HGIS局放测试抗电磁干扰的研究

HGIS局放测试抗电磁干扰的研究
摘要： HGIS技术广泛应用在500kV及以上变电站，且随着电压等级越来越高，应用也越来越广，相关电气试验同步取得了很大的进步，如特高频技术。

但
新技术走向成熟必然要经过无数次论证，当前不能直接用于现场测试作为试验结
果依据。

HGIS现场局放测试暴露出电磁干扰问题，若不能有效解决，将影响判断，可能导致电力安全事故。

本文主要以西开电气生产的某500kV变电站HGIS局放
测试为例，分析目前HGIS局放测试存在的电磁干扰问题，并进一步提出相关解
决措施。

关键词：HGIS，局放测试，电磁干扰
引言
电网运行时刻都在产生大量数据，有的数据是可以直接利用电气设备获取，
上传至后台监控系统，如电压、电流、功率及功角关系。

对于高压试验专业来说，利用新技术实现电气设备在线监测是未来试验技术发展新方向，但设备更新换代
速度跟不上技术突破，很多设备尚不能完全实现在线监测等一系列新技术。

据了解，对HGIS设备进行局放测试，理论上完全可以实现在线监测，替代传统试验
手段，但其作为一个尚未成熟的实时监测技术，即使在应于在变电站电气设备，
其产生的数据可靠性低，误告警和离线时有发生，试验专业人员将花大量时间维
护整套监测系统。

可见，关键核心的硬件技术和软件技术仍无法支撑在线监测系统，将引发人力资源成本骤增等新矛盾，在线监测获取的数据现阶段只能作为重
要参考，传统的试验手段不可或缺，虽然试验周期较长，获取数据能力无法与在
线监测手段比拟，但数据可靠程度更高。

基于以上分析结果，对影响传统HGIS
局放测试结果的因素，必须采取应对措施，使得数据更可靠，现场测试经验表明，复杂的电磁干扰是影响当前HGIS局放测试数据的核心因素，针对这个核心因素，对其最新研究的成果进行分享，向试验技术人员提供参考。

1 HGIS结构特点及局放测试方法
1.1 HGIS结构特点简介
HGIS设备广泛应用于500kV变电站，它融合了敞开式AIS和全封闭GIS的许
多特点，将断路器、隔离开关、电流互感器等电气一次设备封闭在金属壳内，各
设备单元分相且分隔在不同SF6气室内，CT一般采用非光常规式，出线通过套管
引出，用软导线将其与敞开式母线、CVT、避雷器连接而成，它具备GIS的高可
靠性、高适应性、现场安装方便、经济投资更省、检修周期长等优点，但他也有
很多缺点，如造价高、不便扩建、母线更长、一次性投资较大。

由于HGIS接线
方式基本采用二分之三接线，故障检修时，停电范围可以缩小到最小，停电时间
大大缩短。

1.2 HGIS局放测试方法
从测试测试技术发展历程看，HGIS局放测试方法很多，可分为电气和非电气
两大类，非电气检测法由于灵敏度较差，通常只用于定性检测，可用于判断局放
是否存在，不能进行定量分析，目前用得相对成熟的主要是采用超声波测试仪进
行测试，当设备内部发生局部放电时，将以放电电为基点，向周围传播较宽的放
电声波频谱，从几十Hz到几MHz，低于20kHz的可直接被人耳听到，表明局放已
经很严重，但频率高于20kHz时，就需要借助超声波传感器辅助接收。

利用超声
波探头在设备连接金属缝探测，根据放电释放的能量与声能之间的关系，用超声
波信号声压的变化代表局部放电所释放能量的变化，通过测量超声波信号的声压，就能推测出放电的强弱。

电气检测法应用于HGIS设备中，主要是采用特高频传感器技术，通过一些
列的图谱及幅值转换，得到PRPD-PRPS图谱等局放典型图谱，试验专业人员可通
过局放图谱判断电气设备局部放电程度。

