳定运行。

1盆式绝缘子局部放电定位

为有效解决盆式绝缘子的局部放电问题，要对放电源的具体位置进行准确定位。在准确定位后，要对其开展实时监测，分析局部放电的原因并制定科学有效的解决措施。在实际工作中，可采取以下几种方式对放电源进行定位。

1.1信号幅值对比

该方式主要是对比各测量点的数据信息进行放电定位。盆式绝缘子的UHF信号在传输过程中会不断减弱，导致测量点接收到的信号幅值存在一定差异，距离放电地点越近，信号幅值越大。因此，在设备定位测量过程中，将传感器放置在不同位置，通过对比测试信号的幅值，信号最大的区域就是放电位置。该种定位方式操作简单，只需使用UHF探头，观察放电信号情况，并对比信号幅值，便可进行定位[1]。

1.2信号先后对比

该方式主要是对比信号到达各传感器的时长进行放电定位。由于盆式绝缘子的放电源单一，放电信号的变化幅度较小，到达传感器的时间存在差异，先接收信号的传感器距离放电源较近。因此，将传感器A放置在盆式绝缘子外壳处，随后将传感器B放置在相邻的盆式绝缘子外壳处，如果检测过程中，传感器A接收的信号相对比B的信号较早，则代表放电位置处于A盆式绝缘子附近区域。相反，则处于B区域。通过不断重复上述操作便可以确定放电位置。

1.3时差计算法

该方式能够准确定位放电位置，通过测量两个传感器信号的时间差，以明确放电区域。实际操作阶段，应综合考虑电磁波传播速度的影响，并计算传感器信号传播的时差，明确放电位置[2]。

通过上述内容可知，信号幅值对比法与信号先后对比法，在GIS盆式绝缘子的局部放电源定位中，均能够发挥出一定的作用和价值，但二者的操作方法以及优势特征存在一定的差异。信号幅值对比法的优点在于操作较为简单，定位的效率较高，但受检测信号的干扰较大，若信号幅值的变化过大，就难以保证定位的精准性。而信号先后对比法操作流程相对较为繁杂，但定位的准确性更高。此外，时差计算法虽然受电磁波传播速度的影响较大，但是在明确信号传播时差的情况下，选择这种方式，能够更准确地进行定位。因此，要结合不同的放电类型有针对性选择相应定位方式。

2盆式绝缘子局部放电检测方法

2.1标准雷电冲击检测

频率较低的交流电压、直流电压及频率较高的冲击电压，在放电时延、放电量、放电统计分布模式及发展模式中存在较大差异。相较于工频电压，冲击电压能控制局部放电电晕的稳定性。实际操作阶段，在盆式绝缘子进行冲击耐压试验的同时开展局部放电检测，能够准确地识别异常放电状况。冲击电压的幅值较工频电压高，波形相对陡峭，容易产生局部放电现象，进而能够发现细微的绝缘缺陷问题。运维人员依据检测结果提前做好绝缘缺陷预防工作，降低局部放电问题的发生概率[3]。但是盆式绝缘子的电容入口相对其他设备大，如果电容过大，会导致波前时间过长，无法产生标准的雷电冲击波。此外，冲击回路火花在点燃过程中也容易产生较强的电磁脉冲干扰，影响局部放电检测工作的准确性[4]。

2.2振荡雷电冲击监测

研究表明，在振荡雷电冲击电压的作用下，局部放电信号最先出现在振荡电压的第一个周期波峰位置，且随着电压的不断升高，放电信号会逐步出现在后期的波峰处。该种检测方式相较于传统手段具有明显优势，但是随着波头时间的延长，检测出缺陷的可能性会大大降低，当波前时间大于10μs时，震荡性雷电冲击电压相对于标准电压击穿电压将高10%～20%，随着电压等级的增大，击穿电压的相差数量也逐步增大。由于持续振荡，会导致冲击电压发生隙弧重燃，该环节中产生的电磁信号会影响局部放电信号，导致各类带电检测装置受到影响。因此，该项检测方式也不适应于现场检测。

2.3光学检测法

当GIS设备表面存在缺陷，会出现电晕、电弧等不同程度的放电状况，在放电过程中，释放的电量不仅会造成电荷转移及电能损耗问题，还会产生严重的光辐射现象。经研究发现，局部放电光谱主要集中在紫外波区域，随着放电量增加，紫外光辐射强度也会不断增强。对此，可利用局部放电的光学特征，实行光学检验。通过使用多个紫外光纤探头或探测器布置检测矩阵，可以准确判定是否存在局部放电现象。该种检测方式的优势在于检测结果较为直观，且受到外界因素影响较小，检测灵敏度高，可以准确判断局部放电现象。

