谈GIS局部放电带电检测技术及现场运用

谈GIS局部放电带电检测技术及现场运用

发表时间：2017-12-01T11:02:50.197Z 来源：《电力设备》2017年第22期作者：孙宁王兴海

[导读] 摘要：气体绝缘组合电器（Gas insulated Switchgear，简称GIS）作为一种结构紧凑、性能优良的高压电力设备，在电力系统中运用越来越广泛。

（冀北电力有限公司张家口供电公司河北张家口 075000）

摘要：气体绝缘组合电器（Gas insulated Switchgear，简称GIS）作为一种结构紧凑、性能优良的高压电力设备，在电力系统中运用越来越广泛。GIS内部绝缘结构主要为SF6气体绝缘，其在制造时出现的毛刺、安装运输时部件松动或接触不良引起电极电位浮动、运行中绝缘老化、以及各种情况下可能出现金属微粒等各种缺陷，都可能不同程度的导致GIS内部电场发生畸变，使得局部电场加强而产生局部放电（Partial Discharge，简称PD）。

关键词：GIS；局部放电；带电检测；运用；分析

1导言

封闭式气体绝缘组合电器(GIS)具有占地面积小、可靠性高、受外界环境影响小、维护简单等优点，近年来被广泛地应用于电力系统中。由于设备结构复杂，在设计制造、安装调试过程中可能存在GIS内部绝缘表面脏污、尖刺、自由粒子、固体绝缘内部缺陷等。任由这些缺陷在运行过程中不断发展将会导致严重事故。另外，GIS具有封闭式的结构特性，故障后的检修需要较长的时间并耗费大量的人力物力。 2GIS局部放电带电检测技术

2.1特高频检测技术

运行GIS内部充有高压SF6气体，其绝缘强度和击穿场强都很高。当局部放电在很小的范围内发生时，气体击穿过程很快，将产生很陡的脉冲电流，放电脉冲上升时间和持续时间都极短仅为几个纳秒，该脉冲信号在GIS腔体中传播时会引起电磁谐振，激发出频率高达数吉赫兹的电磁波信号。根据研究表明，特高频电磁波在GIS中传播时，不仅以横向电磁波(TEM)形式传播，而且还会建立高次横向电波(TE)和横向磁波(TM)。TEM波为非色散波，可以以任何频率在GIS中传播，但频率越高衰减越快。TE和TM则不同，只有当信号频率高于截止频率时才能传播。GIS的同轴结构相当于一个良好的波导，信号在其内部传播时衰减很小，在经过盆式绝缘子等非金属连接部位时，特高频电磁波信号会向外传播。特高频法的原理就是根据局部放电所激发的电磁波的这些特性，利用特高频传感器来接收这些电磁波信号并对其进行分析，从而实现对GIS异常信号检测、缺陷类型分析和局部放电源定位。

特高频局部放电检测具有检测灵敏度高、现场抗低频干扰能力强的特点，适用于现场对GIS开展带电检测。GIS特高频局部放电带电检测传感器根据其使用位置的不同通常可以分为内置传感器和外置传感器两种。常用的内置传感器主要有平板式和锥形传感器，内置传感器通常用于在线监测，其优点是检测灵敏度高，抗干扰能力强，但其制作和安装成本高。采用外置传感器检测，容易受到周围环境中放电信号的干扰，给缺陷判断带来了很大的困难，并且对于无外露绝缘件的GIS无法开展特高频检测。现场采用的特高频检测按其检测频带分为宽频检测和窄频检测，宽频检测频带一般在300 MHz到1 500 MHz，能够在足够宽的频率范围内检测局部放电信号，可以有效避免漏测真实的局部放电信号，但缺点是抗干扰能力较弱，容易将干扰信号误判为局部放电信号，譬如DMS公司的检测仪器采用的便是宽频带检测;窄频带检测频带一般在几十到几百兆赫兹之间，采用窄频带检测对现场干扰抑制具有良好的效果，但是容易造成对真实放电信号的漏测。