各个厂家生产的HGIS结构有所不同，
部分电气试验现场相对难以开展，由于HGIS变电场复杂的电磁环境，进行局部
放电测试时，会出现各种局放信号进入试验仪器，使得测量结果不准确，不能够
得出可靠的数据，进而不能准确判断设备的健康状态。

1.3 HGIS局放测试结果影响因素分析
对HGIS局放测试时，影响因素有以下几个方面，如设备内部存在局放，环境湿度变大，局放将变严重，这是由于湿度越大，湿润的空气在绝缘材料表面形成很薄的水膜，金属离子因电场作用沿着绝缘材料表面移动，从而加快电荷的积聚，金属表面电场将分布不均匀，长时间的积聚将会使内部局放越来越严重，亲水性材料尤其明显；外部电磁干扰，HGIS软连接部分，整个变电场存在各种复杂放电，如电晕放电、导体接触面不光滑导致的毛刺放电等，均对HGIS 测试的造成影响；负荷电流大小也会影响局放程度，若是电流引起的放电，则回路中流过的电流越大，局放就越明显。

其他影响因数如设计缺陷遗留、制造工艺欠缺、安装技术低导致绝缘件表面材料存在细微棱角等引发放电。

下面重点讨论电磁干扰问题对测试结果的影响，并分享现场完整的解决措施。

2 HGIS局放测试电磁干扰问题分析
2.1 分析HGIS现场测试电磁干扰源
由于局放测试是在带电情况下进行的，在HGIS现场测试会受到很多条件约限制，测量点数量有限，即使HGIS有很多连接各气室的绝缘盆，但实际供试验人员现场测试的几乎很少，通常都是在安全距离足够的绝缘盆处测取数据，主要有以下几种情况：
（1）当绝缘盆表面是金属材料并预留一个局放测量孔结构时，外部电磁干扰主要通过局放测试仪传感器紧贴覆盖测量孔时，其边缘与绝缘盆的结合面细微缝隙进入传感器，导致传感器接收到非HGIS内部设备的放电信号，这种电磁干扰影响较小。

（2）当绝缘盆表面全部被金属材料封闭，并将局放传感器内置于HGIS金属壳内部时，外部电磁干扰几乎没有进入HGIS金属壳内部的可能，这种结构是现场测局放最理想的，但同时需要从设计上论证内置的传感器对金属壳内部设备各部件及布局是否有影响，一般应用在设计有在线监测系统的新站中，并可在现场测量。

（3）当绝缘盆表面无金属材料封闭，即绝缘盆外露时，外部电磁干扰会通过整个绝缘盆圆周穿过，传感器紧贴圆周一部分测试时，外部电磁干扰会通过圆
周其他方向进入绝缘盆，并将各种复杂的放电信号传送到传感器，进而得出该绝
缘盆测量点处存在局放。

显然，得出的这种结论是错误的，这样会使得整个变电
站的绝缘盆结构都会出现几乎一样的结果，即使通过滤波元件尽可能消除干扰，
试验结果依然不具有权威性，不能得出相对可靠的结论。

2.2 验证HGIS现场测试电磁干扰源
以上三种情况包含了局放传感器接收到外部干扰的可能结构，当局部放电在
很小的范围内发生时，击穿过程很快，将产生很陡的脉冲电流，其上升时间小于
1ns，并激发频率高达数GHz的电磁波，UHF检测频段为300MHz-1.5GHz，虽然能
够有效避开集中在300MHz频段以下的电晕干扰，但HGIS金属壳外部存在各种复
杂放电情况，仍然无法避免电磁干扰情况。

