特高频与超声波局放检测技术

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局部放电超声波检测位置示意图
传感器固定方式： 1、手持法：适合巡检时使用，测试快速，有轻 微抖动，需要掌握一定技巧 2、绑扎法：使用绑扎带将传感器固定到GIS壳 体上，适合精确检测及长时间检测
3、用磁吸做固定：因GIS罐体多数为铝合金材
料，使用条件极为有限。
绑扎带固定超声波探头示意图
放置传感器前，还要在传感器表面均匀涂抹一层耦合剂，
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1、超声波局放检测仪基本要求
使用前置放大器时接线示意图
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2、典型仪器的组成
声发射传感器：将局部放电激发的超声波信号转换 成电信号 局放检测仪主机：用于局部放电电信号的采集、分 析、诊断及显示。 前置放大器：当被测设备与检测仪之间距离较远 （大于3m）时，为防止信号衰减，需在靠近传感器 的位置安装前置放大器。 特制绝缘棒：检测部位比较危险时，如电缆终端， 可以使用特制绝缘棒作为声传到介质，进行检测。
尖端放电
分类： 导体上的尖端 壳体上的尖端
金属尖端放电模型图 特点： 1、放电脉冲次数多，信号最大值通常在电压峰值处 2、正负半波严重不对称 3、高频含量少
GIS绝缘击穿的主要表现形式
GIS投运初期：绝缘击穿大多是由金属颗粒、悬 浮导体、表面毛刺或颗粒等缺陷造成的。通过完 善交接验收可起到预防作用；
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2、典型仪器的组成
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3、超声波局部放电检测常用谱图
1 ）时域波形谱图（原始谱图）：时域波形检测模式用 于对被测信号的原始波形进行诊断分析，以便直观的观察 被测信号是否存在异常。
时域波形检测模式典型谱图
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2）连续模式谱图： 共有4个柱状图，分别为信号的有效值、峰 值、50Hz的相位相关性，100Hz的相位相关性。因为局放都是与 电源的相位相关的，根据局放在不同的相位放电特性，能 判断出 放电的性质，如自由颗粒、毛刺、悬浮电位等
超声波检测法：检测超声波信号，抗电气干扰，对自由颗 粒缺陷和金属件的振动较为敏感，在靠近缺陷部位时，检 测灵敏度可达到几个pC，定位准确； 气体分析法：分解物从产生到扩散，需要一定的过程，且 只有浓度积累到一定水平后方可被检测到，故响应速度较 慢，检测灵敏度较低。
特高频(UHF)及超声波(AE)法的比较
四、超声波局部放电检测图谱的分析与诊断
二、超声波局部放电检测仪器
超声波局放检测仪基本要求
典型仪器的组成 超声波局部放电常用谱图
1、超声波局放检测仪基本要求
传感器灵敏度范围：20kHz～100kHz； 测试仪应使用方便，测量快速，对GIS的绝大多数 缺陷具有较高的灵敏度； 带有同步装置，能与变频试验设备连接，以实际电 源周期为参考相位； 检测信号应包括信号幅值、相位特性，具有连续模 式、脉冲模式及相位模式等谱图； 可以进行缺陷种类识别。 可利用脉冲模式进行颗粒 危险性评估。 配置测试线长度不应小于3米（通常要带前置放大 器），以满足高处检测的要求 抗干扰：在户外GIS应用中，电晕无影响
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3、安全注意事项
为确保安全生产，特别是确保人身安全，除严格执行电力相关安全 标准和安全规定之外, 还应注意以下几点:
1. 检测时应勿碰勿动其它带电设备；
2. 防止传感器坠落到GIS管道上，避免发生事故； 3. 保证待测设备绝缘良好，以防止低压触电； 4. 在狭小空间中使用传感器时，应尽量避免身体触碰GIS管道； 5. 行走中注意脚下，避免踩踏设备管道；
GIS特高频与超声波局部放电检测技术
2015年3月
济南
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主要内容
GIS局部放电检测概述
超声波局放检测技术
特高频局放检测技术
一、GIS局部放电检测概述
主要内容
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GIS局部放电检测的意义