现场实际检测时一般采用宽带和窄带相结合的方法进行，采用宽带检测对GIS设备进行普测，当有异常信号时采用窄带检测进行进一步分析，譬如DMS公司宽频带检测仪器一般都配备有带通滤波器，可以根据现场需要有目的的选择所需检测频带，达到滤除干扰的目的，国内厂家如华乘电气等特高频检测仪器也可以选择频带进行测量。现场干扰的识别及抑制是特高频检测的重点也是难点，干扰往往也是造成对检测结果误判和漏判的最主要因素。国内外学者对特高频抗干扰技术都进行过深入的研究，但归其根本主要分为软件去噪和硬件去噪两种，软件去噪主要是采用信号频谱分析技术对信号频谱特征进行分析，提取特征信号;硬件去噪主要是采用改进检测仪器系统结构、合理设计电路以及采用带通滤波器的方法，现场检测时还有一种最常用和直接的去噪方法是采用屏蔽工具对GIS盆式绝缘子或检测仪器进行屏蔽。为了达到最佳的检测效果一般多种抗干扰措施联合应用。

2.2超声波检测技术

GIS发生局部放电时分子间剧烈碰撞并在宏观上瞬间形成一种压力，产生冲击的振动或声波，以球面波的形式向外传播，频率在20～100 k Hz的声波称为超声波。超声波在SF6气体中以纵波的形式传播，并且衰减很大，而在带电导体、绝缘子和金属壳体等固体中传播的除纵波外还有横波，横波在固体中衰减较小。由于超声波的波长较短、方向性较强，所以它的能量也较为集中。超声波局部放电带电检测就是通过放置在GIS壳体上的压敏传感器接收传播到壳体上的超声波信号，再通过对声信号的分析判断来诊断GIS内部是否发生了局部放电或异常振动缺陷，并实现对放电或异常振动缺陷进行定位。超声波传感器按照使用方式主要可分为接触式传感器和非接触式传感器。对于GIS带电检测一般应用较多的是接触式传感器，但现场实际检测中常采用非接触式传感器进行外部干扰识别及干扰源定位。超声波传感器按照其结构形式可以分为单端式和差分式，单端式传感器结构比较简单，但是带负载能力较强;差分式传感器可以有效抑制共模干扰，具有较高的检测灵敏度，目前现场常使用的AIA超声检测仪采用的便是差分式传感器。近年来诸多学者开始研究的光纤技术是将超声波信号转化为光强信号，再通过光敏元件将光信号转化为电信号。其优点是能应用于高电压、强电磁干扰的恶劣环境，且适合长距离信号传输。目前国内外对光纤传感器的应用研究主要集中在变压器类设备检测，对GIS设备应用研究较少，其实际应用到GIS带电检测现场还需要作深入研究。

3GIS局部放电源定位技术

GIS带电检测中现场常用的定位技术主要包括幅值定位、时差定位及平分面定位法。其中平分面定位法主要用于干扰源的定位及排除。幅值定位主要包括特高频幅值定位法、超声波幅值定位法。超声波幅值定位精度较特高频法高，是由于特高频电磁波在GIS中传播时衰减较小，在较大范围内检测到的特高频信号幅值无明显变化，而超声波在GIS中传播时衰减很大，信号幅值随放电源距离迅速减小。时差定位法和平分面定位法的核心都是根据不同信号在介质中传播的时延规律来进行定位的方法。根据基准信号的不同，时差定位法又可以分为电电联合定位法、声声联合定位法及声电联合定位法，现场实际应用中根据是否能检测到声或电信号选择性的使用一种或多种定位方式。 4结论

章简要介绍了各种用于检测GIS局部放电检测的方法，分析了其优缺点，并采用局部放电超高频检测法和SF6气体分解产物测试法用