通过对上述3种局部放电检测技术的综合分析可知，不同检测技术的检测条件以及检测优势存在差异，其中标准雷电冲击检测技术在细微绝缘缺陷的检测上优势明显，振荡雷击冲击检测技术受电磁信号的影响较大，光学检测技术的适用范围广。对此，在开展盆式绝缘子的局部放电检测工作时，光学检测技术的适用性要更强。

3盆式绝缘子局部放电检测案例

3.1设备概况

检测设备为220kV变电站中的110kVGIS设备，该设备主要由三相共箱式结构组成，额定电压与额定电流分别为126kV、3150A，参数为ZF12-126（L），于2019年正式投入运行。

3.2数据分析

特高频局部放电检测过程中，发现主变压器间隔的盆式绝缘子位置出现异常高频信号问题，且图谱特征基本一致，仅幅值存在一定差异。

检测当天温度为18℃，空气湿度为60%，天气晴朗。经检测发现，盆式绝缘子区域的特高频信号图谱在整个周期内呈现两处放电信号，且幅值较大，悬浮类放电相位分布的脉冲序列图谱则呈现外八字和内八字分布特征。检测阶段空气中未发现异常高频信号，由此可判断该区域可能存在局部放电问题，且放电源位于设备内部。

在向两侧移动传感器过程中，盆式绝缘子上方检测的信号幅值不断减小，可通过幅值对比的方式初步判断异常放电位置。为增强定位精准性，可结合信号先后对比技术，通过调整传感器位置，读取时差确定放电源位置。计算公式如下。

（1）

式（1）中：Δt为信号时差；L为传感器距离；c为电磁波在GIS中的传播速度；t1、t2为传感器接收到电磁波信号的时间。通过该种方式确定异常放电位置，有利于增强定位工作的准确性。

3.3异常信号跟踪

为避免停电隔离对周边用户的生活、生产造成影响，实时监视设备运行是第一选择。依据放电特性，在间隔区域安装GIS设备特高频实时监测系统。该系统以光学检测技术为基础，以分析特高频信号为手段，全时段监测信号变化情况。该系统整合经验数据，可预先设置预警区域，一旦信号超出报警阈值，系统会立即上传报警信息。经过一段时间的发现，该区域异常信号幅值未出现异常变化，放电特征也与前期检测结果保持一致，说明该间隔处于平稳运行状态。

为进一步分析放电特性，通过对比分析长期监测的实时数据，发现50Hz频率相关性和100Hz频率相关性存在交替领先状况，代表该区域可能存在两种放电现象，其中50Hz频率特性代表尖端放电，100Hz频率特性代表绝缘放电。当100Hz频率特性领先于50Hz频率特性时，放电现象的发生次数明显增多，这时放电幅值也会大幅度升高，但该现象的持续时间较短。当50Hz频率特性领域于100Hz频率特性时，经过检测发现放电幅值的整体状态较为稳定，在此基础上，可判断50Hz频率特性持续存在放电现象，而100Hz频率特性具有放电间歇的特点并且整体幅值较大，最终判断该区域放电类型为持续尖端和间歇性放电形态的重合[5]。

4结语

综上所述，为保证GIS运行的安全性以及稳定性，及时排查出设备运行过程中潜在的隐患、缺陷很有必要。做好局部放电检测工作，提前发现局部放电现象更是一项重要的手段。本文通过总结和分析盆式绝缘子局部放电定位、检测方法，以及结合某检测案例进行具体研究。在以后的工作中，要结合特高频图谱特性，综合考虑多手段进行放电定位和检测。同时，根据实时采集的运行数据，初步分析局部异常放电的发展趋势，有针对性地采取增加绝缘介质密度或者停电更换构件及定期维护构件等方式，强化GIS运行，进一步保障设备安全。

参考文献

[1] PENGR，QINGMINL，HONGlELL，etal.ThermaldecompositionmechanismofGISbasininsulatorandkineticparameters-basedlifetimepredictionmethodology[J].Polymers，2021，13（4）：653-653.

[2] ZHENGY，HANY，LIUL，etal.AnUltrasonicnondestructivetestingmethodfordensityuniformityofbasin-TypeinsulatorsinGIS[J].IEEETransactionsonInstrumentationandMeasurement，2021（70）：1-8.

[3] LUOY，TANGJ，PANC，etal.Dynamicsofsurfacechargeandelectricfielddistributionsonbasin-typeinsulatorinGIS/GILduetovoltagepolarityreversal[J].HighVoltage，2020，5（2）：151-159.

[4] 冯媛媛.SF_6电流互感器盆式绝缘子表面放电与分解气体关系的研究[D].济南：山东大学，2021.

[5] 高晋武.基于超声波的GIS单相盆式绝缘子裂纹检测方法的研究[D].太原：太原理工大学，2021.