局部放电的基本概念 GIS设备局部放电的起因 GIS局部放电检测方法
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开展GIS局部放电检测的意义
随着电网建设的发展，GIS变电站的数量不断增加；
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声信号传输特点
当GIS中的缺陷在电压作用下发生局部放电时，局放产生的能量是周 围SF6气体的温度骤然升高，从而形成局部过热，所产生的扰动以 压力波的形式传播，其类型包括纵波、横波和表面波。不同的电气 设备、环境条件和绝缘状况产生的声波频谱都不相同。 GIS中沿SF6气体传播的只有纵波，这种超声纵波以球面波的形式向 周围传播。由于超声波的波长较短、方向性将强，所以它的能量也 较为集中，因而可以通过设置在外壁的压敏传感器收集超声放电信 号并对信号进行分析。
耦合剂作用两个： 1、消除传感器与GIS壳体之间的气隙，减少信号衰减； 2、减少手持传感器带来的轻微机械抖动噪声
2、超声波局部放电检测流程
a）测试背景噪声，背景噪声应满足测试环境要求。 b）传感器与测点部位间无气隙地均匀涂抹专用耦合剂， 测量时保持静止状态。 c）将传感器经耦合剂贴附在设备外壳上，设置仪器为连 续检测模式，观察信号有效值（RMS）、周期峰值 、频 率成分1、频率成分2的大小，并与背景信号比较，看是否 有明显变化。
2、外同步法：适用于现场电源与运行电压之间相位偏差大、 无法通过相位确定放电类型时，或现场采用异频电源进行交流 耐压试验时。运行条件下可通过PT二次回路接取，交流耐压时 可通过变频电源柜接取
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4）脉冲检测模式（飞行模式）
脉冲检测模式典型谱图
4）脉冲检测模式（飞行模式）
脉冲检测模式评估颗粒危害
5)特征指数检测模式：特征图谱表征超声波信号发生的时间 间隔,其横坐标为时间间隔，纵坐标为信号发生次数。如果超声 波信号发生的间隔在10ms（如悬浮缺陷）,那么在整数1的位置 出现波峰；如果超声波信号发生的间隔在20ms（如电晕缺陷）， 那么在整数2的位置出现波峰。
特征指数检测模式典型谱图
三、超声波局部放电检测方法及注意事项
检测条件要求 检测周期 安全注意事项 检测接线 传感器放置部位部位及要求 操作流程 常见注意事项
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1、检测条件要求
在GIS设备上无各种外部作业。 额定电压、额定SF6气体压力。
金属外壳应清洁、无覆冰等。
进行室外检测避免雨、雪等天气条件对GIS设备外壳表 面噪声干扰的影响。
GIS设备局部放电的起因
1- 导体上的毛刺； 3- 悬浮屏蔽(接触不良)； 5- 盆式绝缘子上的颗粒
2- 壳体上的毛刺 4- 自由移动的金属颗粒 6- 盆式绝缘子内部缺陷
悬浮放电
分类： 固定间隙悬浮放电 可变间隙悬浮放电
悬浮放电模型图 特点： 1、信号强，脉冲幅值稳定，脉冲间隔稳定，高频含量多 2、间隙对称时，正负半波对称，间隙不对称，正负半波不对称 3、放电脉冲主要集中在一、三象限
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d）当连续模式检测到异常信号时，应开展局部放电诊断与 分析，首先通过挪动传感器位置，寻找信号最大值，查明可 能的放电位置。然后通过应用相位检测模式、时域波形检测 模式及脉冲检测模式判断放电类型； e）数据记录；通过仪器的谱图保存功能，保存检测谱图， 包括连续模式谱图、相位模式谱图、时域波形谱图（如有）、 脉冲模式谱图（如有）。
GIS的内部空间极为有限，工作场强很高，且绝缘裕度相 对较小；
GIS内部一旦出现绝缘缺陷，极易造成设备故障，引起的 停电时间较长，检修费用也很高； 国内已经发生了数起较为严重的GIS事故，过去那种认为 GIS设备免维护的观点已不被认同； CIGRE调查表明，50％以上的GIS故障是可预先发现的； 在GIS的交接试验中监视局部放电信号，对运行中的GIS 进行定期监测，均是保障安全运行的有效手段 。
局部放电超声波检测仪器接线
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5、传感器放置部位及要求
GIS超声波局放测试点选择主要有： 盆式绝缘子两侧。特别是水平布置的盆式绝缘 子。 测量点选择在隔室侧下方，如存在异常信号， 则应在该隔室进行多点检测，查找信号最大点。 在断路器断口处、隔离刀闸、接地刀闸、电流 互感器、电压互感器、避雷器、导体连接部件 等处均应设置测试点。