鉴于第一种、第二种情况的特殊性，针对性验证第三种情况，根据UHF技术
原理分析可知，如果HGIS内部存在局放，必然能够通过绝缘盆传送至气室外，
紧贴在绝缘盆处的UHF传感器可检测信号，UHF传感器接收到信号后，会通过信
号同轴电缆传送至信号采集器，信号采集器会将防电信号发送至仪器主机，此时
试验人员通过判断主机显示的波形、相位及相关信号等效参数，判断出HGIS内
部放电的形式。

2.3 当前HGIS现场测试要点分析
现场局放测量点为接地刀闸的操作结构引出处绝缘盆位置，见图1、图2。

图 1 标注的①、②、③为测量点图2 单个接地刀闸绝缘盆测量位置
第三种情况下，采用屏蔽铜布将绝缘盆位置全部包住，尽可能将绝缘盆包住密封，这种大范围包扎密封性能差，屏蔽铜布需要跨过接地刀闸操作连杆，且需要两个人甚至三个人配合才能完成，包扎过程见图3，包扎完成情况图4。

图3 试验人员正在包扎图4 包扎完成情况
有时测量点位置外部干扰严重的情况下，只要屏蔽铜布有一点缝隙扎牢，主机会接受到很多干扰信号，形成放电波形图谱，这就需要配合包扎的人员重新包扎，直到包扎完整为止，排除放电信号来自外界电磁干扰，才能进行下一个测量点的试验检测，这种扩大范围的包扎方法显然不可取，工作效率低下，测得的数据仍然可能包含外部电磁干扰成分，必须采取可行的措施来解决这个问题。

3 HGIS局放测试电磁干扰解决措施
3.1 改造仪器，消除电磁干扰。

由于HGIS厂家和结构设计各不相同，测量位置也不尽相同，通过改造仪器虽然能解决问题，但研发成本会增加，有的地方仅仅只有一个HGIS 站，且结构属于西开电气生产的第三种情况，即就是绝缘盆表面无金属材料封闭，为了测局放投入资金进行仪器研发改造的方法不可取，只能通过其他方式来获取可靠的现场局放测试数据。

3.2 缩小包扎范围，排除外部电磁干扰。

这种方法虽然比较简单，但实际效益很好，不需要投入过高的研发成本，只要在原有的屏蔽铜布包扎环节改进即可，经过与相关公司合作，共同解决屏蔽环节出现的问题。

具体实现方法是缩小包扎范围，仍然利用屏蔽铜布的屏蔽性能，将原来的整块铜布，按照绝缘盆的宽度，切割成一条带状结构，用屏蔽铜布在屏
蔽带中间缝制一个绝缘盆立体结构大小的屏蔽铜盒并掏空，缝制的屏蔽铜盒刚好能将UHF传感器至于内部，传感器边缘贴合于掏空部分屏蔽带边缘，掏空部分对准测量点的绝缘盆，屏蔽带两侧边缘内置松紧带，测试时紧贴包住绝缘盆并拉紧两侧松紧带，局放传感器将只接收到来自于内部放电信号，外部电磁干扰信号将被屏蔽带挡在外边，屏蔽带与盒的组合体见图5，现场应用效果见图6。

图5 研制的屏蔽带与盒的组合体图6 现场使用新的包扎方法
这种方法是可取的，经过现场检验，屏蔽带的屏蔽效果完全能够满足试验需要，能够得出更加真实可靠的数据，同时这种解决措施也为在线监测安装传感器时，必须解决的外部干扰问题提供了强有力的参考。

4 小结
本文主要分析了以西开电气生产的某500kV变电站HGIS局放测试电磁干扰问题，并提出了相关解决措施，不仅有效解决资金压力和人力成本，提高数据可靠性，同时对绝缘盆表面无金属材料封闭的HGIS加装在线监测系统提供了重要参考价值。

参考文献
[1]闫常亮．焦野．HGIS的特点与应用．电力电网，2014（1）
[2]周银标．顾工川．黄颖．罗利云．朱春良．张喻．一起500kV HGIS断路器气室局部放电分析．电网技术，2016（12）。