220kVGIS局部放电带电检测技术分析与现场应用

220kV GIS局部放电带电检测技术分析

与现场应用

摘要：在电力系统中，通过220kV GIS的应用，能够充分发挥其占地面积小、可靠性强，维修便捷、受外界环境影响小等应用优势，并得到广泛应用，此气体

绝缘金属封闭开关设备在结构设计、制造及安装过程中，极可能出现固体绝缘、

表面污垢、尖刺等缺陷和问题，一旦上述问题和缺陷无法及时解决和弥补，会出

现严重供电事故。另外因GIS采用封闭性结构，如发生故障后，需要投入大量的

物力、人力和财力进行修护。因此需要对局部放电带电检测技术应用加大研究力度。本文就局部放电带电检测技术及技术现场应用进行分析和探究。

关键词：GIS；局部放电带电检测技术；超声波信号

一、局部放电

IEC60270：2000《局部放电测量》中局部放电定义为：“一种导体间绝缘仅

被部分桥接的电气放电。这种放电可以在导体附近发生也可以不在导体附近发生，一般是由于绝缘体内或绝缘表面的电场特别集中而引起的，通常表现为持续时间

小于1µs的脉冲，但也可以出现连续的形式，比如气体介质中的所谓无脉冲放电”。

局部放电对电气设备绝缘会产生严重的危害,主要表现在由于放电产生的局

部发热、带电粒子的撞击、化学活性生成物以及射线等因素对绝缘材料的损害。

局部放电是一种脉冲放电,它会在电力设备内部和周围空间产生一系列的光、声、电气和机械的振动等物理现象和化学变化。这些伴随局部放电而产生的各种

物理和化学变化可以为监测电力设备内部绝缘状态提供检测信号。

二、局部放电带电检测技术概述

（一）超声波局部放电带电检测技术

超声波局部放电检测是利用安装在外壳的超声波传感器接收局部放电产生的振动信号。超声波信号在GIS设备绝缘体中衰减程度较大，并且因信号覆盖面有限，信号传播时具有较强方向性，能量更加集中，通过此检测技术的应用，通过带电检测能够对集中收集定向波束，对信号源进行更精准的定位，同时能够对超声波信号异常情况进行检测，并能够对信号干扰来自于腔体内部或外部进行进一步确定。如在外部干扰因素排除后，仍然显示信号异常，则能够确定信号源干扰来自于内部，并需要准确定位缺陷位置。在此技术具体应用过程中，需要对此设备的时差、幅值及频率等进行定位判断。

首先在幅值定位过程中，应结合超声波信号的实际衰减情况，对信号峰值大小或有效值进行定位，同时在技术应用检测时，能够发现局部放射源距离与信号强弱之间成正比关系，随着距离的不断缩短，信息也不断增强。所以通过信号幅值和强弱，能够对放电位置进行判断和确定[1]。

在进行局部放电带电检测中，时差定位作为重要指标，主要检测超声波信号的时差，同时可利用联立球面方程和双曲面方程，结合时差测定数据，有效定位局部放源位置。另外在管线结构测试时，可采用多个管道或两个管道超声波检测的方式，结合传播速度、信号时差以及距离等，对放射源位置进行二维或三维定位。

采用SF6气体对超声波性质进行吸收，在此基础上进行频率定位检测，可结合信号频率与超声波吸收程度之间的正比例关系。另外在进行定位时，应对超声波的吸收情况加强分析。在设备壳体或中心导体位置利用声波的高频部分对局部放电源位置进行确定。如信息为低频信号，则放射源位于 GIS 中心导体位置，如在高频及低频部分监测到超声信号，则局部放点源位于设备壳体位置。

（二）特高频局部放电定位技术

特高频局部方向检测是利用装设在设备内部或者外部的天线传感器接受局部放电辐射出的300-3000MHz频段的特高频电磁波信号进行局部放电检测和分析。特高频局部放电检测时，如发现存在特殊信号，应对信号源先进行判断，对非外界干扰进行排除，在此基础上对设备进行后续检测，通过典型干扰信号图谱与检

测后得到的图谱进行对比分析，其次也可采用屏蔽带、滤波器等方法对特殊信号

进行监测，对设备内部是否存在异常放电问题进行及时判断，一旦GIS盆式绝缘

子出现特高频异常信号时，则应利用方向朝外的传感器对信号进行检测，并形成

相应的检测信号图谱，如与盆式绝缘子信号图谱相符号，且信号源较强，则表明

信号受到外部干扰[2]。

在此技术应用过程中，其具体应用方法包括了时差、幅值、平分面比较等。

其中可利用幅值比较定位法，一旦带电检测过程中出现多个特高频局部放电信号，能够根据离放射源距离最近的信号最强的原理进行定位，虽然此检测方法能够保

有关检测结果的准确性，但会受到诸多因素的限制，一旦出现极强的检测信号，

导致小距离范围变化，信号强弱变化情况难以判断，加大了定位难度。

通过时差定位法的应用，能够快速判断和定位局部放射源所发出的电磁波信号，同时能够根据特高频电磁波信号方向和到达时间，对放射源进行定位，或利

用气室两侧传感器与信号的到达时间差，确定传感器的位置和距离，进一步对缺

陷位置进行定位。另外此定位方法通常可应用于高速数字示波器的带电检测。

通过平分面定位法的应用，能够在信号在外部或内容未进行明确区分的情况

下加以应用，且信号较强，同时排除外部干扰后，有效定位局部放射源。

（三）声电联合定位技术

与上述两种技术相较之下，此技术有效更强的应用优势，能够同时检测局部

放电的特高频信号和超声波信号，再结合声电信号联系性，有效确定局部放电源

位置，并对现场外部干扰有效排除，能够确保定位的精确性。另外利用特高频或

超声波定位，确定局部放射源的大概位置和范围，同时可将高频传感器设置在最

近监测点，将超声波传感器放置于GIS壳体，结合特高频和超声波时域信号之间

的关系进行信号检测，一旦二者之间出现对应关系，则代表信号源为同一个信号

源[3]。

三、局部放电带电检测技术现场应用

（一）超声波局部放电定位