特高频UHF 检测信号 抗干扰 灵敏度 特高频电磁波信号 对电晕放电较不敏感 易受悬浮放电影响 对各种放电缺陷均较敏感， 但不能发现弹垫松动、粉尘 飞舞等非放电性缺陷 >10米 不具备（实现困难） 与pC值没有直接关系 超声波AE 超声波信号 对电气干扰较不敏感 易受振动噪声影响 仅对部分放电缺陷敏感，能发 现弹垫松动、粉尘飞舞等非放 电性缺陷 <1米 具备（实现简单） 与pC值没有直接关系
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1、超声波信号在SF6中衰减大，26dB/m(空气或油中20倍) 且与频率的平方成正比，检测范围小； 2、超声波在SF6中传播速度很慢，约140m/s(约为空气1/2， 油中1/10)； 3、对固体绝缘内部缺陷十分不灵敏； 4、定位简单，仅仅依靠幅值法即可简单定位； 5、分为接触式和非接触式，接触式适合检测GIS、电缆终端， 非接触式超声检测设备，须带有集波器，和激光定位装置， 适合检测开关柜，以及瓷瓶表面裂纹
局部放电的基本概念
电力设备的绝缘系统中，只有部分区域发生放电，而没有贯穿 施加电压的导体之间，即尚未击穿，这种现象称之为局部放电。 它是由于局部电场畸变、局部场强集中，从而导致绝缘介质局 部范围内的气体放电或击穿所造成的。它可能发生在导体边上， 也可能发生在绝缘体的表面或内部。在绝缘体中的局部放电甚 至会腐蚀绝缘材料，并最后导致绝缘击穿。 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。
进行室内检测时避免室内强干扰源、大型设备振动。
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2、检测周期
新设备投运前：在耐压试验通过后，在1.2Ur/ 电压下， 进行一次超声局部放电检测（同时进行1.0Ur/ 电压下数据 检测，作为运行数据比对）。 新投运（或大修）后设备：应在投运后1个月内、投运 后1年各进行一次超声局部放电检测。 运行中设备：半年至一年检测一次。
6. 在进行检测时，要防止误碰误动GIS其它部件；
7. 在使用传感器进行检测时，应戴绝缘手套，避免手部直接接触传感 器金属部件。
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4、检测接线
在开展局部放电超声波检测的过程中，应按照所使 用的仪器操作说明，连接好仪器主机、传感器等各部件。 当传感器与检测仪器之间的距离较远（大于3米）时，还 应接入前置放大器。需要使用外接电源供电时，主机必 须接地。
GIS运行中期：绝缘击穿大多是绝缘子表面的缺 陷（例如污秽、表面电荷积聚、附着金属微粒） 引起的，特别是在暂态过电压作用时。通过定期 巡检可发现这些隐患
GIS局部放电检测技术
传统脉冲电流检测法：无法解决抗干扰问题，很难达到必 要的检测灵敏度，通常用于试验室；
特高频检测法：检测特高频电磁波信号，检测范围较大， 不受空气中电晕干扰影响，对各种缺陷均敏感，检测灵敏 度可达几个pC；
自由金属颗粒放电
自由金属颗粒模型图 特点： 1、碰撞外壳产生的机械信号强，电信号较弱 2、无固定相位特征，幅值不稳定 3、通常电信号最大信号出现在电压峰值处
绝缘内部气隙放电
气隙放电模型图 特点： 1、脉冲幅值相对较小，幅值变化大，高频含量少，间隔变化大 2、不规则气泡正负半波不对称 3、放电脉冲主要集中在一、三象限
检测范围 定位功能 缺陷定量
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二、超声波局部放电检测技术
主要内容
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超声波局部放电检测的原理
超声波局部放电检测仪器 超声波局部放电检测方法及注意事项 超声波局部放电图谱的分析及诊断 超声波局部放电典型案例分析
一、超声波局部放电检测的原理
局部放电，伴随有爆裂状的声发射，产生超声波，且很 快向四周介质传播。通过安装在电力设备外壁上的超声波传 感器，将超声波信号转换为电信号，就能对设备的局部放电 水平进行测量。
连续检测模式典型谱图
3）相位检测模式（PRPD谱图），需要进行相位同步
相位检测模式典型谱图
同步信号的接取
局部放电检测许多谱图，如PRPS、PRPD等谱图都需要进 行相位同步，因此使用这些模式时，需要接取同步信号 。同步 方法有：
1、内同步法：适用于对现场运行设备带电检测，使用现场的 检修电源，利用现场检修电源相位仪器内部同步